Frequenzumrichter von Sieb & Meyer Drei-Level-Technologie versus LC-Filter

Spannungsspitzen vermeiden

Hohe auftretende Spannungsspitzen belasten die Statorwicklungen enorm und können zu Isolationsdurchbrüchen führen, die die Statorwicklungen dauerhaft schädigen. Dies führt wiederum zu Kurzschlüssen zwischen den Wicklungen. Eine bleibende Schädigung kann innerhalb von Sekunden, aber auch erst nach Monaten auftreten. LC-Filter können diesen Effekt sicher verhindern. Wer sie einsetzt, muss jedoch mit zusätzlichen Kosten, zusätzlichem Platzbedarf und Gewicht sowie Einbußen im Wirkungsgrad rechnen. Auch gilt es, LC-Filter vorab für die jeweilige Applikation auszulegen, was Zeit und Flexibilität kostet.

Zur Bewertung von Spannungsspitzen werden die maximal auftretende Spannungs-Amplitude (Upeak) und die dabei auftretende Spannungsanstiegs-Geschwindigkeit (tr) herangezogen. Heutige Standardumrichter im Leistungsbereich ab etwa 2 kW werden meist über das dreiphasige 400-V-Netz versorgt und arbeiten mit einer Zwei-Level-PWM. Moderne und schnelle Halbleiterschalter erzeugen Spannungsspitzen am Motor, die nicht selten deutlich größer werden als 1000 V. Somit wird das Kriterium der Spannungsanstiegs-Geschwindigkeit (tr) immer wichtiger, wobei sich die Richtwerte häufig nicht einhalten lassen. In der Folge werden LC-Filter notwendig – sie sind aber nicht die einzige Option: Eine echte Alternative stellt die Umrichter-Technologie mit Drei-Level-PWM dar. Die maximalen Spannungssprünge betragen nur die Hälfte der Zwei-Level-Technologie. Das führt meist dazu, dass die am Motor zu messenden maximalen Spannungsimpulse unter 1000 V liegen und damit auch die maximal erlaubte Spannungsanstiegs-Geschwindigkeit eingehalten werden kann – sogar mit modernsten Halbleitern. Die Folge: LC-Filter können entfallen.