Frequenzumrichter - maximale Ausgangsspannung?

Der chaotische Hauptfaden

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VorbringAir
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Frequenzumrichter - maximale Ausgangsspannung?

Beitrag von VorbringAir »

Moin zusammen

Nach langer Abstinenz wende ich mich mit einer Frage aus einer Abschlussprüfung Teil II für Elektroniker für Maschinen- und Antriebstechnik an euch, deren Musterlösungsantwort mich nicht befriedigt. Ich hoffe auf Aufklärung:

Ein weiterer Pumpenantrieb [Anm.: Die anderen Motoren wurden auch nicht näher beschrieben] soll über einen Frequenzumrichter so betrieben werden, dass er kurzzeitig (10 min) mit 70 Hz am 400V-Netz läuft, ohne in den Feldschwächbereich zu geraten. Welche Spannungsangabe muss der Motor aufweisen und welche Verkettung ist vorzunehmen?
Antwortmöglichkeiten:
1. 230/400V Stern
2. 230/400V Dreieck
3. 230/690V Stern
4. 400/690V Dreieck
5. 400/690V Stern


Musterlösung: Antwort 2. Ohne Erklärung. Versteh ich nicht.

Mein Erklärungsansatz war folgender:
Der FU besitzt eine Spannungs-Frequenz-Anpassung zwecks Vermeidung der Feldschwächung, diese verläuft üblicherweise Proportional, wonach wir bei 50Hz 400V und entsprechend bei 70Hz 560V haben. Entsprechend der maximalen Strangspannung müsste man demnach Antwort 5 auswählen, da diese nur hier nicht überschritten wird.
Wie seht ihr das?
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Geistesblitz
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Re: Frequenzumrichter - maximale Ausgangsspannung?

Beitrag von Geistesblitz »

Hmm, seh da irgendwie auch nicht so ganz durch. Bei dem FU, den ich hier hab, findet die Spannungsanpassung zur Frequenz nur unterhalb der Knickfrequenz statt (meist 50 Hz). Wenn der Motor also bei 230V läuft bei 50Hz, dann geht die Spannung von 0V (oder so) bei 0Hz langsam mit der Frequenz hoch und ab den 50Hz bleibt die dann konstant. Ich würde aber auch annehmen, dass das vom konkreten FU abhängt. Wie ist das eigentlich mit den Spannungsangaben, steht da eine für Stern und eine für Dreieck?
VorbringAir
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Re: Frequenzumrichter - maximale Ausgangsspannung?

Beitrag von VorbringAir »

Die Spannungsangaben elektrischer Maschinen lesen sich folgendermaßen:
400/690V bedeutet maximale Strangspannung 400V, und bei 690V Aussenleiterspannung kann man das Ding in Stern benutzen.
Matt
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Re: Frequenzumrichter - maximale Ausgangsspannung?

Beitrag von Matt »

Meine Erklarung.
Wenn Eckfrequenz nix angegeben ist, kann man von Werte = 50Hz ausgehen.

Wenn man ihm mehr als Eckfrequenz ohne Feldschwachung betreiben will, muesste man mit Spannungsueberhoehung arbeiten. Somit ist 230v Dreieck an FU über 400v Netz angebracht..

2 als Loesung ist theortisch richtig.
praktisch wird Motor dir danken, mit ueberbeanspruchen von Isolation
Zuletzt geändert von Matt am Mo 20. Nov 2017, 17:51, insgesamt 2-mal geändert.
VorbringAir
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Re: Frequenzumrichter - maximale Ausgangsspannung?

Beitrag von VorbringAir »

Sprich ich komm nicht umher die Isolierung zu überlasten?
Ich hatte nach 3 Stunden und 3 Fachkundebüchern keine Lust mehr nach Zeitlimits für Spannungsüberschreitung zu suchen, haben die zehn Minuten was damit zu tun?
Matt
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Re: Frequenzumrichter - maximale Ausgangsspannung?

Beitrag von Matt »

Ja, manchmal versteht man nicht , was in IHK- Wasseekopf vorging.

Stand mal vor ahnliche Frage, damals bei Pruefung.
VorbringAir
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Re: Frequenzumrichter - maximale Ausgangsspannung?

Beitrag von VorbringAir »

Indeed, dass das ein paar Wasserköppe sind.

Aber danke für die Erklärung :)
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Alexander470815
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Re: Frequenzumrichter - maximale Ausgangsspannung?

Beitrag von Alexander470815 »

Antwort zwei stimmt schon,
Ein Umrichter ist nicht in der Lage mehr Ausgangsspannung als Eingangsspannung (RMS) zu liefern.
Zumindest nicht wenn es "normaler" Umrichter ist, wenn der noch einen boost Wandler o.Ä. eingebaut hat sieht das natürlich anders aus.
Aus einem Umrichter am 400V Netz bekommt man also nur maximal 400V bei beliebiger Frequenz heraus.
Wenn der Motor nicht im Feldschwäche Betrieb laufen soll muss man das Spannungs/Frequenz Verhältnis (U/f Verhältnis) konstant halten.
Das geht bei einem 230/400V Motor im Dreieck eben bis 87Hz, wenn die Motoren für FU Betrieb geeignet sind geht das auch recht gut.
Generell wird bei FU Betrieb die Isolation stark beansprucht, Klemmspannungen von 1000V und mehr sind bei 400V FUs keine Seltenheit.
Die Spannung auf dem Typenschild ist als Nennspannung für eine gegebene Frequenz zu sehen, nicht als maximale Isolationsspannung, diese liegt deutlich höher.
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Roehricht
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Re: Frequenzumrichter - maximale Ausgangsspannung?

