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Frequenzumrichter in der Praxis Motor Summit 2014 - 09.10.2014, Zürich, Michael Burghardt, Danfoss GmbH
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Agenda
• Applikationsübersicht
• Auswahl in der Praxis
• Probleme und Lösungen
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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
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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)
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Beispiel: Wasserski-Anlage - Slalomlauf
Ausgangsfrequenz (Skala 10:1)
Zwischenkreis- spannung
Motorstrom Skala (10:1)
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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
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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
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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
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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%
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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
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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
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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
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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)
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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%
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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
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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