Convertitore di frequenza
Frequenzumrichter arbeiten mit steilen dU/dt Schaltflanken, um die Verlustleistung zu minimieren und einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Bei IGBT-Frequenzumrichtern für 400/440V Netzbetrieb (560-650V Zwischenkreisspannung) schalten die IGBTs innerhalb von rund <200ns um.
Dies führt zu einer Spannungssteilheit an den Motorleitungen von rund 3-5kV / µs. Eine typische kapazitätsarme Motorleitung ist ein gemeinsam abgeschirmtes mehradriges Kabel mit einem Kapazitätsbelag von ca. 200pF/m. Die Flankensteilheit führt zu Umladeströmen von rund 0,6A/m.
Dies summiert sich bei langen Motorleitungen zu Umladeströmen bis zu 20A auf, die auch bei Geräten kleiner Leistung fließen, eine nicht unerhebliche Belastung für den Wechselrichter.
Bei langen Motorleitungen wachsen die Ströme aufgrund der Wellenausbreitung (5ns/m) nicht weiter an. Für die Installation von Frequenzumrichtern ist wichtig, dass diese Ströme einer außerordentlich energiereichen Quelle entspringen. Wenn diese Ströme nicht definiert geleitet werden, dann kommt es zu erheblichen Ausgleichsströmen.
Wenn die Motorleitung einen Übergangswiderstand aufweist, z.B. Anschluss der Abschirmung als verdrilltes Leitungsende (Pigtail) oder gar keine Auflage der Schirmung, dann fließen die Umladeströme über Leitungen und Schaltungsteile z.B. Steuerklemmen oder Feldbussysteme und führen dort zu massiven Störungen.
Ein sauberer Anschluss der Motorleitung ( großflächige Auflage der Abschirmung) ist essenziell für ein gutes EMV-Verhalten des Frequenzumrichters notwendig, sofern auf dU/dt und / oder Sinusfilter verzichtet wird. Kommutierungsdrosseln sind überwiegend unverzichtbar.
Die Produktnorm für Frequenzumrichter EN61800-3 legt Grenzwerte für Störaussendungen fest. Die EN 55011 -55022 regelt die leitungsgebundenen Störgrenzwerte in Abhängigkeit des Produktes und des späteren Einsatzes.
EMV-Problematik (Netzrückwirkungen)
Ein Frequenzumrichter besteht Netzseitig aus einem ungesteuerten Gleichrichter und einem Spannungs-Zwischenkreis mit Elektrolytkondensatoren als Energiespeicher.
Das Netz (Spannungsquelle aufgrund der niedrigen Impedanz) und der Zwischenkreis (Spannungsquelle aufgrund der Kondensatoren) werden mit Hilfe der Gleichrichterdioden aufeinander geschaltet. Dies führt zu impulsartigen Ladeströmen, die das Netz stark belasten. Durch Vorschalten von dreiphasigen Netzdrosseln, dU/dt –, oder Sinusfilter von Bajog electronic lassen sich die Netzrückwirkungen mildern und je nach Maßnahme ganz entschärfen. Der Anschluss von Frequenzumrichern direkt an das Netz führt zu einer starken Belastung von Netz und Zwischenkreis.
Netzrückwirkungen für Frequenzumrichter sind in EN61800-3-2 festgelegt. Interessant ist hierbei, dass festgelegte PFS (Product Family Standard) so hohe Störgrenzwerte (<150KHz) zulassen, dass Drittgeräte am Versorgungsnetz unmöglich ohne Beeinflussung störungsfrei arbeiten können.
(Bajog electronic)