Frequenzgesteuerte Antriebe (Drives, VFDs, Inverter) sind in modernen Industrien und Gebäuden unverzichtbar. Sie sorgen für Energieeinsparungen und Prozessoptimierung. Gleichzeitig stellt diese Leistungselektronik aber auch eine der größten Quellen für Elektrosmog in Ihrer Elektroinstallation dar.
Ohne geeignete Maßnahmen können Wechselrichter zu unerklärlichen Ausfällen, Ausfällen von Steuerungssystemen und beschleunigtem Geräteverschleiß führen. Als Power Quality Doctor erleben wir täglich, wie diese "harmlosen" Komponenten die Betriebssicherheit gefährden. In diesem Artikel gehen wir den technischen Ursachen von EMV-Problemen bei Umrichtern auf den Grund und bieten einen konkreten Lösungsweg an.
Die Quelle: Wechselrichter "zerhacken" die Spannung in Teile (PWM), was zu hochfrequenten Störungen (EMC) und niederfrequenter Verschmutzung (Oberwellen) führt.
Das Risiko: Dies kann zu Störungen bei SPS, Sensorsignalen, Lagerschäden bei Motoren und Überhitzung von Transformatoren führen.
Die Lösung: Oft ist eine Kombination aus korrekter Verkabelung, Erdung, Filtern und Trenntransformatoren erforderlich.
Der Ansatz: Beginnen Sie immer mit einer Basismessung, um festzustellen, ob das Problem leitungsgebunden oder strahlungsgebunden ist.
Diese Informationen sind entscheidend für:
Um zu verstehen, warum Antriebe Ausfälle verursachen, müssen wir uns ansehen, wie sie funktionieren. Ein Frequenzumrichter wandelt die sinusförmige Wechselspannung aus dem Netz (50 Hz) in Gleichstrom und dann wieder in eine variable Wechselspannung zum Antrieb des Motors um.
Letzteres geschieht durch Pulsweitenmodulation (PWM). Der Wechselrichter schaltet die Spannung blitzschnell ein und aus (Schaltfrequenzen von 2 kHz bis hin zu 16 kHz oder höher).
Die Gleichung: Stellen Sie sich einen Wasserhahn vor. Anstatt den Wasserhahn für einen sanften Wasserstrahl (linear) halb aufzudrehen, drehen Sie ihn 100 Mal pro Sekunde ganz auf und zu. Im Durchschnitt kommt weniger Wasser heraus, aber die Rohre klappern und Sie erzeugen Druckwellen (Transienten) im gesamten Rohrsystem.
In der Elektrizitätswirtschaft verhält es sich ähnlich. Die schnellen Schaltmomente der IGBTs im Wechselrichter verursachen steile Spannungsflanken (hohes dU/dt). Dies führt zu zwei Hauptproblemen:
Warum ist dies für Ihre Anlage wichtig?
Die Auswirkungen einer schlechten EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) werden oft unterschätzt, da die Auswirkungen nicht immer sofort sichtbar sind.
EMV-Probleme zeigen sich selten als offensichtliche Kennzeichnung auf einem Display. Oft handelt es sich um 'Geisterfehler'. Achten Sie auf die folgenden Symptome:
Nuance: Nicht jeder Ausfall ist ein EMV-Problem. Schlechte Verbindungen oder fehlerhafte Hardware können wie Störungen aussehen. Daher sind Messungen für eine korrekte Diagnose unerlässlich.
Bei Wechselrichtern gibt es zwei Probleme: Oberschwingungen (Niederfrequenz) und EMI (Hochfrequenz). Diese Unterscheidung ist wichtig, denn die Lösungen sind völlig unterschiedlich.
Auf der Eingangsseite (Netzseite) verhält sich der Wechselrichter wie eine nichtlineare Last. Der Gleichrichter entnimmt den Strom nicht in Form einer schönen Sinuswelle, sondern in kurzen Impulsen. Dadurch entstehen Oberschwingungen (Vielfache von 50 Hz, z. B. 250 Hz, 350 Hz).
Auf der Ausgangsseite und durch interne Schaltungen entstehen Frequenzen im kHz- und MHz-Bereich.
Gleichtaktströme: Dies ist ein häufiges Phänomen in Antrieben. Aufgrund der parasitären Kapazität des Motorkabels (insbesondere bei langen Kabeln) fließen hochfrequente Ströme von den Phasen zur Erde. Wenn die Erdung nicht hochfrequenztauglich ist, suchen sich diese Ströme einen anderen Weg, zum Beispiel durch die Abschirmung von Datenkabeln oder die Lager des Motors.
Die Lösung von EMV-Problemen erfordert einen strukturierten Ansatz. Wir beginnen mit den Grundlagen (der Anlage selbst) und befassen uns dann mit der Ergänzung der Hardware.
Viele Probleme können auf die Installationsmethoden zurückgeführt werden.
Wenn die Grundinstallation in Ordnung ist, aber dennoch Probleme bestehen, gibt es Komponenten zur Verbesserung der Power Quality.
Für Anlagen mit vielen Antrieben und erheblicher Oberschwingungsverschmutzung:
Treten bei Ihnen vage Fehler auf und vermuten Sie die Antriebe? Folgen Sie dieser Roadmap:
Der "Pigtail": Die Abschirmung des Kabels wird zu einem Draht verdrillt und in eine Klemmleiste eingesteckt. Dadurch verliert der Schirm seine hochfrequente Wirkung fast vollständig.
Falscher Filter: Ein Standard-EMV-Filter löst keine Oberschwingungsprobleme, und ein Oberschwingungsfilter löst keine EMV-Störungen (MHz-Bereich).
Annahmen über Normen: "Der Antrieb hat ein CE-Zeichen, also ist er unbedenklich". Ein Antrieb ist eine Komponente, kein Endprodukt. Die Art der Installation entscheidet darüber, ob die Gesamtanlage die EMV-Richtlinie erfüllt.
Lange Kabel: Die Kabellänge wird unterschätzt. Bei langen Motorkabeln (>50-100 m) wirkt das Kabel wie ein Kondensator, was zu enormen Spitzenstromspitzen und zum Abschalten des Antriebs führen kann.
Nicht bei jeder Störung muss sofort ein Externer hinzugezogen werden. Einfache Verdrahtungsfehler oder eine lockere Erdung können oft von der eigenen technischen Abteilung behoben werden. Es gibt jedoch einen Punkt, an dem der "Selbstversuch" zu einem unverantwortlichen Risiko wird.
Ziehen Sie einen Spezialisten für Netzqualität hinzu, wenn die folgenden Signale auftreten:
Beratung: Werden Sie mit neuer LED-Beleuchtung, EV-Ladegeräten oder Solarpaneelen expandieren? Lassen Sie präventiv eine Simulation oder Messung durchführen. Das Hinzufügen dieser Leistungselektronik kann eine bestehende, stabile Anlage plötzlich instabil machen.
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Haben Sie den Verdacht, dass Antriebe in Ihrer Anlage Ausfälle verursachen, können aber nicht genau sagen, woran es liegt? Experimentieren Sie nicht mit Filtern, ohne eine Diagnose gestellt zu haben. Mit speziellen Messungen können unsere Ingenieure genau feststellen, woher die Verschmutzung kommt und welche Lösung - von der Erdung bis zum aktiven Filter - am kostengünstigsten ist.
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