Überspannungsschutz für CNC-Maschinen
CNC steht für „Computer Numerical Control“ (computergesteuerte numerische Steuerung) und bezeichnet die automatisierte Steuerung von Bearbeitungswerkzeugen wie Bohrmaschinen, Drehmaschinen, Fräsmaschinen und 3D-Druckern mithilfe eines Computers.
Je nach Anwendungsbereich verfügen CNC-Maschinen über unterschiedliche Arten von Elektronik, darunter spezielle Elektronik/SPS/Anzeigeeinheiten mit oder ohne Touchscreen, Schnittstellen zum PC usw.
Ausfälle bei CNC-Maschinen treten aufgrund von zwei wichtigen Störungen (vorhandene Variablen) in Niederspannungsnetzen auf: stationäre Fehler und transiente Fehler.
Dauerfehler bestehen hauptsächlich aus Überspannungen, die mehrere Zyklen andauern (Swell), Oberschwingungen, RFI/EMI-Effekten usw.
Transiente Fehler umfassen transiente Überspannungen, d. h. Blitzüberspannungen und Schaltüberspannungen aufgrund von Vorgängen wie Schweißen, Schalten von Kondensatorbänken usw.
Die beiden wichtigsten Gründe für Ausfälle aufgrund von Blitzeinschlägen
Direkter Blitzschlag. Dies ist sehr selten, da CNC-Maschinen in einem Gebäude installiert sind und über Unterverteiler versorgt werden, während in blitzgefährdeten Gebieten nur der Hauptverteiler die Hauptlast direkter Blitzschläge trägt. Ein weiterer, oft übersehener Grund ist der induktive Blitzschlag. In diesem Fall wird der Blitzstrom von allen Arten von Kabeln außer Glasfaserkabeln übertragen.
Bevor wir uns mit SPDs befassen, wollen wir zunächst verstehen, was eine Überspannung ist und wie sie sich auf unsere CNC-Maschinen auswirkt, damit es einfacher ist, geeignete SPDs zum Schutz der CNC-Maschinen zu installieren.
Einfach ausgedrückt ist ein Stromstoß ein plötzlicher Anstieg von Strom und Spannung für einen kurzen Zeitraum (eine Dauer von 350 Mikrosekunden bei Blitzschlag und 20 Mikrosekunden beim Schalten). Es gibt verschiedene Ursachen für Stromstöße.
Künstliche transiente Überspannungen treten aufgrund von Spannungsabfällen, Stromausfällen, Kondensatorschaltungen, häufigem Ein- und Ausschalten von Hochleistungsgeräten, Schweißarbeiten, elektrostatischen Entladungen usw. auf. Die Natur erzeugt zwei Arten von Überspannungen: direkte Blitzeinschläge, die äußerst selten sind, und indirekte Überspannungen, die durch entfernte Blitzeinschläge verursacht werden und häufig auftreten.
Schützen Sie die Elektronik Ihrer CNC-Maschine vor Überspannungen und vermeiden Sie eine Beschädigung des EPROMs.
Viele glauben, dass sie erst dann akzeptieren, dass das Problem auf Blitzschlag oder Schaltüberspannungen zurückzuführen ist, wenn sie eine verkohlte Leiterplatte sehen. Das häufigere Problem, auf das wir im normalen Anlagenbetrieb stoßen, ist die Beschädigung des EPROM (Erasable Programmable Read-only memory, löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher).
Dies ist an den plötzlich im MMI-Panel (Man Machine Interface) erscheinenden Junk-Daten erkennbar. Im Allgemeinen ist es nicht üblich, diese Schleife der SPS oder des DCS in den manuellen Modus zu versetzen, den beschädigten EPROM zu entfernen, ihn mit einem UV-Löscher zu löschen, ihn neu zu programmieren und wieder in Betrieb zu nehmen, da dies ein langwieriger und zeitaufwändiger Prozess ist, der zu Produktionsausfällen führt. Wenn wir untersuchen, warum eine solche Beschädigung des EPROM plötzlich auftritt, liegt der Grund in Überspannungen.
