EMV bei Frequenzumrichtern - Schurter

Einsatzgebiete des Frequenzumrichter• Was ist überhaupt ein Frequenzumrichter ?• Stellglied in der elektrischen Antriebstechnik für drehzahl-,drehmoment- oder positionsgeregelte Elektromotoren.• Einsatz in Industrie, Maschinenbau, Gebäudetechnik, Haushalt…Also überall dort, wo Elektromotoren eingesetzt werden.Funktionsweise des Frequenzumrichter• Komponenten in einem Frequenzumrichter+SMPSM-EINGANGSGLEICHRICHTER• Ein- oder Dreiphasengleichrichterbrücke• Eingangsgleichrichter wird für die Gleichrichtung der Eingangs-Wechselspannung benötigt3

Funktionsweise des Frequenzumrichter• Komponenten in einem Frequenzumrichter+SMPSM-ZWISCHENKREIS SPANNUNG• Die Drosselspule und der Kondensatoren glätten die gleichgerichteteDC-Zwischenkreisspannung und wirken als Energiepuffer• DC-Spannung = AC-Eingangsspannung x √2 = 400V x √2 = 565VFunktionsweise des Frequenzumrichter• Komponenten in einem Frequenzumrichter+SMPSM-SMPS - INTERNE SPANNUNGSVERSORGUNG• Schaltnetzteil erzeugt alle intern benötigten Spannungen für Prozessor,Encoder, I/OBREMSCHOPPER• Bremschopperschaltung für die Schaltung des externen Bremswiderstand4

Funktionsweise des Frequenzumrichter• Komponenten in einem Frequenzumrichter+SMPSM-FREQUENZUMRICHTERAUSGANG• Einsatz von IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor ) als sehr schnellschaltendes Schaltelement• Verlustleistung durch hohe Schaltfrequenz = WärmeFunktionsweise des Frequenzumrichter• Schaltung der IBGTPULSBREITEN MODULATION( Pulse Width Modulation = PWM )• Zwischenkreisspannung wird durchIGBT in Impulse verschiedener Breitezerhackt• Schaltfrequenz ist wählbar• Impulshöhe = Zwischenkreisspannung• Durch Impulse verschiedener Breitewird Ausgangs-Spannung für Motordefiniert• Durch Induktivität von Motor fliesstsinusförmiger StromReferenz - SignalSchaltfrequenz+VDC (565V)AusgangsspannungAusgangsstrom5

Störungsquelle Frequenzumrichter• Entstehung von StörungenDie Störungen vom Frequenzumrichter entstehen durch:• Eingangsgleichrichter> Netzrückwirkungen durch Harmonische Oberwellen> Einschalt- und Spitzenströme• DC-Zwischenkreis / Bremschopper> Hochfrequente Störgrössen durch pulsierende Schaltung vonBremschopper (hohes du/dt)• Frequenzumrichterausgang> Hochfrequente Störgrössen durch pulsierende Schaltung von IGBT(hohes du/dt)> Parasitäre Erdströme> Akustische Störgeräuschpegel bei tiefen TaktfrequenzenStörungsquelle Frequenzumrichter• Ausbreitung von StörsignalenDie Ausbreitung von elektromagnetischen Störungen erfolgt durch:• Galvanische Kopplung> Leitungsgebundene Störungen > Entstehen z.B. durch gemeinsameSpannungs- oder Erdverbindungen• Induktive Kopplung> Nicht leitungsgebundene Störungen > Entstehen z.B. durchKabelschleifen• Kapazitive Kopplung> Nicht leitungsgebundene Störungen > Entstehen z.B. durch parallelgeführte Leitungen6

Störungsquelle Frequenzumrichter• Auswirkungen der StörungenDie Störungen vom Frequenzumrichter können sich auswirken auf:• Umgebung> Beeinflussung von empfindlichen Signalleitungen durchleitungsgebundene und nicht leitungsgebundene Störungen• Beeinträchtigung der Spannungsversorgung / EW> Harmonische Oberwellen> Einschalt- und Spitzenströme• Motorschäden> Wirbelstromverluste / Erwärmung> Defekt Isolation bei alten Motoren> Parasitäre ErdströmeInstallation des Frequenzumrichter• Massnahmen zur Reduktion der Störeinflreinflüsse durchentsprechendes Erdungs- und EMV-Konzept• Schrankaufbau und Leitungsverlegung mit Ordnungstrennung derSignalkabel / Leistungskabel• Leitungen auf Filtereingang / Filterausgang getrennt verlegen• Reserveschlaufen vermeiden• Geringste Kopplung bei 90°-Kreuzung• Zentrale Erdschiene / Potentialausgleich• Grossflächige Erdverbindungen / Lackierte Grundplatte vermeiden• Geschirmtes Kabel für Motorleitung / Bremswiderstand > Grossflächigebeidseitige Schirmauflage > Abschirmung direkt bis zu FU / Motor führen• Skin-Effekt bei Hochfrequenzen > Erdung durch Litze oder geflochtenesKupferband7

Installation des Frequenzumrichter• Ordnungstrennung• Kopplung Filterein- /FilterausgangInstallation des Frequenzumrichter• Lackierte Grundplatte vermeiden• Grossflächige Erdverbindungen• Erdung durch geflochtenes Kupferband8

Installation des Frequenzumrichter• Geschirmte Motorleitung direkt bis zu FU• Keine „Pigtails“ / „Schirmschwänzchen“• Grossflächige beidseitige Schirmauflage• EMV-Kabelverschraubung mit SchirmabgriffInstallation des Frequenzumrichter• Geschirmtes Kabel auch für Bremswiderstand• Grossflächige Schirmauflage9

Installation des Frequenzumrichter• Analogleitung abgeschirmt > Abschirmung auf 0V• Thermistorleitung abgeschirmt > Abschirmung auf ErdpotentialInstallation des Frequenzumrichter• Eingangs- und Ausgangskomponenten• Standard Systemaufbau mit EingangsfilterMotorEingangsfilterFrequenzumrichterMotor• Reduktion der leitungsgebundenen Störgrösse durch Eingangsfilter• Eingangsfilter erzeugt Erdableitstrom (ca. 3 – 30mA) durch Kapazitätenzwischen Phase-Erde10

Installation des Frequenzumrichter• Eingangs- und Ausgangskomponenten• Zusätzliche EingangsdrosselMotorEingangsdrosselEingangsfilterFrequenzumrichterMotor• Reduktion der Netzrückwirkungen durch harmonische OberwellenInstallation des Frequenzumrichter• Eingangs- und Ausgangskomponenten• Zusätzliches du/dt-FilterMotorEingangsfilterFrequenzumrichterdu/dt-FilterMotor• du/dt-Begrenzung> Einsatz bei alten nicht frequenzumrichtertauglichen Motoren• Verringerung der Überspannung• Reduktion der elektromagnetischen Beeinflussungen• Reduktion der zusätzlichen Umrichterverluste bei längeren Motorleitungendurch parasitäre Kabel- bzw. Erdströme11

Zusammenfassung• Achten Sie bei der Planung und Installation vonFrequenzumrichter immer auf die drei Punkte• Erdung / Potentialausgleich• Schirmung• Filterung• Schlusswort13