Applikation SINAMICS DCM als Feldspeisegerät · Applikation SINAMICS DCM als Feldspeisegerät...

Applikation SINAMICS DCM als Feldspeisegerät

Ausgabe 04 - 6/2013

DC Converter

SINAMICS drives

SINAMICS DCM

© Siemens 2013 C98130-A7066-A501-04-0019, 6/2013 1

SINAMICS DCM Applikation SINAMICS DCM als Feldspeisegerät Kompaktbedienanleitung

Rechtliche Hinweise Warnhinweiskonzept Dieses Handbuch enthält Hinweise, die Sie zu Ihrer persönlichen Sicherheit sowie zur Vermeidung von Sachschäden beachten müssen. Die Hinweise zu Ihrer persönlichen Sicherheit sind durch ein Warndreieck hervorgehoben, Hinweise zu alleinigen Sachschäden stehen ohne Warndreieck. Je nach Gefährdungsstufe werden die Warnhinweise in abnehmender Reihenfolge wie folgt dargestellt.

GEFAHR bedeutet, dass Tod oder schwere Körperverletzung eintreten wird, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden.

WARNUNG bedeutet, dass Tod oder schwere Körperverletzung eintreten kann, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden.

VORSICHT mit Warndreieck bedeutet, dass eine leichte Körperverletzung eintreten kann, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden.

VORSICHT ohne Warndreieck bedeutet, dass Sachschaden eintreten kann, wenn die entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen nicht getroffen werden.

ACHTUNG bedeutet, dass ein unerwünschtes Ergebnis oder Zustand eintreten kann, wenn der entsprechende Hinweis nicht beachtet wird.

Beim Auftreten mehrerer Gefährdungsstufen wird immer der Warnhinweis zur jeweils höchsten Stufe verwendet. Wenn in einem Warnhinweis mit dem Warndreieck vor Personenschäden gewarnt wird, dann kann im selben Warnhinweis zusätzlich eine Warnung vor Sachschäden angefügt sein.

Qualifiziertes Personal Das zu dieser Dokumentation zugehörige Produkt/System darf nur von für die jeweilige Aufgabenstellung qualifiziertem Personal gehandhabt werden unter Beachtung der für die jeweilige Aufgabenstellung zugehörigen Dokumentation, insbesondere der darin enthaltenen Sicherheits- und Warnhinweise. Qualifiziertes Personal ist auf Grund seiner Ausbildung und Erfahrung befähigt, im Umgang mit diesen Produkten/Systemen Risiken zu erkennen und mögliche Gefährdungen zu vermeiden.

Bestimmungsgemäßer Gebrauch von Siemens-Produkten Beachten Sie Folgendes:

WARNUNG Siemens-Produkte dürfen nur für die im Katalog und in der zugehörigen technischen Dokumentation vorgesehenen Einsatzfälle verwendet werden. Falls Fremdprodukte und -komponenten zum Einsatz kommen, müssen diese von Siemens empfohlen bzw. zugelassen sein. Der einwandfreie und sichere Betrieb der Produkte setzt sachgemäßen Transport, sachgemäße Lagerung, Aufstellung, Montage, Installation, Inbetriebnahme, Bedienung und Instandhaltung voraus. Die zulässigen Umgebungsbedingungen müssen eingehalten werden. Hinweise in den zugehörigen Dokumentationen müssen beachtet werden.

© Siemens 2013 2 C98130-A7066-A501-04-0019, 6/2013

Inhaltsverzeichnis 1 Hinweise ................................................................................................................................................. 2

2 Anwendungsbereich................................................................................................................................ 3

3 Blockschaltbilder ..................................................................................................................................... 4 3.1 Variante 1: Feldspeisung mit internem Sollwert.......................................................................................................... 4 3.2 Variante 2: Feldspeisung mit externem Sollwert......................................................................................................... 5 3.3 Variante 3: Feldspeisung + Ankerspeisung ................................................................................................................ 6

4 Parameterlisten....................................................................................................................................... 7 4.1 Variante 1: Feldspeisung mit internem Sollwert.......................................................................................................... 7 4.2 Variante 2: Feldspeisung mit externem Sollwert......................................................................................................... 7 4.3 Variante 3: Ankerspeisung + Feldspeisung ................................................................................................................ 8 4.4 Ankerspeisung + Feldspeisung + Feldumkehr.......................................................................................................... 10

