Epcos EMV-Filter als Kostenbremse und Motorschutz

Mit Sineformer bietet TDK-EPC, ein Unternehmen der TDK Corporation, ein Ausgangsfilter von Epcos, das den Motor schont und die Schirmung der Motorleitung überflüssig macht. Damit sollen sich bei besserer Leistung die Kosten senken lassen.

Anbieter zum Thema

FAULHABER Antriebssysteme

Maxon Motor GmbH

Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

TDK Electronics AG

Asynchronmotoren sollen häufig stufenlos drehzahlgeregelt betrieben werden können. Pulsweitenmodulierte Frequenzumrichter mit ungesteuertem Eingangsgleichrichter formen die Gleichspannung aus dem Zwischenkreis durch geeignete Ansteuerung der ausgangsseitigen Halbleiter (meist IGBT) um. Der Wechselrichter formt aus der Zwischenkreisspannung eine pulsweitenmodulierte Ausgangsspannung mit steilen Flanken.

Lagerströme verringern Elektromotor-Lebensdauer

Die am Umrichterausgang anliegende Spannung ist jedoch alles andere als ideal sinusförmig. Die rechteckförmigen Pulsverläufe typischer Umrichterausgangsspannungen haben eine Flankensteilheit von 5 bis 10 kV/µs, was wiederum hochfrequente Ströme in der Motorleitung bewirkt. Aufgrund parasitärer Kapazitäten des Motors kommen sehr hohe Lagerströme zustande, die die Lebensdauer des Motors verringern.

Die vermeintlich preisgünstigste Lösung ist das du/dt-Filter. Das als LC-Tiefpass zwischen den Motorphasen (symmetrische Wirkung, das heißt Differential Mode) ausgelegte Filter verringert die Steilheit der Spannungsimpulse und die Spannungsspitzen an der Motorwicklung werden abgesenkt. Da jedoch insbesondere die höherfrequenten Anteile des asymmetrischen Störstroms gegen Masse nicht unterdrückt werden, darf auf eine Schirmung der Motorleitung nicht verzichtet werden. Typischerweise sind Leitungslängen bis zu etwa 100 m möglich.

Sinus-Filter wirkt besser als du/dt-Filter

Das Sinus-Filter ist ähnlich aufgebaut wie das du/dt-Filter. Einziger, aber dafür signifikanter Unterschied: Die Grenzfrequenz des LC-Tiefpasses wird zwischen die maximal zulässige Drehfeldfrequenz und die untere zulässige Schaltfrequenz des Umrichters gelegt. Der Vorteil: Das Sinus-Filter hat eine bessere Wirkung als das du/dt-Filter, es entsteht eine sinusförmige Ausgangsspannung.

Die LC-Schaltung des Sinus-Filters wirkt aber nur symmetrisch, sodass die Spannung eines jeden Leiters gegen Masse immer noch deutlich höherfrequente Anteile aufweist. Es sind zwar damit Motorleitungen von weit mehr als 100 m möglich und der Motorschutz konnte deutlich verbessert werden, aber aufgrund der mangelhaften asymmetrischen Filterwirkung kann immer noch nicht auf die Schirmung des Motorkabels verzichtet werden.

Sineformer formt Sinus zwischen Leitern und reduziert asymetische Störungen

Um dieses Problem zu lösen, hat Epcos den Sineformer entwickelt. Er bietet optimierten Motorschutz und senkt gleichzeitig die Systemkosten. Die Sineformer-Technologie formt einen Sinus zwischen den Leitern und reduziert die asymmetrischen Störungen zwischen den Leitern und der Masse signifikant.

Sineformer bestehen aus einer symmetrisch wirksamen Induktivität und Kondensatoren, die eine sinusförmige Spannung zwischen den Leitern formen. Hinzu kommen eine stromkompensierte Drossel sowie asymmetrisch wirksame Kondensatoren, um die asymmetrischen Störanteile deutlich zu reduzieren.

Werden allein die Preise des Sineformer und der ungeschirmten Leitungen mit den Kosten eines Sinus-Filters und geschirmter Leitungen verglichen, kann der Break-even bereits bei Leitungslängen von weniger als 50 m erreicht werden.

Epcos AG auf der Hannover-Messe 2010: Halle 12, Stand D29

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