„Gemischtes Doppel“ erlaubt

Bei Antriebslösungen in Zündschutzart „Erhöhte Sicherheit“ lassen sich bis dato Motor und Umrichter nur durch baugleiche Teile ersetzen – ansonsten ist gemäß der Norm EN 60079-7 erneut eine Prüfung des kompletten Systems erforderlich. Ein neu entwickeltes Zulassungskonzept ermöglicht es, diese insbesondere für die Betreiber oft hinderliche „starre“ Kombination der Komponenten aufzuheben.

Bei Antriebslösungen in Zündschutzart „Erhöhte Sicherheit“ lassen sich bis dato Motor und Umrichter nur durch baugleiche Teile ersetzen – ansonsten ist gemäß der Norm EN 60079-7 erneut eine Prüfung des kompletten Systems erforderlich. Ein neu entwickeltes Zulassungskonzept ermöglicht es, diese insbesondere für die Betreiber oft hinderliche „starre“ Kombination der Komponenten aufzuheben.

INHALT:

Maßnahmen gegen zusätzliche Erwärmung
Geplant: Externes Schutzgerät anstelle eines Kaltleiter
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Mit dem Ziel, hier eine Vereinfachung zu erreichen, hat die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) ein neues Zulassungskonzept entwickelt: Eine zentrale Komponente des Verfahrens ist die drehzahlabhängige Drehmomentreduzierung, wodurch der bei eigenbelüfteten Maschinen mit fallender Drehzahl abnehmenden Kühlung Rechnung getragen wird. Die Sicherstellung der drehzahlabhängigen Drehmomentenreduzierung erfolgt über eine frequenzvariable Strombegrenzung des Umrichters. Zur Messung der Maschinenerwärmung dient der in Bild 1 dargestellte Versuchsaufbau.

Zum genaueren Verständnis des neuen Verfahrens und der hierbei zum Tragen kommenden Einflussfaktoren werden zunächst die unterschiedlichen Situationen bei Betrieb am Netz und – im Vergleich – bei Betrieb am Umrichter betrachtet. Bei Netzbetrieb erreicht der Motor ausgehend von der Raumtemperatur üblicherweise nach mehreren Stunden seine „Beharrungstemperatur“. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Maschinentemperatur um nicht mehr als 2 Kelvin pro Stunde ändert. Kritisch wird es, wenn es bei betriebswarmer Maschine zu einer Blockierung des Läufers kommt. Die jetzt fließenden Ströme in der Größenordnung des achtfachen Bemessungsstromes führen zu einem drastischen Temperaturanstieg innerhalb weniger Sekunden. Die Maschine muss spätestens bei Erreichen der maximal zulässigen Temperatur abgeschaltet werden.

Die hier maximal erlaubte Übertemperatur von 90 K ist durch die maximal zulässige Dauerbetriebstemperatur der Wicklung von 130 °C (entspricht der Auslösetemperatur des Kaltleiters) für in der Wärmeklasse F ausgeführte Motoren in der Zündschutzart „Erhöhte Sicherheit“ festgelegt. Es wird dabei von einer maximalen Kühlmitteltemperatur von 40 °C ausgegangen, was bei luftgekühlten Maschinen üblicherweise der Raumtemperatur am Aufstellungsort entspricht.

Wie trägt nun das neue Zulassungsverfahren diesen Einflussfaktoren und Erkenntnissen hinsichtlich der Vermeidung unzulässiger Temperaturen und Sicherstellung des Explosionsschutzes konkret Rechnung? Ein zentraler Punkt des neuen Schutzkonzeptes ist die drehzahlvariable Strombegrenzung, die der verminderten Kühlung bei kleinen Drehzahlen Rechnung trägt. Ausgehend von einer Betriebsfrequenz, bis zu der die Kühlung auch bei Bemessungslast ausreichend ist, kommt es hier zu einer linearen Absenkung des maximal zulässigen Maschinenstroms mit der Frequenz. Auf Antrag des Motor-Herstellers kann sich dieser Kennlinienbereich auch aus Geraden unterschiedlicher Steigung zusammensetzen. In diesem Fall ist die Einhaltung der zulässigen Erwärmungen durch Messung an den Knickpunkten zu überprüfen. Bei kleinen Maschinen – zum Beispiel im Bereich von 0,1 kW – ist auch eine Überwachung der Wirkleistung denkbar, wenn sich der Überlastschutz allein über den Strom nicht sicherstellen lässt. Bild 5 zeigt beispielhaft die drehzahlvariable Absenkung des maximal zulässigen Motorstromes der 5,5-kW-Maschine. Kurzzeitige Überschreitungen der Begrenzung bis zum 1,5-fachen Bemessungsstrom des Motors sind zur Sicherstellung der gewünschten Dynamik zulässig, wobei die Dauer in Abhängigkeit der vorhandenen Wärmekapazitäten begrenzt werden muss.