5 Inbetriebnahme, Optimierungsläufe ...................................................................................................... 11 5.1 Variante 1: Feldspeisung mit internem Sollwert........................................................................................................ 11 5.2 Variante 2: Feldspeisung mit externem Sollwert....................................................................................................... 11 5.3 Variante 3: Ankerspeisung + Feldspeisung .............................................................................................................. 11

6 Einstellung der zusätzlichen Alpha W-Impulse...................................................................................... 12

7 Überspannungsschutz .......................................................................................................................... 13 7.1 Allgemeines .............................................................................................................................................................. 13 7.2 Schutz mittels Varistoren.......................................................................................................................................... 14 7.3 Schutz mittels Thyristor-Schutzmodul ...................................................................................................................... 14 7.4 Dämpfungswiderstand Rs ........................................................................................................................................ 15 7.5 Magnetische Feldenergie für Siemensmotoren ........................................................................................................ 16

1 Hinweise

Hinweis Diese Applikationsschrift erhebt nicht den Anspruch, alle Gerätedetails oder -varianten zu erfassen oder jeden denkbaren Fall des Betriebes oder der Anwendung zu berücksichtigen. Die Standardapplikationen stellen keine kundenspezifische Lösungen dar, sondern sollen lediglich Hilfestellung bei der Realisierung von typischen Aufgabenstellungen bieten. Der Betreiber ist für den sachgemäßen Betrieb der beschriebenen Produkte selbst verantwortlich. Sollten Sie weitere Informationen benötigen oder sollten spezielle Probleme auftreten, die nicht ausführlich genug behandelt werden, wenden Sie sich bitte an die örtliche Siemens-Niederlassung. Der Inhalt dieser Applikationsschrift wird nicht Bestandteil einer früheren oder bestehenden Vereinbarung, Zusage oder eines Rechtsverhältnisses und ändert diese auch nicht ab. Der jeweilige Kaufvertrag stellt die gesamte Verpflichtung der Division Drive Technologies I DT der Siemens AG dar. Die in dem Vertrag zwischen den Parteien festgelegte Gewährleistung ist die einzige von der Division Drive Technologies I DT übernommene Gewährleistung. Die vertraglichen Gewährleistungsbestimmungen werden durch die Ausführungen dieser Applikationsschrift weder erweitert noch abgeändert.

WARNUNG Die aufgeführten Geräte enthalten gefährliche elektrische Spannungen, gefährlich rotierende Maschinenteile (Lüfter) und steuern drehende mechanische Teile (Antriebe). Tod, schwere Körperverletzungen oder erheblicher Sachschaden werden eintreten, wenn die Anweisungen der zugehörigen Betriebsanleitungen nicht befolgt werden.

Technical Support

Technische Hilfe erhalten Sie auch über unseren Technical Support: www.siemens.de/automation/support-request (deutsch) www.siemens.com/automation/support-request (englisch)

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2 Anwendungsbereich Die Geräte SINAMICS DCM dienen zur Anker- und Feldspeisung von DC-Motoren. Die geräteinterne halbgesteuerte Einphasen-Brückenschaltung (Vollgesteuerte Einphasen-Brückenschaltung als Option) des Feldleistungsteiles erlaubt die Speisung von Motoren mit maximal 40 A (85 A ab 6RA8093, 1500–3000 A Ankerstrom als Option) Bemessungs-Erregerstrom. Sind höhere Feldspeiseströme erforderlich, so kann dazu ein SINAMICS DCM 2Q-Gerät benutzt werden, wobei die normalerweise für die Ankerspeisung vorgesehene vollgesteuerte Drehstrombrückenschaltung zur Feldspeisung verwendet wird.

Im Folgenden wird zwischen vier Anwendungsfällen unterschieden:

Variante 1: Das SINAMICS DCM Gerät arbeitet völlig autark, es wird ein fixer interner Feldstromsollwert

vorgegeben. Feldschwächen ist nicht möglich. Variante 2: Das SINAMICS DCM Gerät bekommt einen externen analogen Feldstromsollwert.

Feldschwächung kann durch diesen Sollwert über extern erfolgen. Variante 3: Das Feldspeisegerät (Slave) arbeitet im Zusammenhang mit einem SINAMICS DCM

Ankerspeisegerät (Master). Der Signalaustausch erfolgt über eine Peer-to-Peer-Schnittstelle. Das Ankerspeisegerät erzeugt den Stromsollwert für das Feldspeisegerät und bekommt von diesem Stromistwert und Störmeldung rückgesendet. Feldschwächen ist möglich.

Variante 4: Wie Variante 3, jedoch zusätzlich mit Feldumkehr Um eine kontaktlose Umschaltung zu ermöglichen ist das Feldspeisegerät als 4Q-Gerät auszulegen!

