Anwendungsbeispiel: Überspannungsschutz für Frequenzumrichter
Die Anwendung
Frequenzumrichter werden eingesetzt, um die Frequenz einer Netzwechselspannung (typ. 50 Hz) zu ändern, zum Beispiel zur Ansteuerung drehzahlvariabler Antriebe.
Dazu wird die Eingangswechselspannung im ersten Schritt in eine Gleichspannung umgewandelt. Im zweiten Schritt wird die Gleichspannung im Zwischenkreis geglättet und gepuffert. Im dritten Schritt wird die Gleichspannung wieder in eine Wechselspannung mit der gewünschten Frequenz umgewandelt.
Die Herausforderungen an den Überspannungsschutz
Auf der Eingangsseite des Wechselrichters können problemlos konventionelle, rein varistorbasierte Überspannungs-Schutzeinrichtungen (engl.: SPD) eingesetzt werden. Auf der Ausgangsseite ist das nicht möglich, auch wenn die nominelle Spannung möglicherweise identisch ist. Warum? Die Ausgangsspannung des Frequenzumrichters wird mittels Pulsweitenmodulation (PWM) realisiert. Bei der Pulsweitenmodulation wird die Zwischenkreisspannung (Gleichspannung) in einer Art und Weise getaktet, dass eine sinusförmige Ausgangsspannung entsteht. Jeder Schaltvorgang erzeugt jedoch Spannungsimpulse am Ausgang des Wechselrichters, die die sinusförmige Ausgangsspannung überlagern. Diese repetitiven Spannungsimpulse treten mit der Taktfrequenz des Wechselrichters auf und können Amplituden von einigen tausend Volt erreichen.
Diese Spannungsspitzen würden einen rein varistorbasierten Überspannungsschutz immer wieder ansprechen lassen. Dadurch würde sich der Varistor sehr schnell unzulässig erwärmen, was zum Ansprechen der internen thermischen Abtrennvorrichtung und damit zum vorzeitigen Ausfall des SPDs führt. Daher ist es erforderlich, den Varistor durch einen in Reihe geschalteten Gasentladungsableiter oder eine Funkenstrecke vor diesen Spannungsspitzen zu schützen. Phoenix Contact bietet solche Ableiterkombinationen bereits als anschlussfertige Lösungen an.
Das folgende Bild und die anschließende Tabelle zeigen beispielhafte Produktempfehlungen.
Unser Schutzvorschlag Überspannungsschutz am Ein- und Ausgang des Wechselrichters
Produktvorschlag für die Eingangsseite
| SPDin am Eingang des Frequenzumrichters bei Nennspannung … | Empfohlener Überspannungsschutz | Art.-Nr. | |
|---|---|---|---|
| 1 | 230/400 V AC (TN-C-System) | VAL-SPP-T2-335-3+0-UT-R (Vorzugstyp) VAL-SEC-T2-3C-350-FM (mögliche Alternative) |
1466599 2905339 |
| 2 | 400/690 V AC (TN-C-System) | VAL-SPP-T2-440-3+0-UT-R (Vorzugstyp) VAL-SEC-T2-3C-440-FM (mögliche Alternative) |
1466615 2909968 |
| 3 | 400 V AC (IT-System) | VAL-SPP-T2-440-3+0-UT-R (Vorzugstyp) VAL-SEC-T2-3C-440-FM (mögliche Alternative) |
1466615 2909968 |
| 4 | 690 V AC (IT-System) | VAL-SPP-T2-750-3+0-UT-R (Vorzugstyp) VAL-MS 750/30/3+0-FM (mögliche Alternative) |
1466614 2920272 |
Produktvorschlag für die Ausgangsseite
| SPDout am Ausgang des Frequenzumrichters bei Nennspannung (L-L) … | Empfohlener Überspannungsschutz | Art.-Nr. | |
|---|---|---|---|
| 1 | 400 V AC | VAL-SPP-T2-440-3+0-VF-UT-R (Vorzugstyp) VAL-MS 400/3+0/VF-FM (mögliche Alternative) |
1466646 2910476 |
| 2 | 690 V AC | VAL-SPP-T2-800WE-3+0-VF-UT-R (Vorzugstyp) VAL-MS 800/30 VF/FM (mögliche Alternative) |
1466642 2805402 |
Weitere Informationen
Weitere Informationen und Auswahlhilfen finden Sie im Downloadbereich „Infomaterial für Elektroinstallateure“
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