TDK Electronics · TDK Europe

EMV-Ausgangsfilter-Lösungen

High-Performance-Lösungen für den Frequenzumrichterausgang

Frequenzumrichter werden für die stufenlose Drehzahlreglung von AC-Motoren eingesetzt. Bei Applikationen, in denen Umrichter und Motor über eine längere Leitung miteinander verbunden sind, ist mit zunehmenden parasitären Kapazitäten zu rechnen. Anstiegsgeschwindigkeiten von typisch 5 bis 10 kV/µs des Ausgangsschaltsignals des Umrichters verursachen hochfrequente Ströme, deren Strompfad auch durch die parasitären Kapazitäten führt. Diese haben eine ganze Reihe von ungünstigen Auswirkungen, die mit Hilfe von EPCOS Produkten wie Motordrosseln (du/dt-Drosseln), Sinusfilter und SineFormer® erheblich reduziert werden können. Zu den negativen Einflussfaktoren gehören:

  • Die Überlagerung der Leitung mit hochfrequenten Strömen verringert den zur Verfügung stehenden Strom für den Betrieb des Motors. Zum Ausgleich muss der Umrichter größer dimensioniert werden.
  • Höherfrequente Stromanteile verursachen zusätzliche Motorverluste.
  • Ohne Ausgangsfilter sind in der Regel immer geschirmte Motorleitungen notwendig, die höhere Kosten verursachen. Über den Kabelschirm gegen Bezugsmasse fließen auf Grund der höheren parasitären Kapazität deutliche asymmetrische Störströme.
  • Die hohe Flankensteilheit der Umrichterspannung regt außerdem parasitäre Schwingkreise an, die aus Kabel- und Motorkapazitäten sowie Leitungsinduktivitäten bestehen. Deren Ausschwingvorgänge überlagern sich der Umrichterspannung. Dies führt vor allem auf der Motorseite zu kurzzeitigen Spannungsüberhöhungen, welche die Motor-Nennspannung weit überschreiten können und durch Teilentladungen die Motorisolation belasten, was wiederum zu einem Motorausfall führen kann.


In Summe ergeben sich daraus folgende Probleme:

  • Große hochfrequente Blindströme in der Motorleitung
  • EMV-Probleme
  • Überspannung am Motor durch die hohe Spannungssteilheit und die lange Motorleitung
  • Beschädigung der Motorisolation
  • Lagerschäden durch Ableitströme über die Motorlager
  • Motorgeräusche

TDK bietet ein umfangreiches Spektrum von EPCOS Lösungen mit schneller Verfügbarkeit an:

  • Motordrosseln (du/dt-Drosseln/-Filter)
  • Sinusfilter
  • SineFormer

Alle Drosseln werden mit einem UL-approbierten Isoliersystem gefertigt.


Portfolio

Motordrosseln für Umrichter

 Portfolio Chokes Pic

B86301U*R000 / *S000 keyboard_arrow_right

Kenndaten

  • 8 bis 1500 A / 520 V
  • 1% uk
  • Montagefreundlich
  • Geringes Gewicht
  • Kompaktes Design
  • Aufbau entsprechend IEC 60076-6
  • UL-zertifiziertes Isolationssystem

Motordrosseln reduzieren die Spannungsspitzen am Motor und den du/dt‑Anstieg am Frequenzumrichterausgang

Sinus-Ausgangsfilter

 Portfolio SineWave filter Pic

B84143V*R227 / *229 / *230 keyboard_arrow_right

Kenndaten

  • Komplette Ausführung von 4 A bis zu 390 A / 520 V
  • 690 V Version: bis zu 320 A
  • Ausgelegt für Motorleitungen bis zu 1000 m
  • IP21-Gehäuse verfügbar für *229 /*230
  • UL-zertifiziertes Isolationssystem

SineFormer

 Portfolio SineFormer Pic

B84143V*R127 keyboard_arrow_right

Beste Ausgangsfilterlösung – Kenndaten

  • Komplette Baureihe
    von 6 A bis 320 A 
    520 V AC (bis zu 180 A) und 600 V AC (320 A)
  • Kostenvorteile
    Systemkostensenkung durch Verwendung ungeschirmter Motorleitungen
    Kostenersparnis ab einer Motorleitungslänge von 100 m
  • Technische Vorteile
    Verlängerte Motorlebensdauer, Motorgeräuschreduzierung, Deutliche Verringerung der Motorlagerströme, keine Zwangskühlung notwendig, somit wartungsfrei
    Keine Rückführung zum Zwischenkreis, es werden zusätzliche Störquellen vermieden
  • Installationsvorteile
    Ungeschirmte Motorleitungen sind leichter und flexibler
    Geringerer Installationsaufwand
  • Logistischer Vorteil
    Ungeschirmte Leitungen sind Standardware

Konzepte Ausgangsfilter

Im Vergleich verschiedener Konzepte für Ausgangsfilter ist der SineFormer sowohl technisch als auch wirtschaftlich die beste Lösung.