Denn während der Programmierung wird an bestimmte EPROM-Pins eine Spannung angelegt, die höher ist als die normale Betriebsspannung (damit das EPROM erkennt, dass es sich im Programmiermodus und nicht im normalen Betriebsmodus befindet).
Bei einer Überspannung passiert dasselbe. Da plötzlich eine hohe Spannung an den Pins des ICs auftritt, glaubt dieser, er befinde sich im Programmiermodus, und die Einsen, weil die besonders hohe Spannung an den Pins auftritt.
Dies ist die Ursache für die EPROM-Sammlung. Infolgedessen ist die Intensität der Überspannungen allein für den Ausfall oder die Beschädigung von Programmen in der CNC-Maschine verantwortlich. Die SMDs und elektronischen Geräte von CNC-Maschinen sind so ausgelegt, dass sie einen geringfügigen Anstieg der Spannungspegel aushalten, der deutlich innerhalb der Toleranzgrenze liegt.
Dies wird als Spannungsfestigkeit der Geräte bezeichnet und beträgt in der Regel 1000 V AC RMS für 1 Minute für SPS- und elektronische Geräte mit einer Eingangsspannung von 230 V AC. Bei einer Überspannung dieser Größenordnung bleibt das Gerät unbeschädigt. Diese Werte liegen über der standardmäßigen Toleranzgrenze und sind langfristig hoch genug, um das Gerät dauerhaft außer Betrieb zu setzen.
Häufige Mythen:
Generell sind wir der Meinung, dass SPDs nicht erforderlich sind, da wir über eine Reihe (anderer bestehender) Schutzvorkehrungen verfügen, nämlich. Externer Blitzableiter, MCB/MCCB, gute Erdung, Potentialausgleich, Abschirmung, Trenntransformatoren, USV, eigensichere Barrieren, Trennvorrichtungen.
Leider dienen all diese Geräte ganz anderen Zwecken und nicht dem Schutz der Geräte vor transienten Überspannungen. Lassen Sie uns den Anwendungsbereich jedes einzelnen davon analysieren.
- Externer Blitzschutz mit guter Erdung dient dazu, das Gebäude vor direkten Blitzeinschlägen zu schützen.
- MCB (Miniatur-Leitungsschutzschalter) oder MCCB (Molded Case Circuit Breaker) dient zum Schutz der Geräte vor Kurzschlüssen aufgrund von Fehlerströmen mit Netzfrequenz. MCB oder MCCB arbeiten im Millisekundenbereich, was bedeutet, dass Überspannungen bereits durch sie hindurchgelaufen sind und die Geräte beschädigt haben, bevor ein MCB oder MCCB sie erkennt.
- Erdung gilt sowohl für die Sicherheit des Personals als auch für die Sicherheit der Ausrüstung.
- Verklebung ist es, den Erdwiderstand zu verringern und die Äquipotentialität aufrechtzuerhalten.
- Abschirmung wird durchgeführt, um Geräte vor RFI/EMI-Einflüssen zu schützen.
- Trenntransformator wird hauptsächlich zum Schutz von Geräten vor Fehlern auf der Primärseite verwendet. Bei einem Kurzschluss auf der Primärseite beispielsweise sind die an die Sekundärseite angeschlossenen Geräte nicht betroffen, wenn sie über einen Trenntransformator angeschlossen sind.
- USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) Wie der Name schon sagt, werden sie verwendet, um bei einem Stromausfall eine kontinuierliche Stromversorgung über die Batterie sicherzustellen oder um die Stromversorgung innerhalb eines engen Bereichs zu regulieren.
- Eigensichere Barrieren oder Isolatoren werden in gefährlichen Anlagenbereichen (z. B. Raffinerien, petrochemischen Anlagen, Düngemittelwerken usw.) eingesetzt, um die elektrische Energie auf ein sehr niedriges Niveau zu begrenzen, sodass selbst im Falle eines Kurzschlusses die verfügbare Leistung zu gering ist, um einen Funken oder Brand auszulösen.
