Lesedauer ca. min.
Wenn Regelantriebe durch zu lange Motorkabel versorgt werden, kann es zu unzulässigen Spannungsbeanspruchungen im Motor kommen. Dies kann im schlimmsten Fall, wenn es dauerhaft vorkommt, die Motorisolation zerstören und zu einem Totalausfall des Motors führen. Wie das verhindert werden kann, erfahren Sie in diesem Artikel.
Inhaltsverzeichnis
Üblicherweise ist der speisende Umrichter meist in der Nähe der elektrischen Maschine angebracht. Dann ist die Kabellänge absolut im zulässigen Bereich. Doch nicht immer ist dies der Fall. Es gibt Anwendungsfälle, in denen die Länge der Motorkabel unverhältnismäßig lang sind. Typische Beispiele sind:
In allen Fällen mit offenkundig deutlich längeren Motorkabeln als üblich muss geprüft werden, ob die zulässige Länge überschritten wird. Wenn ja, müssen entsprechende Zusatzmaßnahmen getroffen werden, um gefährliche Spannungsspitzen zu verhindern, die den Motor zerstören könnten.
Üblicherweise teilt man die Motorkabellängen in diese Kategorien ein:
Interessanterweise gibt es in den einschlägigen Normen genügend Hinweise über zulässige Spannungsspitzen an den Motorklemmen bei kurzen Leitungen. Wenn es um den Einfluss von langen Motorkabeln geht, sucht man in der Norm vergebens nach detaillierten Informationen.
Viele Anwendungen fallen in den Bereich „lange Leitung“. Deshalb schauen wir uns diesen Fall jetzt genauer an.
Grundsätzlich gilt: Werden elektrische Motoren über zu lange Motorkabel versorgt, kann es zu unzulässigen Spannungsspitzen am Motor kommen. Was genau passiert hier? Sind die Leitungen zu lang, verändern die Leitungsimpedanzen die Ausgangsspannung des Umrichters. Als Folge treten an den Eingangsklemmen des Motors schädliche Spannungsspitzen auf. Konkret werden die Grenzwerte von Spannungsanstieg und Spannungshöhe überschritten. Die Folgen können gravierend sein:
Vorzeitige Wicklungsschäden, und vor allem bei explosionsgeschützten Maschinen mit erheblichen Folgeschäden.
Die beiden kritischen Größen sind:
Bei langen Kabeln liegt am Umrichter ein Rechteck-Signal an, aber am Motor kommen Spannungsspitzen an. Ist der Spannungsanstieg zu groß, führt dies zu einer nichtlinearen Verteilung der Spannung längs der Wicklung mit zu hohen Werten in der Eingangsspule.
Ist die Motorklemmenspannung Ümax dauerhaft oder oft zu hoch, wird die Isolation zwischen den Leitern stark beansprucht. Deshalb gibt die Norm Spannungsmaximalwerte für Normmotoren vor.
Treten dauerhaft Spannungsspitzen an den Motorklemmen auf, kann das zum Totalausfall des Motors führen, weil diese Spannungsspitzen die Wicklung zerstören und zu einer Funkenbildung zwischen den Leitern oder gegen Erde führen. In explosionsgeschützten Umgebungen ist dies brandgefährlich.
Grundsätzlich gibt es vier Möglichkeiten:
Klar ist: Die schädlichen Spannungsspitzen dürfen den Motor nicht erreichen. Sie müssen also zwischen Umrichter und Motor aufgehalten bzw. abgeleitet werden oder besser noch deren Entstehung verhindert werden. Wie macht Baumüller das? Indem wir zusätzlich einen Zwischenkreis-Filter (ZK-Filter) an den Zwischenkreis des Umrichters anschließen. Dieser verändert das kapazitive System der Umrichter-Motor-Kombination so, dass die schädlichen Spannungsspitzen weitestgehend abgeschwächt werden. Der ZK-Filter wird dabei möglichst nah an der Einspeisung platziert.
Vor der endgültigen Installation ist folgendes zu ermitteln:
Wenn die Motorleitungen zu lang sind, drohen für den Motor gefährliche Spannungsspitzen. Sind diese häufig oder dauerhaft über dem Grenzwert, drohen Schäden bis hin zum Totalausfall des Motors. Dies kann verhindert werden, wenn Zwischenkreis-Filter an dem beteiligten Umrichter bzw. Zwischenkreis eingebaut werden, weil diese die schädlichen Überspannungen verhindern bzw. ableiten, bevor sie den Motor erreichen.
Karlheinz Wirsching
Produktmanager Drives I Baumüller Nürnberg GmbH