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(Quelle: EMC)

Es gibt gute Gründe, beim Einsatz von Frequenzumrichtern Motorfilter einzusetzen: Frequenzumrichter erzeugen eine pulsweitenmodulierte (PWM) Motorspannung, die aus rechteckförmigen Spannungsblöcken mit einer relativ hohen Anstiegs- und Abfallgeschwindigkeit besteht, also Spannungsänderung pro Zeit (du/dt). Ein überhöhter du/dt-Wert kann die Isolation des Motors schädigen. Übliche Werte heutiger Frequenzumrichter liegen bei 5 kV/µs und der Trend geht zu immer schneller schaltenden IGBT, da schnelleres Schaltvermögen geringere Schaltverluste des IGBT-Wechselrichters bewirken. Neben der Schaltgeschwindigkeit der IGBT hat auch die Motorleitung einen großen Einfluss auf die Impulsanstiegsgeschwindigkeit. Auch Faktoren wie Leitungslänge und -querschnitt, Leitungstyp, Schirmung, Kapazitäts- und Induktivitätsbelag beeinflussen die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit du/dt. Dasselbe gilt für den Wellenwiderstand des Motors und dessen Reflexionen; einen weiteren Einfluss auf die Motorisolation hat die Maximalspannung der Einzelimpulse, ULLPeak oder USpitze. Diese Größe kann einen Durchschlag der Motorisolation bewirken, wenn sie bestimmte Grenzwerte überschreitet. Richtlinien und Hinweise zu diesen Werten sind bei den Motorenherstellern und in verschiedenen Normen, wie IEC60034 und IEC61800-2, zu finden. Immer dann, wenn Motoren mit reduzierter Isolationsfestigkeit (ältere oder günstigere Motoren) an einem Frequenzumrichter betrieben werden, besteht möglicherweise die Notwendigkeit zum Einsatz von Motorfiltern. Jedes elektronische Gerät, aber auch Frequenzumrichter haben ein Störpotential, welches leitungsgebunden und abgestrahlt andere elektrische Einrichtungen stören kann. Typischerweise tritt der Bereich 150 kHz bis 30 MHz als leitungsgebundene Störgröße auf der Netzzuleitung auf. Zudem besteht auf der Motorleitung ein Störpotential, welches im Bereich 30 MHz bis 1 GHz als abgestrahltes Störfeld (über Motorkabel, sog. Luftstrahlung) bezeichnet wird. Durch den Einsatz von Motorfiltern lassen sich diese Störungen beherrschen und das Störpotential reduzieren. Primärer Schutz dagegen sind aber geschirmte Leitungen. Die schnell schaltenden Transistoren (IGBT) im Frequenzumrichter erzeugen höherfrequente Störgrößen, die unter Umständen zu Lagerströmen und Wellenspannungen führen können. Lagerströme und Wellenspannungen können auch in Motoren mit direktem Netzanschluss auftreten, zum Beispiel bei Unsymmetrie der Netzversorgung. Bei ­Frequenzumrichter-gespeisten Motoren findet eine Verstärkung dieser Vorgänge statt. Hier können Lagerströme oder Wellenspannungen Lagerschäden durch Funkenerosion (Bild 1) und andere Phänomene verursachen:
• Kapazitive Kopplung: Parasitäre Kapazitäten im Motor und Gleichtaktstörspannungen und -ströme bewirken ­eine Spannung im Lager.
• Induktive Kopplung: Hier liegt die Ursache in den Kreisströmen im Motor. Die Ströme im Stator induzieren eine Spannung ins Gehäuse, die über die Lager des Motors und dessen Rotor zirkulieren.

Der Schmierfettfilm auf den Lagern wirkt isolierend. Die Spannung im Lager kann das Isolationsvermögen des Schmierfettfilms aber überwinden und dadurch eine elek­trische Entladung zwischen den Lagerkugeln und der Laufbahn hervorrufen. Diese Funken erzeugen winzige ­Verschmelzungen an den Lagerkugeln und der Laufbahn, die langfristig die Lager verschleißen: die sogenannte Funkenerosion (Electrical Discharge Machining, EDM). Da Lagerströme auch auf nichtelektrische Einflüsse zurückgeführt werden können, sollte auch mechanisch vorgesorgt werden, zum Beispiel durch korrekte Ausrichtung der Maschine, vibrationsarmer Betrieb des Motors sowie

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