Frequenzumrichter auf dem nordamerikanischen IEC UL CSA/cUL/UL UL/IEC sentiert die Interessen und...

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    07-Apr-2018
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  • www.eaton.com www.moeller.net

    Frequenzumrichter auf dem

    nordamerikanischen Markt

    Fachaufsatz

    Dipl.-Ing. Jrg Randermann

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    M3 ~

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    ULN (50/60 Hz)Dipl.-Ing. Jrg RandermannLeiter ProduktsupportElektronische Motorstarter und DrivesEaton Industries GmbH, Bonn

    Vorwort

    Seit ber 30 Jahren liefert Eaton Moeller erfolgreich elektronische Antriebssysteme in die Mrkte der Welt. Mit Blick auf die europische Exportwirtschaft von Maschinenbau und OEM (Original Equipment Manufacturer) ist der nordamerikanische Markt dabei einer der Wichtigsten.

    Der nachfolgende Fachaufsatz wendet sich an alle, die in Anwendung, Technik, Vertrieb und Management mit elektri-scher Antriebstechnik und drehenden Maschinen zu tun haben. Er beschreibt einfach und praxisbezogen die Bedin-gungen fr den Export von Europa auf den nordamerikanischen Markt und die Anforderungen fr den Einsatz eines Frequenzumrichters.

    Frequenzumrichter

    Der Frequenzumrichter ist ein elektri-sches Betriebsmittel und als gewerbli-ches Produkt nicht fr private Verbrau-cher vorgesehen.

    Frequenzumrichter ermglichen die stu-fenlose Drehzahlsteuerung von Dreh-strommotoren:

    n ~ f

    n = Drehzahl (min-1)f = Frequenz (Hz)

    Dazu wird eine speisende Spannung, mit bestimmter Frequenz und Amplitude, im Frequenzumrichter umgeformt in eine dreiphasige Wechselspannung mit varia-bler Amplitude und einstellbarer Fre-quenz. Mit dieser frequenzmodulierten Spannung werden in der Regel (Dreh-strom-) Asynchronmotoren betrieben.

    Im energiefhrenden Leistungsteil ist die Funktion des (statischen) Frequenzum-richter unterteilt in drei Gruppen: Gleich-richter, Gleichspannungs-Zwischenkreis und Transistor-Wechselrichter.

    Der nordamerikanischen Markt

    Mit Kanada, den USA und Mexiko bildet der nordamerikanische Markt einen Wirtschaftsverbund mit Freihandelszone

    (NAFTA, North American Free Trade Agreement).

    Wie im europischen Wirtschaftsraum gibt es auch in der NAFTA-Zone viel-fltige Harmonisierungsbestrebungen,

    so beispielsweise bei der Prfung, Zertifizierung und Zulassung von elektro-technischen Produkten. Daher wird nachfolgend der wirtschaftlich grere und rechtlich, wie auch technologisch, fhrende US-amerikanische Markt bevorzugt als Stellvertreter betrachtet.

    Mit der Liberalisierung des Welthandels wurden internationale Standards geschaffen. Die Exportkontrollbestim-mungen in Nordamerika sind heute mit denen der europischen Union, in Bezug auf die zu kontrollierenden Waren und Technologien, vergleichbar. Auch Gesetze und Vorschriften wurden international harmonisiert. Englisch wird dabei in vielen Bereichen (Politik, Wirt-schaft, Technik, Kunst usw.) immer mehr zur globalen Standardsprache.

    Dennoch knnen in Europa und Nord-amerika die nationalen Genehmi-gungsvorbehalte, unterschiedliche Normen situationen und andere Markt-gewohnheiten, zu Missverstndnissen, rgerlichen Verzgerungen und aufwen-digen Umbauten fhren. Dabei hat es oft den Anschein, als wre die nordame-rikanische Welt und deren technische Regeln wesentlich komplizierter und anders.