Mit Motordrossel (du/dt-Drossel)

 Concepts A circuit

Vorteile

  • Reduziert du/dt-Anstiegsgeschwindigkeit signifikant
  • Preisgünstige Lösung

Nachteile

  • Motorleitungen bis max 100 m möglich
  • Keine Geräuschverringerung des Motors
  • Geschirmte Motorleitung immer noch notwendig

Mit Sinusfilter

 Concepts B circuit

Vorteile

  • Reduziert du/dt-Peaks signifikant
  • Formt einen Sinus zwischen den Phasen
  • Reduzierung des Geräuschpegels

Nachteile

  • Weniger Wirbelstromverluste
  • Relativ teure Lösung, da weiterhin geschirmte Leitungen eingesetzt werden müssen

Mit SineFormer

 Concepts C circuit

Vorteile

  • Motorgröße lässt sich reduzieren
  • Motorlebensdauer kann deutlich erhöht werden
  • Ungeschirmte Motorleitungen können eingesetzt werden, wodurch sich der Montageaufwand verringert, die Motorlebensdauer steigt und niedrigere Kabelkosten entstehen.
  • Längere Motorkabel sind möglich (Applikation bis 1000 m im Labor gemessen)
  • Kein Wartungsaufwand, da SineFormer ohne Zwangskühlung aufgebaut ist
  •  Kompaktfilter (kein Baukastensystem), dadurch geringeres Volumen und Gewicht
  • Geringere Anforderungen an Netzfilter
  • Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit
  • Auch als Nachrüstsatz geeignet

Messergebnisse

Vorteile einer Lösung mit SineFormer im Vergleich zu anderen Ausgangsfilterlösungen gezeigt an beispielhaften Messergebnissen.

Ohne Ausgangsfilter

 Measurements A circuit

Messergebnis

Hochfrequente Störungen erfordern ein abgeschirmtes Motorkabel.

 Measurements A measurement1
Abbildung 1:

Phase-zu-Phase-Spannung

 Measurements A measurement2
Abbildung 2:

du/dt

 Measurements A measurement3
Abbildung 3:

Asymmetrischer Gleichtaktstrom

Mit Motordrossel (du/dt-Drossel)

 Measurements B circuit

Messergebnis

 Measurements B measurement1
Abbildung 1:

du/dt

Steile Strom- und Spannungsflanken am Ausgang des Frequenzumrichters werden durch die Induktivität abgeflacht und die parasitären Kapazitäten der Motorkabel werden weniger stark ge- und entladen. Motordrosseln werden hauptsächlich zum Schutz der Motorwicklungen vor Spannungsspitzen eingesetzt.

Mit Sinusfilter

 Measurements C circuit

Messergebnis

Auch sie sind als LC-Filter aufgebaut, ihre Grenzfrequenz liegt aber im Gegensatz zu den Motordrosseln zwischen der Ausgangsfrequenz und Umrichter-Taktfrequenz. Da das Sinusfilter hauptsächlich auf symmetrische Störungen zwischen den Leitungen wirkt, werden Störungen gegen den Schutzleiter kaum verringert. Daher muss die Motorleitung weiterhin geschirmt ausgeführt werden.

Sinusfilter reduzieren Motorgeräusche und Wirbelstromverluste und erlauben die Verwendung von Motorleitungen von deutlich mehr als 100 m Länge.

 Measurements C measurement1
Abbildung 1:

Phase-zu-Phase-Spannung

 Measurements C measurement2
Abbildung 2:

Phase-zu-Erde-Spannung

Mit SineFormer

 Measurements D circuit

Messergebnis

 Measurements D measurement1
Abbildung 1:

Phase-zu-Phase-Spannung

 Measurements D measurement2
Abbildung 2:

Phase-zu-Erde-Spannung

 Measurements D measurement3
Abbildung 3:

Asymmetrischer Gleichtaktstrom - kein geschirmtes Motorkabel erforderlich

 Measurements D measurement4
Abbildung 4:

du/dt-Spitzen deutlich auf unkritische Werte reduziert


Lagerströme

Durch das Schaltverhalten der IGBTs werden hochfrequente Gleichtaktstörungen erzeugt, die sich über die Motorleitung ausbreiten und durch parasitäre Kapazitäten der Leitung und des Motors gegen Erde abfließen. Im Motor fließen die Ströme über das Motorlager und können zu einem erhöhten Verschleiß des Motorlagers führen und damit zu einen vorzeitigen Lagerschaden.

Ohne Ausgangsfilter

 Currents A circuit

Messergebnis

 Currents A measurements

Mit Sinusfilter

 Currents B circuit

Messergebnis

 Currents B measurements

Die Vorschaltdrossel des Sinusfilters wirkt überwiegend symmetrisch und nur zu einem geringen Teil unsymmetrisch. Aus diesem Grund fließen die hochfrequenten Störungen weiterhin durch das Motorkabel, so dass die Verwendung eines geschirmten Motorkabels weiterhin notwendig ist. Außerdem werden die Lagerströme nur geringfügig reduziert.

Mit SineFormer

 Currents C circuit

Messergebnis

 Currents C measurements


Präsentation


EMV-Ausgangsfilter Anfrage

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