Beitrag von Roehricht »

Hallo,
generell geht es den Motor in 230V Dreieck an 400V zu legen wenn er von der Isolierung und Blechpaket dafür ausgelegt ist. Alte Motoren könnten da wohl möglich nicht mitspielen. Ich habe da mal mit nem Siemens Micromaster mit rumgespielt. Da habe ich meiner TischbBohrmaschine ein Turbogang mit verpasst.. :mrgreen:


Den Motor hatte ich vorher mit meinem HV Isolationsprüfgerät getested ob er das abkann. Bei 3,5kV fing es an zu brizzeln.
Damit:
Bild->zoom

Dies 87 Hz kommen nicht von ungefähr. Es ist das gleiche Verhältnis zu 50Hz wie 400V zu 230V nämlich Wurzel aus 3. Somit Spannungs/Frequenz Proportional.

73
Wolfgang
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Toni
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Re: Frequenzumrichter - maximale Ausgangsspannung?

Beitrag von Toni »

Roehricht hat geschrieben:...Den Motor hatte ich vorher mit meinem HV Isolationsprüfgerät getested ob er das abkann. Bei 3,5kV fing es an zu brizzeln. ...
Das ist nur einer der beiden Grenzwerte für die Motorisolierung. Bei üblichen Servomotoren am Umrichter mit 560-900VDC Zwischenkreisspannung ist das max. periodisch 1,5..2kVpp.

Der zweite Grenzwert ist die max. Spannungsanstiegsgeschwindigkeit (dU/dt [kV/us]), und weitaus schwieriger zu ermitteln. Wenn das zu hoch ist, ionisiert die Luft, und nagt an der Isolierung -> tickende Zeitbombe.
Manche Tester versuchen die Güte des LC-Schwingkreises zu messen (L ist der Motor), um anhand Gutmustergrenzwert zu vergleichen, ob Energie durch Teilentladungs/ionisationseffekte verloren geht.
Bei Servomotoren für 560-900VDC Zwischenkreisspannung liegt der max. Wert je nach Typ bei 5..12kV/us.

Im Zweifelsfall eine (Motor)drossel hinter den Umrichter hängen, entsprechendes Material wirst du sicherlich herumliegen haben ;)
Martin
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Re: Frequenzumrichter - maximale Ausgangsspannung?

Beitrag von Martin »

Das war bzw ist bestimmt ein Patent aber inzwischen weit verbreitet: Wenn man die dreifache (neunfache...) Frequenz auf das Ausgangssignal vor der PWM draufmoduliert nähert sich das Signal je Phase etwas mehr einem Trapez an. Dadurch kann man etwas mehr Spannung rausbekommen ohne in die Übersteuerung zu geraten. Eben die Frequenzen (*3, *9) stören nicht, denn die Maschine ist ohne Sternpunkt angeschlossen. Also kann man etwas mehr rausholen als man reinsteckt (spannungsmäßig).

Grüße
Martin
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IQON
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Re: Frequenzumrichter - maximale Ausgangsspannung?

Beitrag von IQON »

Jetz hats auch klick gemacht warum Antwort 2

dieses 230V Dreieck 400V Stern heißt nicht das die Isolierung nur 230V pro Wicklung aushält sonder:
das bei 230V noch keine Sättigung des Eisen eintritt,
wie beim Trafo zu viel Spannung Sättigung des Eisens Strom hoch Sicherung kommt...

Das erklärt auch das sie durch mehr Frequenz mehr Spannung ab kann bis zur Sättigung.

Stimmt das so Leute?

Diese Für begrenzte zeit meint in der Frage die Thermische Überbelastung des Motors.
Wobei ich mich frage, da der Strom ja gleich bleibt ob er sich viel mehr erwärmt?
Eisenverluste werden steigen aber wie viel ist das schon?
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Chefbastler
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Re: Frequenzumrichter - maximale Ausgangsspannung?

Beitrag von Chefbastler »

IQON hat geschrieben:Jetz hats auch klick gemacht warum Antwort 2

dieses 230V Dreieck 400V Stern heißt nicht das die Isolierung nur 230V pro Wicklung aushält sonder:
das bei 230V noch keine Sättigung des Eisen eintritt,
wie beim Trafo zu viel Spannung Sättigung des Eisens Strom hoch Sicherung kommt...

Das erklärt auch das sie durch mehr Frequenz mehr Spannung ab kann bis zur Sättigung.

Stimmt das so Leute?
Ja.

Die Sättigung ist deutlich Messbar mit hohem Stromanstieg und wenn länger auch richbar.

Die einfachen Umrichter arbeiten nach U/f Kennlinie. Heist die machen stumpf mit PWM einen Dreiphasensinuns und steuern die Spannung mit dem PWM Tastgrad nach Sollfrequenz.

Bei einem 400V 50Hz Motor in Stern sind das in Delta 230V worauf die Eckfrequenz ca. 87 Hz sind oder der 400V 50Hz Motor in Stern auch an 60Hz bei 480V betrieben werden kann.
Ist einfach Spannungsfrequenzverhältnis.

In den meisten Umrichtern gibt es noch den Parameter "Boost", der ist dazu da den ohmschen Wirkwiderstand zu kompensieren bei Frequenzen kleiner der Eckfrequenz. Wenn der zu hoch eingesellt ist, kann man den Motor auch in die sättigung schicken.

Spannender wird das ganze bei einem Feldorientierten "Vector" Umrichter. Da geht dann quasi Rechteck auf den Motor mit Antischlupfregler etc. Da kann mann dann im kleinen drehzahlbereich viel Drehmoment rausholen.
VorbringAir
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Re: Frequenzumrichter - maximale Ausgangsspannung?

Beitrag von VorbringAir »

Vielen Dank für die Antworten. Mein AusbJ, Ausbilder und dessen Cheffe sind jetzt um einiges schlauer.
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