Daher sind SPDs die einzigen Schutzvorrichtungen für CNC-Maschinen gegen transiente Überspannungen. Nun können wir die richtige Auswahl und Installation von SPDs für den störungsfreien Betrieb einer CNC-Maschine besprechen.
Je nach der eingehenden Versorgung der CNC-Maschine, d. h. 3-phasig mit oder ohne Neutralleiter, müssen SPDs mit potentialfreiem Kontakt, thermischem Trennschalter, einschließlich Basiselement und steckbaren Ableitern installiert werden, die zwischen Phase und Neutralleiter (3 Stück für 3-phasig zu Neutralleiter) und zwischen Neutralleiter und Schutzerde angeschlossen werden. Überspannungsableiter für dreiphasige Stromversorgung (L-N), (N-E) an lokalen oder Unterverteilern oder Abzweigverteilern sollten über l MOVs für L-N (mit MCOV von 275 V zur Absicherung gegen Schwankungen in der Stromversorgung) und SPARK GAP für N-E verfügen. Die Anforderungsklasse ist Klasse I + II gemäß IEC 61643-11. Dies ist die erste Verteidigungsstufe.
Damit MMI über eine 24-V-Gleichstromversorgung oder eine SPS mit DI/DO verfügt, müssen geeignete SPDs ausgewählt werden, zusätzlich zu den SPDs der Klassen I + II im Hauptverteiler.
Nachfolgend listen wir die Maschinen auf, die einen Überspannungsschutz benötigen:
| Arten von Maschinen | |
| Werkzeugmaschinen: | MetallschneidenMetallumformung |
| Kunststoffmaschinen: | SpritzgießmaschinenExtrusionsmaschinenBlasformmaschinenSpezialverarbeitungsmaschinenThermostat-FormmaschinenZerkleinerungsanlagen |
| Holzbearbeitungsmaschinen: | HolzbearbeitungsmaschinenLaminiermaschinenSägewerksmaschinen |
| Materialtransportmaschinen: | IndustrieroboterTransfermaschinenSortiermaschinen |
| Prüf-/Testmaschinen: | KoordinatenmessgeräteIn-Prozess-Messgeräte |
| Verpackungsmaschinen: | KartonverschließmaschinenFassfüllmaschinenPalettiermaschinen |
CNC-Überspannungsschutz und Netzfilterung
Überspannungsschutz und Blitzschutz für CNC-Anlagen (Computer Numeric Control) sind von größter Bedeutung, um diese komplexen und wertvollen Maschinen vor den zerstörerischen Auswirkungen von Transienten und Überspannungen zu schützen. CNC-Maschinen, die ein breites Spektrum von Dreh- und Fräsmaschinen bis hin zu Lasersystemen und 3D-Druckern umfassen, spielen eine zentrale Rolle in modernen Fertigungsprozessen. Diese Maschinen sind anfällig für Spannungsschwankungen, transiente Spannungsspitzen und elektrische Überspannungen, die durch verschiedene Ursachen wie Blitzeinschläge, Schwankungen im Stromnetz oder das Schalten von Geräten entstehen können.
Die Bedeutung des Überspannungsschutzes für CNC-Maschinen
Die Implementierung eines Überspannungsschutzes schützt CNC-Maschinen vor Spannungsschwankungen und verhindert so potenziell katastrophale Schäden, die zu Ausfallzeiten, Materialverlusten und damit verbundenen finanziellen Einbußen führen können. Eine Überspannung kann den Betrieb stören, die Genauigkeit und Präzision dieser Maschinen beeinträchtigen, Störungen und Blockaden verursachen und sogar zu irreversiblen Schäden führen, die teure Reparaturen oder Ersatzbeschaffungen erforderlich machen.
Überspannungsschutz für Frequenzumrichter
Überspannungsschutzgeräte kann zum Schutz eines Frequenzumrichters vor Spannungsspitzen, Überspannungen und Stromstößen verwendet werden, die häufig durch Blitzeinschläge verursacht werden.