    Gemeint sind hier nicht die in Nordame-rika immer noch blichen angloamerika-nischen Maeinheiten, wie beispiels-weise:

    Inch (1 in = 25,4 mm), HP ( Horsepower = 1 PS = 1,36 kW),AWG ( American Wire Gauge), Ver-drahtungsdurchmesser.

    Die Unterschiede liegen vielmehr in den Sicherheitsnormen der Elektrotechnik von UL (Underwriters Laboratories) und IEC (International Electrical Commis-sion). Hinzu kommt, dass die Produkt-haftungsgesetze, vor allem in den USA, weitaus strenger sind als in Europa.

    Sicherheitsnormen der Elektrotechnik

    Die Produktsicherheit regelt das Inverkehrbringen und Aufstellen von Produkten. Bei bestimmungsgemer Verwendung oder vorhersehbarer Fehl-anwendung, drfen die Sicherheit und Gesundheit von Verwendern oder Drit-ten nicht gefhrdet werden.

    Weltweit gibt es daher verbindliche Vor-schriften fr die Sicherheit von Men-schen und Maschinen. Je nach Region sind diese Vorschriften dem rechtlichen und kulturellen Umfeld angepasst. Die Spanne reicht hierbei von zwingenden

    a = speisende Wechselspannungb = Gleichrichterc = Gleichspannungs-Zwischenkreisd = Transistor-Wechselrichtere = Asynchronmotorf = Energiefluss

    Bild 1: Schematischer Aufbau eines Fre-quenzumrichters

    Bild 2: Die nordamerikanische Freihan-delszone NAFTA

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    Gesetzen bis hin zu Empfehlungen von eher unverbindlichem Charakter. So gengt in einigen Regionen eine Selbst-zertifizierung, whrend in anderen Regi-onen die Zertifizierung nur durch staat-lich autorisierte Institutionen erfolgt, die zudem durch unabhngige Prforganisa-tionen berwacht werden.

    Grundlage der Sicherheitsnormen in der Elektrotechnik ist der Schutz vor mgli-chen Gefahren durch:

    Elektrischer Schlag infolge gefhrli- cher Spannungen,Brand infolge hoher Temperaturen, Verletzungsgefahr durch bewegliche Teile, scharfe Kanten, instabile Anord-nung, heie Oberflchen,Chemische Gefahren durch das Frei- setzen gesundheitsgefhrdender Stoffe,Gefahr durch Strahlung.

    Alle Sicherheitsnormen sehen daher entsprechende, grundstzliche Schutz-manahmen vor:

    geeignete Dimensionierung elektri- scher Stromkreise,

    Schutz vor indirektem Berhren,konstruktive Gestaltung und geeig- nete Materialien,Strahlenschutzmanahmen.

    Beim Frequenzumrichter wird die elektri-sche und mechanische Betriebssicher-heit gewhrleistet durch die Anwendung der Produktnormen IEC 61800-5-1 (Elek-trische Leistungsantriebssysteme mit einstellbarer Drehzahl Teil 5-1: Anfor-derungen an die Sicherheit elektrische, thermische und energetische Anforde-rungen) und UL508C (Power Conversion Equipment). Als harmonisierte UL/IEC 61800-5-1 sollen beide Normen zuknf-tig einen einheitlichen und weltweit gl-tigen Standard schaffen.

    CE, Richtlinien gewhrleisten Haftungssicherheit

    IEC erstellt weltweit Standards, in denen die Mindestsicherheitsanforde-rungen der Gerte festgelegt sind. Tech-nische Details der konstruktiven Umset-zung bleiben dem Hersteller berlassen.

    Mit der CE-Kennzeichnung auf Gert und Verpackung wird die Einhaltung die-ser IEC-Standards in Europa dokumen-tiert. Sie ermglicht den uneinge-schrnkten Vertrieb im gesamten euro-pischen Wirtschaftsraum (EWR). Der Hersteller muss hierzu in einer Konfor-mittserklrung besttigen, dass alle Anforderungen der Richtlinien, unter die sein Produkt fllt, eingehalten werden.