WARNUNG

Wird der Ankerleistungsteil zur Feldspeisung verwendet, so muss zum Schutz der Stromrichterventile zwingend ein Überspannungsschutz vorgesehen werden, da bei einem Wegfall der Eingangsspannung die Energie im Feldkreis nicht abgebaut werden kann. Bei der Variante 4 mit Feldumkehr ist zu beachten, dass der Überspannungsschutz in beiden Polaritäten wirken muss! Um den Überspannungsschutz nicht unnötig zu belasten, sollte gewährleistet sein, dass bei Vorgabe von Impulssperre der Feldstrom bereits 0 ist, z. B. durch Aktivieren der Stillstandserregung, da sonst die Restenergie des Feldes über den Überspannungsschutz abgebaut werden muss.

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3 Blockschaltbilder

3.1 Variante 1: Feldspeisung mit internem Sollwert


3.2 Variante 2: Feldspeisung mit externem Sollwert


3.3 Variante 3: Feldspeisung + Ankerspeisung


4 Parameterlisten 4.1 Variante 1: Feldspeisung mit internem Sollwert Feldspeisegerät p50076[0] Anpassung Geräte-Bemessungsgleichstrom Anker (= Normierung des eigentlichen

Feldstromes). p50076[1] Anpassung Geräte-Bemessungsgleichstrom Feld. Einstellung unerheblich, da nicht verwendet. p50078[0] Einstellung der verketteten Leistungsteil–Anschlussnennspannung des Netzes p50079 =1 Freigabe Langimpulse Ankersteuersatz. Bei Feldspeisung von den Ankerklemmen erforderlich. p50082 = 0 internes Feld nicht verwendet p50083 = 4 Drehzahlistwert frei verdrahtbar p50084 = 2 stromgeregelter Betrieb p50100 Bemessungs-Ankerstrom = in diesem Fall der Erregerstrom des Motors p50102 Einstellung unerheblich, da nicht verwendet p50153 = 3 erforderlich bei großen Induktivitäten an den Ankerklemmen p50179 > 0 Zusätzliche Alpha W-Impulse (ca. 3...n), abhängig von der Größe der Induktivität. p50192 = 1 Alpha W immer p50151 p50401 Sollwert Betriebsfeld; 100 % = Gerätenennstrom des Ankerkreises p50402 Sollwert Stillstandsfeld; 100 % = Gerätenennstrom des Ankerkreises p50430[0] = 53010.0 Aufschalten Stillstandsfeld über Binäreingang Kl. X177.11; 1...Stillstandsfeld p50431[0] = 52402 Rangierung Sollwert Stillstandsfeld p50433[0] = 52401 Rangierung Sollwert Betriebsfeld p50601[2] = 52209 Rangierung Erregerstromsollwert p50609 = 52000 Quelle Drehzahlistwert 0 % p2118.0 = 60042 Ausblenden der Fehlermeldung "Tachostörung" anwählen p2118.1 = 60035 Ausblenden Fehlermeldung "Motor blockiert" anwählen p2119.0 = 3 Ausblenden der Fehlermeldung "Tachostörung" P2119.1 = 3 Ausblenden Fehlermeldung "Motor blockiert"

4.2 Variante 2: Feldspeisung mit externem Sollwert Feldspeisegerät p50076[0] Anpassung Geräte-Bemessungsgleichstrom Anker (= Normierung des eigentlichen Feldstromes)P50076[1] Anpassung Geräte-Bemessungsgleichstrom Feld. Einstellung unerheblich, da nicht verwendet. p50078[0] Einstellung der verketteten Leistungsteil–Anschlussnennspannung des Netzes p50079 = 1 Freigabe Langimpulse Ankersteuersatz

Bei Feldspeisung von den Ankerklemmen erforderlich p50082 = 0 internes Feld nicht verwendet p50083 = 4 Drehzahlistwert frei verdrahtbar p50084 = 2 stromgeregelter Betrieb p50100 Bemessungs-Ankerstrom = in diesem Fall der Erregerstrom des Motors p50102 Einstellung unerheblich, da nicht verwendet P50153 = 3 erforderlich bei großen Induktivitäten an den Ankerklemmen p50179 >0 Zusätzliche Alpha-W-Impulse (ca. 3...n), abhängig von der Größe der Induktivität. p50192 = 1 Alpha W ist immer p50151 p50402 Stromsollwert für Stillstandsfeld; 100 % = Gerätenennstrom des Ankerkreises p50430[0] = 53010.0 Aufschalten Stillstandsfeld über Binäreingang Kl. X177.11; 1...Stillstandsfeld p50431[0] = 52402 Rangierung Sollwert Stillstandsfeld