Frequenzumrichter (VFD)
Ein Frequenzumrichter (VFD), auch bekannt als Drehzahlregler (VSD), ist die Hauptkomponente aller beweglichen Teile in elektrischen Geräten.
Dieses Gerät ermöglicht die Steuerung der Drehzahl fast aller Elektromotoren, die andernfalls immer mit konstanter Drehzahl laufen würden. Dies geschieht durch Anpassung der Ausgangsfrequenz an die Elektromotoren.
Frequenzumrichter kommen in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz: Pumpensteuerungen, HLK-Kompressoren, Förderbänder, CNC-Maschinen, Gebläse, Werkzeugmaschinenantriebe usw. Daher sind sie in zahlreichen Branchen zu finden, beispielsweise in der Wasseraufbereitung, der Öl- und Gasindustrie und im Maschinenbau.
Überspannungsschutz für Frequenzumrichter
Ein Frequenzumrichter besteht in der Regel aus einem Gleichrichter, einem Zwischenkreis, einem Wechselrichter und einer Steuerelektronik (Abbildung 1).
Abbildung 1 – Grundprinzip eines Frequenzumrichters
Am Eingang des Wechselrichters wird eine einphasige Wechselspannung oder eine dreiphasige Leitungsspannung in eine pulsierende Gleichspannung umgewandelt und in den Gleichstromzwischenkreis eingespeist, der auch als Energiespeichersystem (Puffer) dient.
Kondensatoren im Gleichstromkreis und geerdete L-C-Abschnitte im Netzfilter können Probleme mit vorgeschalteten Fehlerstromschutzschaltern (RCDs) verursachen. Diese Probleme werden oft fälschlicherweise mit Überspannungsableitern in Verbindung gebracht. Sie werden jedoch durch kurzzeitige Fehlerströme des Frequenzumrichters verursacht, die hoch genug sind, um empfindliche RCDs auszulösen. Dies kann durch den Einsatz eines überspannungsfesten RCD-Leistungsschalters verhindert werden, der mit einer Entladekapazität von 3 kA (8/20 µs) und höher für einen Auslösestrom I∆n = 30 mA.
Der Wechselrichter liefert über die Steuerelektronik eine gepulste Ausgangsspannung. Je höher die Pulsfrequenz der Steuerelektronik für die Pulsweitenmodulation ist, desto ähnlicher ist die Ausgangsspannung einer Sinuskurve. Mit jedem Puls tritt jedoch eine Spannungsspitze auf, die der Grundwelle überlagert ist. Diese Spannungsspitze erreicht Werte von mehr als 1200 V (abhängig vom Frequenzumrichter). Je besser die Simulation der Sinuskurve, desto besser die Lauf- und Regelcharakteristik des Motors. Dies bedeutet jedoch, dass am Ausgang des Frequenzumrichters häufiger Spannungsspitzen auftreten.
Um den richtigen Überspannungsschutz für Ihren Frequenzumrichter auszuwählen, muss die maximale Dauerbetriebsspannung Uc berücksichtigt werden, die die maximal zulässige Betriebsspannung angibt, an die ein Überspannungsschutzgerät angeschlossen werden darf. Aufgrund der Spannungsspitzen, die während des Betriebs von Frequenzumrichtern auftreten, müssen Überspannungsschutzgeräte mit einem hohen Uc-Wert verwendet werden, um eine “künstliche Alterung” durch die Erwärmung des Überspannungsschutzes unter “normalen” Betriebsbedingungen und die damit verbundenen Spannungsspitzen zu vermeiden.
Die Erwärmung von Überspannungsableitern kann zu einer verkürzten Lebensdauer und einer Trennung des Überspannungsableiters von der Anlage führen, die er schützen soll.
Abbildung 2 – EMV-konforme Abschirmungsanschlüsse des Motorzuleitungskabels
Die hohe Impulsfrequenz am Ausgang des Frequenzumrichters verursacht feldbasierte Störungen. Um zu vermeiden, dass andere Systeme gestört werden, muss das Motorversorgungskabel abgeschirmt sein. Die Abschirmung des Motorversorgungskabels muss an beiden Enden geerdet sein, nämlich am Frequenzumrichter und am Motor.