    Bedingungen er die EMV-Produktnorm fr drehzahlvernderbare elektrische Antriebssysteme erfllt. Dies bedingt wiederum, dass der Frequenzumrichter in der Regel nur an sachkundige Fachleute geliefert wird, zum Einbau in einen Schaltschrank (Maschinensteue-rung).

    Der Errichter bzw. der Inverkehrbringer einer Maschine (Maschinensteuerung) muss in einer gesonderten Konformi-ttserklrung bescheinigen, dass die entsprechenden Anforderungen aus der Maschinen-Richtlinie (2006/42/EG) fr den Betrieb des Frequenzumrichters erfllt werden. Bei den Anwendungen ist es dann ausreichend, wenn die Ger-teeigenschaften (Gebrauchskategorie) mit der Last bereinstimmen.

    Die Frequenzumrichter von Eaton Moeller erfllen die Anforderungen der Niederspannungsrichtline (IEC/EN 61800-5-1) und die Anforderungen zur EMV-Produktnorm (IEC/EN 61800-3) fr drehzahlvernderbare elektrische Antriebssysteme (PDS). Die erforderli-chen Manahmen zur Installation sind in den beiliegenden Aufstell- und War-tungsanweisungen (AWA) sowie in den zugehrigen Handbchern (AWB) doku-mentiert.

    UL, oder in Amerika ist alles anders

    Die Underwriters Laboratories (UL) in den USA und die Canadian Standard Association (CSA) in Kanada, sind die bekanntesten und am meisten aner-kannten Test- und Zertifizierungslabors auf dem nordamerikanischen Markt.

    Hierzu einige grundstzliche Feststellun-gen:

    UL ist kein Gesetz. Es gibt kein Gesetz in Nordamerika, das eine UL-Zertifizierung zwingend vorschreibt. UL, das sind unabhngige und aner-kannte Testlabore (NRTL). UL prft die Produkte der Elektrotech-nik in Bezug auf ihre elektrische und mechanische Sicherheit nach den Vor-gaben des NEC.UL ist nicht der einzige Zertifizierer, der elektrotechnische Produkte fr den nordamerikanischen Markt zulas-sen kann.

    Die unabhngigen Testlabore (NRTL) unterstehen den Bundesbehrden OSHA (USA) und sind Bestandteil des nordamerikanischen Sicherheitssys-tems. Dieses Sicherheitssystem repr-

    IEC (International Electrotechnical Commission). Internationales Nor-mengremium der Elektrotechnik.

    EN (Europen Normalisation). Europa Normen sind Regeln die von einem der drei europischen Komitees (CEN, CENELEC, ETSI) ratifiziert wurden.

    CE (Communaut Europenne), kennzeichnet die Normenkonformitt in der europischen Gemeinschaft.

    Bild 4: CE-Kennzeichnung im europi-schen Wirtschaftsraum

    Bild 3: Achtung, Gefhrliche Spannung

    Beim Frequenzumrichter erfolgt die CE-Kennzeichnung gem der Nieder-spannungsrichtlinie IEC/EN 61800-5-1. In der Konformittserklrung besttigt der Hersteller, neben dieser Niederspan-nungsrichtlinie, auch die EMV-Richtlinie IEC/EN 61800-3 (drehzahlvernderbare elektrische Antriebe Teil 3: EMV-Anfor-derungen einschlielich spezieller Prf-verfahren).

    Diese EMV-Produktnorm betrachtet den Frequenzumrichter dabei nicht als ein-zelnes Gert, sondern in seiner Funktion mit der gesamten Beschaltung (Funk-entstrfilter, Netzdrossel, Motorleitung usw.). Vom energiespeisenden Netz bis zum antreibenden Motor wird hier ein so genanntes Power Drive System (PDS) bewertet.

    In den Installations- und Bedienungsan-leitungen des Frequenzumrichters muss dazu angegeben werden, unter welchen

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    IECULCSA/cUL/ULUL/IEC

    sentiert die Interessen und Bedrfnisse von Behrden, Herstellern, Anwendern und Versicherungen. Es umfasst:

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