Feldspeisegerät p50433[0] = 52011 Rangierung Sollwert Betriebsfeld; Analoger Sollwert von Kl. X177.25 p50601[2] = 52209 Rangierung Erregerstromsollwert p50609 = 52000 Quelle Drehzahlistwert p2118.0 = 60042 Ausblenden der Fehlermeldung "Tachostörung" anwählen p2118.1 = 60035 Ausblenden Fehlermeldung "Motor blockiert" anwählen p2119.0 = 3 Ausblenden der Fehlermeldung "Tachostörung" P2119.1 = 3 Ausblenden Fehlermeldung "Motor blockiert"

4.3 Variante 3: Ankerspeisung + Feldspeisung Ankerspeisegerät Feldspeisegerät p50076[0] Anpassung Geräte-

Bemessungsgleichstrom Anker p50076[0] Anpassung Geräte-

Bemessungsgleichstrom Anker. = Normierung des eigentlichen Feldstromes

p50076[1] Anpassung Geräte-Bemessungsgleichstrom Feld ACHTUNG: Werkseinstellung belassen!

p50076[1] Anpassung Geräte-Bemessungsgleichstrom Feld. Einstellung unerheblich, da nicht verwendet.

p50078[0] Anpassung der verketteten Leistungsteil-Nennanschluss-spannung des Netzes

p50078[0] Anpassung der verketteten Leistungsteil-Nennanschlussspannung des Netzes

p50078[1] Nicht verwendet p50078[1] Nicht verwendet p50079=1 Freigabe Langimpulse

Ankersteuersatz. Bei Feldspeisung von den Ankerklemmen erforderlich

p50081=0 oder 1 nach Bedarf, EMK-abhängiges Feldschwächen

p50082=24 Externes Feldgerät, EIN über Signal "Hilfsbetriebe EIN"

p50082=0 internes Feld nicht verwendet

p50083=4 Drehzahlistwert frei verdrahtbar p50084=1 drehzahlgeregelter Betrieb p50084=2 stromgeregelter Betrieb p50094 Ausschaltverzögerung der

Hilfsbetriebe Die hier eingestellte Zeit muss länger sein als die an p50258 eingetragene Zeit für die Feldstromreduzierung.

p50097 = 0: Feldstromsollwert bei Störmeldung zu Null gesetzt = 1 Feldstromsollwert bei Störmeldung nicht Null, es wird jedoch keine Erhöhung des Feldstromsollwertes zugelassen

p50102 Bemessungs-Erregerstrom p50102 Einstellung unerheblich, da nicht verwendet

p50153=3 erforderlich bei großen Induktivitäten an den Ankerklemmen

p50179>0 Zusätzliche Alpha-W-Impulse mit freigegebenem Zweitimpuls (ca. 3...n)Abhängig von der Größe der Induktivität.


Ankerspeisegerät Feldspeisegerät p50192=1 Alpha W immer p50151 p50257 Stillstandsfeld

Wert sollte auf Werkseinstellung = 0,0 belassen werden, da dann beim Ausschalten des Feldspeisegerätes keine Energie über den Überspannungsschutz abgebaut werden muss.

p50258 Verzögerungszeit bei automatischer Feldstromreduzierung Die hier eingestellte Zeit muss kürzer sein als die an p50094 eingetragene Zeit für die Ausschaltverzögerung der Hilfsbetriebe.

p50601[2]=52601 Erregerstromsollwert p50609=52000 Quelle Drehzahlistwert p50612=52601 Erregerstromistwert vom

Feldspeisegerät über Peer-to-Peer

p0840[0]=52607.0 Ein-Befehl p0852[0]=52607.0 Impulsfreigabe p0844[0]=52607.0 Anregung "AUS 2" bei Störung des

Feldspeisegerätes

p50790=5 Peer-to-Peer-Anwahl p50790=5 Peer-to-Peer-Anwahl p50791=2 Anzahl der übertragenen Worte p50791=2 Anzahl der übertragenen Worte p50793=8 Empfohlene Baudrate p50793=8 Empfohlene Baudrate p50795=1 Busabschluss Ein p50795=1 Busabschluss Ein p50794[0]=52268 Erregerstromsollwert p50794[0]=52116 Betrag des Erregerstromistwerts p50794[1]=52620 Rangierung Hilfsbetriebe Ein p50794[1]=52620 Rangierung Störbit p50797=0,3...0,5 s Telegrammausfallzeit. Tritt beim