Zu diesem Zweck muss ein großflächiger Kontakt mit der Abschirmung hergestellt werden, vorzugsweise durch Konstantkraftfedern (Abbildung 2), um die EMV-Anforderungen zu erfüllen. Verbundene Erdungssysteme, d. h. die Verbindung des Erdungssystems des Frequenzumrichters mit dem des Antriebsmotors, reduzieren Potentialunterschiede zwischen den verschiedenen Teilen der Anlage und verhindern so, dass Ausgleichsströme durch die Abschirmung fließen.
Bei der Integration eines Frequenzumrichters in die Gebäudeautomation müssen alle Auswerte- und Kommunikationsschnittstellen durch Überspannungsschutzgeräte geschützt werden, um einen durch Überspannung verursachten Systemausfall zu verhindern. Abbildung 3 zeigt ein Beispiel für die Reglerschnittstelle 4 – 20 mA.
Abbildung 3 – Frequenzumrichter mit Antrieben in LPZ 0A und LPZ 1
Empfohlene SPD für CNC-Fräsmaschinen
Überspannungsschutz im Allgemeinen
Überspannungen können langfristig, vorübergehend oder nur kurzzeitig (Stoßspannung) auftreten. Eine Stoßspannung oder Spannungsspitze ist eine kurzzeitige Hochspannung, die in der Regel weit über 110% der Nennspannung liegt. Transiente Überspannungen können atmosphärischen Ursprungs sein (Blitzschlag) oder durch Schaltvorgänge im Netz verursacht werden. Ein beliebter und wirksamer Schutz gegen transiente Überspannungen ist der Einsatz von Überspannungsableitern.
Diese Geräte weisen eine stark nichtlineare Impedanz als Funktion der angelegten Spannung auf. Im Normalbetrieb (unterhalb der Schwellenspannung) haben die Überspannungsableiter eine sehr hohe Impedanz und es fließt nur ein vernachlässigbarer Leckstrom durch den Ableiter. Wenn die Spannung den Schwellenwert überschreitet, sinkt die Impedanz drastisch und der Überspannungsableiter schafft einen Weg für den Überspannungsstrom. Überspannungsableiter werden typischerweise zwischen Phase und Erde, zwischen Phasen oder einer Kombination aus beidem eingesetzt.
Abbildung 4 – Überspannungsableiter, installiert zwischen Phase und Erde sowie zwischen Phase und Phase.webp
Die Schreibweise kann sowohl „surge arrester“ als auch „surge arrestor“ lauten. Eine weitere Bezeichnung ist „surge protection device“ (SPD).
Sind Überspannungsableiter für den Schutz von Motoren mit Frequenzumrichter geeignet?
Überspannungsableiter werden häufig zum Schutz elektrischer Geräte vor übermäßigen Überspannungen eingesetzt. Gleichzeitig erzeugen viele Wechselrichter nicht sinusförmige Spannungen, die die Isolierung der Maschine belasten. Daher stellt sich die Frage, ob Überspannungsableiter ein geeignetes Mittel zum Schutz von Motoren sind, die von Frequenzumrichtern versorgt werden.
Die kurze Antwort lautet ‘Nein’. Die meisten Antriebssysteme mit einem Spannungsquellen-Wechselrichter profitieren nicht von Überspannungsschutzgeräten. Im Gegenteil, die Installation von Überspannungsschutzgeräten würde wahrscheinlich zu einer
Abbildung 5 – Sind Überspannungsableiter für den Schutz von Motoren mit Frequenzumrichter geeignet?
