Frequenzumrichter in der Praxis1 | Danfoss Power Electronics – VLT Drives Frequenzumrichter in der...

Danfoss Power Electronics – VLT Drives 1 |

Frequenzumrichter in der Praxis Motor Summit 2014 - 09.10.2014, Zürich, Michael Burghardt, Danfoss GmbH

www.vlt.de


Agenda

• Applikationsübersicht

• Auswahl in der Praxis

• Probleme und Lösungen


Anwendungen und Stückzahlen steigen

• ZVEI erwartet das bis 2020 jeder zweite Neuantrieb drehzahlgeregelt ist

Zentrifugen / Separatoren

Heber / Aufzüge

(Verpackungs-) Maschinen

Lüftungsanlagen Mischer

Pumpen

0%

25%

50%

75%

100%

1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020


Beispiel Wasserskizuganlage

• 600-1000 m Doppel-Stahlseil in 8 m über Wasseroberfläche

• Alle 80 m ein Mitnehmer

• Geschwindigkeiten üblicherweise zwischen 40 und 120 km/h

• Betrachtete Anlage

• Nennleistung 45 kW Motor

• Nennstrom 81 A

• 4 polig / 1470 UPM / 50 Hz

• Umrichterbetrieb

© Tim Reckmann (CC BY-SA 3.0)

© Dirk Vorderstraße (cc-by-2.0)

http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/



Beispiel: Wasserski-Anlage - Slalomlauf

Ausgangsfrequenz (Skala 10:1)

Zwischenkreis- spannung

Motorstrom Skala (10:1)


Auswahl Motorgröße

Auswahl Motorströme 1,5 kW

Auswahl Motorströme 5,5 kW

Daten entstammen unterschiedlichen Herstellerkatalogen

• Umrichter sollten NIE nur nach Leistungsangaben ausgewählt werden

• Entscheidende Größen • Strom • Scheinleistung

• Überlast 110% bzw. 160% muss berücksichtigt werden


Motor am FU im Allgemeinen

• Nicht jeder Regler unterstützt alle Motorarten • Drehstromasynchronmotor (DASM) • Permanent Magnet Motor (PM) • Synchron-Reluktanzmotor (SynRM)

• Nicht immer ist ein Betrieb sinnvoll

• Line Start PM Motor (LSPM) • 100% Drehzahlanwendungen

• Nicht immer ist der Motor geeignet

• Fehlende Isolation • Alte Isolationsstoffe


Motor Inbetriebnahme

• Grundeinstellung vieler Umrichter ermöglich bereits den Betrieb von Drehstromasynchronmotoren (DASM)

• Motor spezifische Basisdaten werden für optimaler Betrieb benötigt • Motorart (DASM/PM/SynRM) • Leistung • Strom • Drehzahl • Frequenz

• Automatische Anpassungsfunktionen können erweiterten Daten messen


Mit Übermodulation

Ausgangsspannung Umrichter

• Nicht alle Umrichter stellen die volle Netzspannung dem Motor zur Verfügung

• Übermodulation ermöglicht volle Ausgangsspannung. Motorerwärmung reduziert sich dadurch auf „Netzniveau“

• Geräte mit schlankem Zwischenkreis stellen ebenfalls reduzierte Motorspannung zur Verfügung

• Reduzierte Spannung führt zu höheren Motorstrom und zusätzlichen Verlusten

U [V]

f [Hz]

UNetz

Ohne Übermodulation ∆U = max. 4,5%


Auswahl EMV und Netz

Grenzwerte der EN 55011 und der EN 61800-3

• Umrichter erzeugen EMV Störungen und Netzrückwirkungen die die Installationsumgebung belasten

• Reduzierte Filtermaßnahmen sind oft erst spät erkennbar. Nachträgliche Maßnahmen verursachen höhere Kosten als in der Planungsphase.

• Empfehlung • Wohn-/Gewerbeumgebung

EN 55011 - Klasse B

• Industrieumgebung EN 55011 - Klasse A1

EN 61800-3 (Produktnorm)

Umgebung 1 (Wohnbereich) Kategorie C1

Umgebung 2 (Industriebereich)

Kategorie C3

Kategorie C4

EN 55011 (Umgebung)

Klasse B (Wohnbereich) Gruppe 1+2

Klasse A (Industriebereich)

Gruppe 1 (HF Intern)

Gruppe 2 (HF Extern)

Kategorie C2


EMV Die Summe macht's

• EMV Probleme umfassen einen weiten Bereich von Phänomenen • Leitungsgebunden • Luftgebunden

• Schlechte Einzelinstallationen führen

selten zu Problemen

• Je mehr Störquellen und Störsenken „ungenügend“ installiert werden, desto eher treten Betriebsstörungen auf

• Nachträglich Maßnahmen sind möglich aber teuer


Auswahl FI-Schutzschalter

Einflüsse auf den Ableitstrom

• Anwendungsbedingt müssen ggfs. 30mA oder 300mA FI-Schutzschalter (RCD) verwendet werden

• RCD Type B müssen bei 3~ Umrichtern verwendet werden, da ein glatter Gleichstromfehler auftreten kann. Empfehlung: Selektive Geräte

• Höhe des Umrichterableitstroms hängt u.a. von der Gerätegröße, der Kabellänge, der Taktfrequenz und der Netzvorbelastung (THD-Wert) ab

RCDs für Frequenzumrichter

Type B allstromsensitiv

Selektiv

Kleiner Motor

Großer Motor

Kabellänge

Ableitstrom

S


Applikation Matterhorn

• Umrüstung 315 kW Antrieb für Schneekanone auf Umrichterbetrieb

• Geforderte Transformatorbelastung • < 5% THDu • < 10% THDi

• Ziel

• Bessere Auslastung • Sicherer Inselbetrieb (Generator)

• Lösung: Aktiver Filter

© Alex.ch (CC BY-SA 2.0)



Applikation Matterhorn

0

1

2

3

4

5

6

7

THD 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49

Before

After

mit extra Filter

0

5

10

15

20

25

30

35

THD 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49

Before

After

THDv = 6,4% THDv = 2,6%

THDu Reduktion = 58,3% 6,4% auf 2,6%

THDi Reduktion = 65,9% 29,3% auf 9,86%

5.OS reduziert: 72%


Rohrpost Uniklinik Innsbruck

• Ersetzt manuellen Transport von Blutkonserven, Gewebe- und Blutproben zwischen den Abteilungen

• Rohleitungsnetz: 30 km • Geschwindigkeit: 10-40 km/h • Max. Fahrzeit: 6 Minuten • Rohrbomben pro Tag: 3000 Stück • Technische Umsetzung

• Retrofit und Ausbau bestehender Rohrpostanlage mit > 100 Umrichtern

• Energieeinsparung durch Umstellung von Drossel- auf Drehzahlregelung

• Investition: 2 Millionen • Payback: 3 Jahre


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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