Einschalten der Elektronikversorgung während der Initialisierung ein Fehler auf → höhere Zeit einstellen.

p50797=0,3...0,5 s Telegrammausfallzeit. Tritt beim Einschalten der Elektronikversorgung während der Initialisierung ein Fehler auf → höhere Zeit einstellen.

p51117[0]=53210.2 Hilfsbetriebe Ein p51117[0]=2139.3 Rangierung Störbit p51118.0=1 Invertierung Störbit p51838=xxxx Bemessungsgleichstrom des

externen Feldgerätes entsprechend dem Parameter r50072.2 des externen Feldgerätes

p2118.0=60042 Ausblenden der Fehlermeldung "Tachostörung" anwählen

p2118.1=60035 Ausblenden der Fehlermeldung "Motor blockiert" anwählen

p2119.0=3 Ausblenden der Fehlermeldung "Tachostörung"

P2119.1=3 Ausblenden der Fehlermeldung "Motor blockiert"

ACHTUNG Tritt am Feldspeisegerät eine Störung auf, wird das Ankerspeisegerät mit AUS2 (Spannungsfreischaltung) abgeschaltet.


4.4 Ankerspeisung + Feldspeisung + Feldumkehr Bei dieser Anwendung wird ein 4Q-Gerät für die Feldspeisung verwendet.

Zusätzlich zu den in Pkt. 4.3 dargestellten, müssen folgende Einstellungen vorgenommen werden: Ankerspeisegerät Feldspeisegerät p50086=0 Automatischen Wiederanlauf

ausschalten, damit das Gerät nicht auf einen leitenden Thyristor der Schutzbeschaltung zuschaltet

p50150=5 Alpha G-Grenze 5 Grad einstellen p50180[0]=100 % +100 % positive Stromgrenze bei

Feldrichtung 1 p50181[0]=0 % 0 % negative Stromgrenze bei

Feldrichtung 1 p50182[0]=0 % 0 % positive Stromgrenze bei

Feldrichtung 2 p50183[0]=-100 % -100 % negative Stromgrenze bei

Feldrichtung 2 p50500[0]=52193 Erregerstromsollwert nach

Begrenzung p50580[0]=BOxxx Quelle für das Kommando

"Drehrichtungsumkehr durch Feldumkehr" Ab Software-Version 1.2

p50581[0]=BOxxx Quelle für das Kommando "Bremsen durch Feldumkehr" Ab Software-Version 1.2

p50601[2]=52134

abweichend zu Pkt. 4.3 hier Werkseinstellungswert 52134 einstellen

p50433[0]=52601 Erregerstromsollwert vom Ankergerät p50671[0]=52607.2 BO53195.1 vom Ankergerät,

Freigabe negative Drehrichtung p50672[0]=52607.1 BO53195.0 vom Ankergerät,

Freigabe positive Drehrichtung p50694[0]=52607.2 BO53195.1 vom Ankergerät,

Umschaltung Momentengrenzen p51117[1]=53195.0 Anwahl Feld Momentenrichtung 1 p51117[2]=53195.1 Anwahl Feld Momentenrichtung 2 p505370[0]=5 n<nmin Schwelle bei 5 % p50272=1 verhindert F60043


5 Inbetriebnahme, Optimierungsläufe

5.1 Variante 1: Feldspeisung mit internem Sollwert Einstellung der Parameter gemäß Liste aus Punkt 4.1 Optimierungslauf für Vorsteuerung und Stromregler durchführen (p50051=25)

Vorgangsweise siehe Betriebsanleitung SINAMICS DCM Kapitel 8

5.2 Variante 2: Feldspeisung mit externem Sollwert Vorgangsweise wie bei Punkt 5.1

5.3 Variante 3: Ankerspeisung + Feldspeisung

Einstellung der Parameter gemäß Liste aus Punkt 4.3

Bei der Durchführung der automatischen Optimierungsläufe ist folgende Reihenfolge zu beachten:

Feldspeisegerät

Vorgangsweise: Optimierungslauf für Vorsteuerung und Stromregler anregen, d. h. p50051=25 einstellen Befehle "Einschalten" und "Betriebsfreigabe" vorgeben Ende des Optimierungslaufs abwarten p50179 optimal einstellen, Berechnung siehe Kapitel 6 Kontrolle der Einstellungen des automatischen Optimierungslaufes,

bei Bedarf nachträgliche Optimierung durch Beurteilung der Sprungantwort bzw. Aufnahme der Regelkreisparameter mittels Oszilloskop oder Trace Monitor.