Schutz von Frequenzumrichtern mit Überspannungsschutzgeräten (SPDs)
Ausgefeilte und hochsensible mikroprozessorgesteuerte Elektronik und Datenkommunikationsnetzwerke sind heute in allen Bereichen der schnelllebigen Geschäftswelt integriert. Der Schutz dieser geschäftskritischen Systeme vor Schäden durch Überspannungen, Spannungsspitzen und Transienten gewährleistet, dass diese Systeme vor Geräteausfällen, Betriebsstörungen und kostspieligen Ausfallzeiten geschützt sind. Die richtige Installation dieser SPDs kann genauso wichtig sein wie die Entscheidung für ihren Kauf.
Insgesamt reduzieren ordnungsgemäß installierte Überspannungsschutzgeräte das Ausmaß zufälliger, hochenergetischer, kurzzeitiger Stromanomalien. Diese Ereignisse werden in der Regel durch atmosphärische Phänomene (wie Blitzeinschläge), Schaltvorgänge im Stromnetz, induktive Lasten und intern erzeugte Überspannungen verursacht.
Schutz von Antrieben
Der Einsatz verschiedener Arten von Antrieben zur Steuerung von Motoren ist weit verbreitet. Der Zweck des Antriebs besteht darin, den Wirkungsgrad zu erhöhen oder die Drehzahl des gesteuerten Motors zu regeln. Durch verschiedene Prozesse und Regelmechanismen formt der Antrieb häufig die Sinuswelle um, um ein Signal an den Motor zu liefern, das einen höheren Wirkungsgrad ermöglicht, oder variiert die Frequenz des Signals, um die Drehzahl des Motors zu regeln.
Durch die Wirkung des Antriebs kann die Stromqualität der elektrischen Umgebung beeinträchtigt werden. Das heißt, die Antriebe können Spannungsspitzen und Oberschwingungen im System verursachen.
Einsatz von Überspannungsschutzgeräten (SPDs) in einem Antriebssystem, um Schäden durch Spannungsspitzen zu mindern, unter Berücksichtigung der Auswirkungen von Oberschwingungen auf das Überspannungsschutzgerät.
Anwendung von SPDs im Antriebssystem
Zur Veranschaulichung der Anwendung von SPDs in einem Antriebssystem siehe Abbildung. Diese Abbildung zeigt einen typischen Antriebsaufbau. Die Eingangsleistung ist in der Regel in Dreieckschaltung (3 Phasen und Erde) konfiguriert.
Häufig beträgt die Eingangsspannung 480 V, es können jedoch auch andere Spannungen verwendet werden. Die Eingangsspannung wird in der Regel auf eine niedrigere Spannung (typischerweise 120 VAC) heruntertransformiert, die den Steuerkreis mit Strom versorgt. Der Steuerkreis enthält empfindliche Elektronik. Sobald die Leistung vom Antrieb aufgenommen wird, wird der Ausgang an den Motor weitergeleitet.
Wie bereits erwähnt, gibt es fünf Möglichkeiten zum Schutz des typischen Antriebssystems – jede ist mit einer eingekreisten Nummer gekennzeichnet und wird im Folgenden beschrieben.
- Antriebseingang
Der Schutz des Antriebseingangs ist ein wesentlicher Schritt zum Schutz des Antriebssystems. Der Schutz dieser Stelle verhindert Schäden durch Überspannungen, die durch Ereignisse im Stromnetz aus vorgelagerten Quellen, externe Ereignisse wie Blitzschlag und Schaltüberspannungen, die vom Energieversorger verursacht werden, sowie durch die Interaktion mehrerer Antriebe im selben System entstehen.
An dieser Stelle ist eine parallel geschaltete, spannungsempfindliche Schaltung geeignet – eine ohne frequenzempfindliche Schaltung. Eine frequenzempfindliche Schaltung wird für diese Stelle nicht empfohlen, da diese Stelle in der Regel anfälliger für Impulstransienten als für Ringwellentransienten ist.
- Wechselrichter-Eingang
Der Wechselrichtereingang ist einer der empfindlichsten und kritischsten Bereiche des Antriebs selbst. An dieser Stelle ist besondere Sorgfalt geboten und eine ordnungsgemäße Überprüfung erforderlich. Sie können ein parallel geschaltetes, frequenzabhängiges Schaltungsgerät installieren, sofern Sie sich vergewissert haben, dass keine zusätzlichen Kondensatoren installiert wurden, um Oberschwingungsströme innerhalb dieses Antriebs zu dämpfen.
