Überspannungsschutz für Frequenzumrichter

Die Anwendung

Prinzipschaltbild eines Frequenzumrichters  

Prinzipschaltbild eines Frequenzumrichters

Frequenzumrichter werden eingesetzt, um die Frequenz einer Netzwechselspannung zu ändern, zum Beispiel zur Ansteuerung von Motoren.

Folgende Schritte werden durchlaufen:

  1. Die Eingangsspannung wird in eine Gleichspannung umgewandelt: Gleichrichter
  2. Die Gleichspannung wird geglättet und gepuffert: Zwischenkreis
  3. Die Gleichspannung wird in eine Wechselspannung umgewandelt: Wechselrichter
Pulsweitenmodulation  

Pulsweitenmodulation

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.

Die durch die Schaltvorgänge erzeugten Spannungsspitzen führen im Ableiter zu einer ungewollten Erwärmung, man spricht auch von einer künstlichen Alterung. Diese führt dazu, dass sich der Ableiter bei nicht richtiger Dimensionierung von der Ausgangsspannung abtrennt.

Die Lösung

Ein Überspannungsschutzgerät (SPD), welches am Ausgang eines Frequenzumrichters betrieben werden soll, darf bei repetitiven Spannungsimpulsen nicht ableiten. Dies kann entweder durch ein ausreichend hoch gewähltes UC (höchste Dauerspannung) oder durch ein isolierendes Verhalten des Überspannungsschutzes erreicht werden.

Frequenzumrichter mit Überspannungsschutz  

Frequenzumrichter mit Überspannungsschutz

Das isolierende Verhalten wird durch eine Reihenschaltung aus Varistor und Gasableiter, einer sogenannten VF-Schaltung, realisiert. Durch die richtige Auswahl von Bauelementen kann man erreichen, dass repetitive Spannungsimpulse das Überspannungsschutzgerät (SPD) nicht zum Ansprechen bringen, eine transiente Überspannung hingegen schon. Neben der isolierenden Wirkung besteht der Vorteil der VF-Schaltung in ihrer Leckstromfreiheit. Dadurch werden Geräte zur Leckstrommessung, z.B. Fehlerstromschutzschalter, nicht zu einem vorzeitigen Auslösen gebracht.

Da nach europäischen Vorschriften (EMV-Richtlinie) eine bestimmte Störaussendung am Eingang des Frequenzumrichters nicht überschritten werden darf, können dort SPD‘s auf „konventionellem“ Weg ausgewählt werden. Diese Auswahl erfolgt über die Nennspannung des Systems, an dem der Frequenzumrichter angeschlossen ist. SPDs mit erhöhtem UC oder isolierendem Verhalten sind am Eingang von Frequenzumrichtern nicht erforderlich.

Produkte

SPD Typ 2 am Eingang des Frequenzumrichters

NennspannungTypArtikelnummerAnmerkung
230/400 V TNVAL-SEC-T2-3C-350-FM2905339 
400 V ITVAL-SEC-T2-3C-440-FM2909968 
400/690 V TNVAL-SEC-T2-3C-440-FM2909968 
690 V ITVAL-MS 750/30/3+0-FM2920272 
NennspannungTypArtikelnummerAnmerkung
230/400 V TNVAL-SEC-T2-3C-350-FM
 
400 V ITVAL-SEC-T2-3C-440-FM
 
400/690 V TNVAL-SEC-T2-3C-440-FM
 
690 V ITVAL-MS 750/30/3+0-FM
 

SPD Typ 2 am Ausgang des Frequenzumrichters

NennspannungTypArtikelnummerAnmerkung
400 V (L-L)VAL-MS 400/3+0/VF-FM2910476

Isolierend gegen repetitive Spannungsimpulse bis 1.5 kV

690 V (L-L)3 x VAL-MS 800/30 VF/FM2805402Isolierend gegen repetitive Spannungsimpulse bis 2.7 kV
NennspannungTypArtikelnummerAnmerkung
400 V (L-L)VAL-MS 400/3+0/VF-FM

Isolierend gegen repetitive Spannungsimpulse bis 1.5 kV

690 V (L-L)3 x VAL-MS 800/30 VF/FM
Isolierend gegen repetitive Spannungsimpulse bis 2.7 kV

PHOENIX CONTACT
Deutschland GmbH

Flachsmarktstraße 8
D-32825 Blomberg
+49 52 35/3-1 20 00