Ankerspeisegerät

Vorgangsweise: p50082=0 Einstellen für die Dauer des Optimierungslaufes p50051=25 Feldsteuergerät gegen Einschalten sichern durch Öffnen von X177.12 p50051=25 Optimierungslauf für Vorsteuerung und Stromregler (Anker) durchführen. p50082 wieder auf ursprünglichen Wert stellen. Feldgerät wieder einschalten P051=26, 27, 28 Je nach Bedarf Optimierungsläufe für Drehzahlregler, Feldschwächen und Reibungs- bzw.

Trägheitskompensation durchführen (siehe Betriebsanleitung SINAMICS DCM Kapitel 8) Kontrolle der Einstellungen der automatischen Optimierungsläufe, bei Bedarf nachträgliche Optimierung durch

Beurteilung der Sprungantwort bzw. Aufnahme der Regelkreisparameter mittels Oszilloskop oder Trace Monitor. Zusätzliche Einstellungen je nach Anforderung, technologische Inbetriebnahme.


6 Einstellung der zusätzlichen Alpha W-Impulse Bei hochinduktiven Lasten dauert es trotz Vorliegen eines Steuerwinkes von Alpha W (volle Gegenspannung zum Stromabbau in der Induktivität) eine gewisse Zeit, bis der Strom vollständig auf Null abgebaut ist. Vor allem bei 4Q-Betrieb ist es nötig, dass der Strom Null ist und der aktive Thyristor sicher sperrt, bevor ein Momentenrichtungswechsel (Zünden der gegenparallelen Brücke zur Stromumkehr) vorgenommen wird. Wird die gegenparallele Thyristorbrücke gezündet, bevor die vorhergehende sicher gesperrt ist, so tritt Kreisstrom mit Sicherungsfall auf.

Bei Motorbetrieb ist es infolge der geringen Induktivität ausreichend, bei Vorliegen der Stromnullmeldung (die Stromnullmeldung liegt bei 1 % des tatsächlichen Gerätebemessungsstromes: Parameter r50072[1]) die Impulse zu sperren und mit einer geringen Verzögerungszeit die Gegenmomentenrichtung freizugeben.

Motor-/Generatorfelder oder Hubmagnete haben oft Induktivitätswerte von 10 H oder höher, wodurch es notwendig wird, nach Vorliegen der Stromnullmeldung eine gewisse Anzahl von zusätzlichen Alpha W-Impulsen (Zahl einstellbar über Parameter p50179) abzugeben, bis der Strom Null wird.

Eine rechnerische Überprüfung ist unabdingbar, vor allem um eine betriebsmäßig vorliegende Netzunterspannung, bzw. bei Gerätebemessungsströmen >60 A die Auflösung der Stromistwerterfassung bezogen auf den Haltestrom der Thyistoren (ca. 100 mA) zu berücksichtigen.

Berechnungsbeispiel:

U = L × ∆i / ∆t; ∆t = L × ∆i / U

U = Ausgangsgleichspannung SINAMICS DCM bei Netzunterspannungsschwelle und Alpha W: U = p50078[0] × (1+ p50351 / 100) × 1,35 × cos(Alpha W) ∆i = 1 % vom tatsächlichen Gerätebemessungsstrom r50072[1] Ab Stromnullmeldung (1 % von r50072[1]) werden die zusätzlichen Alpha W-Impulse abgegeben. ∆t = Mindestzeit für Alpha W-Impulse, 1 Impuls = 3,33 ms bei 50 Hz, bzw. 2,78 ms bei 60 Hz

Beispiel:

L = 1 H, p5078[0] = 400 V (Netznennspannung); U = p50078[0] × (1+ p50351/100) × 1,35 × cos (Alpha W) ... bei Dreiphasenbetrieb U = p50078[0] × (1 + p50351/100) × 0,9 × cos (Alpha W) ... bei Einphasenbetrieb p50351 = -30 % (Unterspannungsschwelle Netz), ∆i = r50072[1] × 0,01 r50072[1] = 1200 A (tatsächlicher Gerätebemessungsstrom), Alpha W = 150 Grad (p50151)

∆t = 1 × 12 / [400 × (1 + (-30) / 100) × 1,35 × 0,866] = 0,037 s

Mindestzahl der zusätzlichen Alpha W-Impulse bei 50 Hz = 37 ms / 3,33 ms = 12

20 % Zuschlag = 12 × 1,2 = 14,4 → p50179 = 14 einstellen.