Wenn zusätzliche Kondensatoren installiert sind, ist an dieser Stelle eine parallel geschaltete, spannungsempfindliche Schaltung geeignet – eine ohne frequenzempfindliche Schaltung. Eine frequenzempfindliche Schaltung wäre für diesen Standort aufgrund des hohen Oberwellenanteils, der die Installation zusätzlicher Kondensatoren erforderlich machte, nicht zu empfehlen. Die Installation frequenzempfindlicher Schaltungen an dieser Stelle würde zu einem Ausfall des SPD führen.
- Steuerkreis
Der Steuerkreis enthält empfindliche Elektronik, die durch die vom Antrieb erzeugte Umgebung oder durch Überspannungen aus externen Quellen beschädigt werden kann. Ein Schutz an dieser Stelle ist unerlässlich.
Da ein Abwärtstransformator diesen Stromkreis isoliert und empfindliche Elektronik versorgt, wird für diesen Standort ein in Reihe geschalteter SPD mit frequenzabhängiger Schaltung empfohlen.
- Antriebsleistung
Der Schutz des unmittelbaren Antriebsausgangs wird empfohlen, wenn die Länge der Verbindung zwischen Antrieb und Motor mehr als 15 m beträgt oder wenn die Verbindung entlang einer Außenwand oder im Freien verläuft.
Ein Grund für den Schutz am unmittelbaren Ausgang bei einer langen Verbindung zum Motor sind reflektierte Wellen, die auftreten können, wenn das Signal (oft mit höherer Frequenz) vom Ausgang des Antriebs den Motor erreicht und dann zwischen Antrieb und Motor hin und her reflektiert wird. Dieser Vorgang kann zu einer “Spannungsüberlagerung” führen – die reflektierte Spannung addiert sich zur Nennspannung und anderen reflektierten Wellen. Der SPD trägt dazu bei, die Spannungsspitzen der reflektierten Wellen zu reduzieren.
Lange Leitungen und solche, die entlang Außenwänden oder Türen verlegt sind, können reflektierte Wellen verursachen. Reflektierte Wellen entstehen, wenn das Signal (oft mit höherer Frequenz) vom Ausgangsantrieb die Mutter erreicht und zwischen Antrieb und Motor hin und her reflektiert wird. Dieser Vorgang erzeugt eine “Spannungsüberlagerung”. Die reflektierte Spannung addiert sich zur Nennspannung und anderen reflektierten Wellen. Der SPD hilft dabei, die Spannungsspitzen der reflektierten Wellen zu reduzieren.
Noch wichtiger ist, dass, wenn die Verbindung zwischen dem Antrieb und dem Motor im Freien entlang einer Strecke verläuft, die der Witterung ausgesetzt ist oder in der Nähe der Stahlkonstruktion des Gebäudes verläuft, ein Schutz an dieser Stelle unerlässlich ist, um die Auswirkungen von direktem Blitzschlag oder induzierten Spannungsspitzen aufgrund von Blitzen in der Nähe zu verringern. Diese Spannungsspitzen können den Antrieb beschädigen, selbst wenn am Motoreingang ein Schutz vorhanden ist.
An dieser Stelle ist eine parallel geschaltete, spannungsabhängige Schaltung geeignet – eine ohne frequenzabhängige Schaltung. Eine frequenzabhängige Schaltung wird für diese Stelle aufgrund des hohen Oberwellenanteils des Signals, der durch den normalen Betrieb des Antriebs entsteht, nicht empfohlen. Die Installation frequenzabhängiger Schaltungen an dieser Stelle führt zum Ausfall des SPD. Durch die Verwendung einer spannungsabhängigen Schaltung an dieser Stelle wird diese Möglichkeit ausgeschlossen.
- Motoreingang
Der Schutz des Motoreingangs ist ein wesentlicher Schritt zum Schutz des Antriebssystems. Durch den Schutz an dieser Stelle werden Schäden durch Überspannungen verhindert, die vom Antriebsausgang zum Motoreingang übertragen werden. Der Schutz dieser Stelle trägt zur Verlängerung der Lebensdauer des Motors bei, da der SPD dazu beiträgt, Schäden an den Wicklungen und Lagern des Motors durch Überspannungen zu verhindern.
Wenn die Verbindung zwischen Antrieb und Motor im Freien entlang einer Strecke verläuft, die der Witterung ausgesetzt ist oder in der Nähe der Stahlkonstruktion des Gebäudes liegt, ist ein Schutz an dieser Stelle wichtig, um die Auswirkungen von direktem Blitzschlag oder induzierten Spannungsspitzen aufgrund von Blitzen in der Nähe zu verringern. Diese Spannungsspitzen können den Motor beschädigen, selbst wenn am Antriebsausgang ein Schutz vorhanden ist.
An dieser Stelle ist eine parallel geschaltete, spannungsempfindliche Schaltung ohne frequenzempfindliche Schaltung geeignet. Eine frequenzempfindliche Schaltung wird für diese Stelle aufgrund des hohen Oberwellenanteils des Signals, der durch den normalen Betrieb des Antriebs verursacht wird, nicht empfohlen. Die Installation frequenzempfindlicher Schaltungen an dieser Stelle führt zum Ausfall des SPD. Durch die Verwendung einer spannungsempfindlichen Schaltung an dieser Stelle wird diese Möglichkeit ausgeschlossen.
Überspannungs- und Stoßspannungs-Schutz in Frequenzumrichtern (VFDs)
Wie jedes andere elektrische System müssen auch VFD-Systeme vor Überspannungen und Überspannungstransienten geschützt werden. Diese Überspannungen können von der Versorgungsseite kommen oder vom Antrieb selbst erzeugt werden.
Typischerweise treten Überspannungen aus dem Stromnetz seltener auf und weisen eine höhere Energie und Amplitude auf. Bei diesen Überspannungen kann es sich um Blitzüberspannungen oder um Schaltüberspannungen aus dem Stromnetz handeln.
Zusätzlich zu diesen Überspannungen kann der Betrieb des Umrichters/Wechselrichters auch Überspannungen erzeugen, die für empfindliche elektronische Schaltungen schädlich sein können. Ein wirksamer Überspannungsschutz eines Antriebssystems sollte sowohl die Leistungselektronikschalter und die Steuerungsschaltung als auch den Motor schützen.
In einem typischen Antriebssystem gibt es fünf Punkte, an denen Überspannungsschutzgeräte angebracht werden können (siehe Abbildung 6).
Abbildung 6 – An diesen Standorten verwendete SPDs können Schutzvorrichtungen verwenden.
Die an diesen Standorten verwendeten SPDs können Schutzvorrichtungen mit unterschiedlichen Technologien verwenden. In kommerziellen Produkten können einige SPDs mit anderen Produkten integriert sein, beispielsweise mit Filtern, die Schutz vor schlechter Stromqualität oder hoher harmonischer Verzerrung bieten.
Alle Anwendungen
| Fortschrittliches Zufallsrotationsmesser mit Nockenmischung | Luftkompressor |
| Blisterverpackung Thermoformer | Kartonierer |
| Zentrifuge | Förderband |
| Kran/Hebezeug | Dynamometer |
| Aufzüge und Rolltreppen | Extrusion |
| Ventilatoren/Gebläse | Futterlänge |
| Allgemeine Maschinen | HLK |
| Bewässerung | Etikettierer |
| Wäsche | Lineare fliegende Schere |
| Werkzeugmaschine | Mischer |
| Verpackung | Palettierer |
| Präzisionsschleifen | Pumpe |
| Stanzpresse | Rotationsmesser |
| Rotationsplatzierer | Schneckenzuführung |
| Drehtisch-Indexierer | Synchronriemen |
| Textil | Wickeln |