Der Wert des Feldkreiswiderstandes R und der Feldkreisinduktivität L kann nach dem Stromregleroptimierungslauf aus SINAMICS DCM-Parametern entnommen werden.

p50110 = Feldkreiswiderstand in Ω p50111 = Feldkreisinduktivität in mH


7 Überspannungsschutz

7.1 Allgemeines

WARNUNG

Ein Überspannungsschutz ist bei dieser Anwendung zwingend erforderlich, da z. B. bei drehstromseitigem Spannungsausfall die Thyristoren sperren und durch die im Feld enthaltene Energie (Abschalten einer Induktivität) eine Überspannung entsteht. Dies kann zur Zerstörung der Thyristoren im SINAMICS DCM-Gerät führen. Der Überspannungsschutz hat daher die Aufgabe, die Spannung auf einen definierten Wert zu begrenzen und die im Feld enthaltene Energie abzubauen.

Folgende Schutzbeschaltungen stehen zur Verfügung SIOV Metalloxid Varistoren (für kleine Feldströme) Thyristormodule

ACHTUNG Metalloxyd-Varistoren (SIOV, MOV, ZnO, ...) sind ausgelegt zur Ableitung hoher Impulsenergien in sehr kurzen Zeiten. Die abgebaute Energie wird in Wärme umgesetzt, im Volumen des Varistors gespeichert und langsam über die Oberfläche an die Umgebung abgeführt. Wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit und der höheren Temperaturempfindlichkeit bei Überlastung sind Metalloxyd-Varistoren für die hohen Energien und langen Zeitkonstanten, die beim Abbau der Energie im Erregerkreis auftreten, nur sehr eingeschränkt verwendbar. (Bei thermischer Überbeanspruchung sinkt die Begrenzungsspannung des Varistors dauerhaft. Tritt dies öfter auf, droht die Zerstörung des Varistors, da Gefahr besteht, dass die Begrenzungsspannung in den Bereich der Betriebsspannung absinkt.) Weiters sollte ein Dämpfungswiderstand RS vorgesehen werden, der den Zweck hat, Überspannungen zu bedämpfen, die bei niedrigem Gleichstrom durch Lückstromabriss, Schwingungsvorgänge oder beim Unterschreiten des Schutzthyristorhaltestroms entstehen.

Maximale Begrenzungsspannung zur Dimensionierung des Überspannungsschutzes

Maximal zulässige Begrenzungsspannung - abhängig von der Motorfeldwicklung und der Bemessungsanschlussspannung des Stromrichters. Der kleinere Wert ist zu wählen. Für Siemensmotoren maximale Begrenzungsspannung = 2000 V Bemessungsanschlussspannung für Stromrichter SINAMICS DCM an 1U1, 1V1, 1W1

Begrenzungsspannung DC

3 AC 400 V 1350 V 3 AC 480 V, 3 AC 575 V 1550 V 3 AC 690 V 1700 V 3 AC 830 V 2100 V 3 AC 950 V 2500 V

Magnetischer Energieinhalt der Feldwicklung zur Dimensionierung des Überspannungsschutzes

Für Siemensmotoren kann der Energieinhalt aus Kapitel 7.5 entnommen werden. Ist der Energieinhalt nicht bekannt, benötigt man für die Berechnung die Induktivität der Feldwicklung. W = L × Ierr2 /2 Rerr = Uerr / Ierr L = 2 × W / Ierr2

W Magnetischer Energieinhalt in Wattsekunden L Induktivität der Feldwicklung in Henry Ierr Bemessungserregerstrom in Ampere (siehe Typenschild Motor) Rerr Widerstand der Erregerwicklung in Ohm Uerr Bemessungserregerspannung in Volt (siehe Typenschild Motor)


7.2 Schutz mittels Varistoren

Metalloxid-Varistoren bei kleinem Energieinhalt der Feldwicklung:

Hersteller Fa. Epcos (www.epcos.com) Bis 420 V Netznennspannung (für 400 V SINAMICS DCM) bis 400 Ws: Varistor SIOV-B32K460 bis 2000 Ws: Varistor SIOV-B80K460 Bis 500 V Netznennspannung (für 480 V und 575 V SINAMICS DCM) bis 400 Ws: Varistor SIOV-B32K550 bis 2000 Ws: Varistor SIOV-B80K550

7.3 Schutz mittels Thyristor-Schutzmodul

Lieferbare Thyristor-Schutzmodule von Siemens:

Folgende Thyristor-Schutzmodule finden Anwendung bei Feldern mit Energieinhalt >2000 Ws und Feldströmen bis ca. 2000 A. Bis 420 V Netznennspannung (für 400 V SINAMICS DCM) Bestellnummer 7VV3003-6BG30 *) für Feldströme bis ca. 300 A (geeignet für beide Stromrichtungen, 4Q) 7VV3003-5BG32 *) für Feldströme >300 A (geeignet für beide Stromrichtungen, 4Q)

http://www.epcos.com/


Bis 500 V Netznennspannung (für 480 V und 575 V SINAMICS DCM) Bestellnummer 7VV3003-6CG30 *) für Feldströme bis ca. 300 A (geeignet für beide Stromrichtungen, 4Q) 7VV3003-5CG32 *) für Feldströme >300 A (geeignet für beide Stromrichtungen, 4Q) *) → Betriebsanleitung 7VV3003 (http://support.automation.siemens.com/WW/view/de/17635427/133300)

Die Widerstände RS und RV sind im Lieferumfang der Thyristor-Schutzmodule nicht enthalten.

Sie sind ausschließlich zur Absicherung im Fehlerfall geeignet. Bei Auftreten von Überspannung wird über ein BOD-Element (Kippdiode) der Thyristor gezündet und bleibt leitend bis die Feldenergie abgebaut und der Haltestrom des Thyristors unterschritten ist. Um zu verhindern, dass bei Netzwiederkehr das Feldgerät den gezündeten Thyristor speist, sollte der automatische Wiederanlauf des SINAMICS DCM ausgeschaltet werden (p50086=0 einstellen).

Zur Dimensionierung der Schutzbeschaltung sind folgende Werte erforderlich: Größter betriebsmäßiger Laststrom Zeitkonstante τ des Freilaufkreises

=τ

L Induktivität der Feldwicklung des Motors [H] R Summenwiderstand Feldwicklung + Zuleitungen + Vorwiderstand (bei Bedarf) [Ω] τ Zeitkonstante [s]

7.4 Dämpfungswiderstand Rs Dimensionierung bei B6C-Schaltung:

[ ] [ ][ ]

×≤Ω

[ ] [ ][ ]Ω×=

UL Verkettete Spannung am Drehstromanschluss des Stromrichters PV Verlustleistung von RS UFN Feldnennspannung

http://support.automation.siemens.com/WW/view/de/17635427/133300


7.5 Magnetische Feldenergie für Siemensmotoren Mittelwerte der magnetischen Feldenergie [Ws] bei Vollerregung und Fremdkühlung: 1GF. ... 1GG. ... 1GH. ...

Ws

1GF. ... 1GG. ... 1GH. ...

Ws

1GF. ... 1GG. ... 1GH. ...

Ws

1GF. ... 1GG. ... 1GH. ...

Ws

1GF. ... 1GG. ... 1GH. ...

Ws

…5 102 3.5 ...5 112 5.5 ...5 132 21 ...5 162 45 ...6 162 115 …5 104 5 ...5 114 8.5 ...5 134 30 ...5 164 60 ...6 164 150 …5 106 7 ...5 116 12 ...5 136 35 ...5 166 75 ...6 166 190 …5 108 10

1GG. … 1GH. ...

Ws

1GG. … 1GH. ...

Ws

1GG. … 1GH. ...

Ws

1GG. … 1GH. ...

Ws

1GG. … 1GH. ...

Ws

...5 182 100 ...6 186 185 …5 252 340 …6 256 540 …5 312 730

...5 184 125 ...6 188 220 …5 254 430 …6 258 690 …5 314 910

...5 202 140 ...6 206 250 …5 282 480 …6 256 780 …5 352 980

...5 204 170 ...6 208 300 …5 284 600 …6 258 950 …5 354 1190

...5 222 220 ...6 226 360

...5 224 280 ...6 228 450

1GG. … 1GH. ...

Ws

1GG. … 1GH. ...

Ws

1GG. … 1GH. ...

Ws

1GG. … 1GH. ...

Ws

1GG. … 1GH. ...

Ws

...7 351 850 ...7 401 1400 ...5 402 1220 ...7 451 1350 ...5 500 1260

...7 352 960 ...7 402 1650 ...5 404 1500 ...7 452 1650 ...5 501 1740

...7 353 1200 ...7 403 1850 ...5 406 1700 ...7 453 2000 ...5 502 2060

...7 354 1380 ...7 404 2200 ...7 454 2400 ...5 503 2480

...7 355 1710 ...7 405 2700 ...7 455 3100 ...5 504 3070 ...5 631 2740 ...5 632 3430 ...5 633 4140 ...5 634 4680 ...5 635 5890

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