Frequenzumrichter gehören in die Familie der Leistungselektronik. Sie haben die Aufgabe z.B. eine Wechselspannung und deren Frequenz, in eine Wechselspannung anderer Höhe und /oder anderer Frequenz, umzuwandeln. Damit ist eine stufenlose Drehzahlregulierung von Drehstrommotoren möglich. Das umwandeln von Spannungen und Frequenzen erzeugt durch die schnellen Schaltvorgänge im Leistungsteil, und durch das Takten des Prozessors Störungen, die über das Netz oder durch das elektromagnetische Feld übertragen werden. Daraus können Fehlfunktionen von Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen, Datenverarbeitungsanlagen usw. hervorgerufen werden. Ebenso sind Helligkeitsschwankungen bei Beleuchtungsanlagen möglich, die beim Menschen auf Dauer physiologische Probleme hervorrufen können. Andererseits muss der Umrichter gegen die Störeinflüsse weiterer Geräte geschützt werden, um fehlerfrei arbeiten zu können. Daher müssen die Bestimmungen für die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) bei allen elektrischen Betriebsmitteln eingehalten werden. Dies kann mit aktiven Maßnahmen, wie die Anordnung der Komponenten oder passiven Maßnahmen wie Filter oder Schirmung, realisiert werden. Aufgrund der immer größer werdenden Anwendungsgebiete für Frequenzumrichter kommt diesen Themenbereich ein große Bedeutung zu.
Inhaltsverzeichnis
1 EINFÜHRUNG
1.1 Einleitung
1.1.1 Motivation
1.1.2 Problemstellung und Themenkreis
1.2 Grundlagen und Begriffe aus dem Bereich EMV
1.2.1 Elektromagnetische Verträglichkeit
1.2.2 Definition wichtiger Begriffe
1.2.3 Arten elektromagnetischer Beeinflussung
1.3 Grundlagen der Leistungselektronik
1.3.1 Leistungselektronische Schaltungen
1.3.2 Fremd- und selbstgeführte Stromrichter
1.3.3 Frequenzumrichter
2 STÖRQUELLE FREQUENZUMRICHTER
2.1 Von Frequenzumrichern verursachte Störungen
2.1.1 Leitungsgebundene Störungen über die Netzrückwirkungen
2.1.2 Störabstrahlung durch schnelle Schaltvorgänge
2.2 Fourierbetrachtung der Schwingungen
2.3 EMV-gerechter Einsatz
2.3.1 10 Richtlinien für den EMV gerechten Einsatz von Frequenzumrichtern
2.3.2 Gesetzliche Bestimmungen
3 MASSNAHMEN GEGEN STÖRUNGEN
3.1 Räumliche Anordnung
3.2 Reduktion durch Filter
3.2.1 Funkentstörfilter
3.2.2 Entstörglieder
3.3 Schirmung
3.3.1 Gehäuseschirmung
3.3.2 Leitungsschirmung
3.4 Leitungsverlegung
3.4.1 Verkabelung
3.4.2 Sicherung des Erdpotentials
4 ZUSAMMENFASSUNG
5 ANHANG
5.1 Weitere Informationen
5.1.1 Thyristoren
5.1.2 Abschätzung von Schirmdämpfungswerten für Öffnungen in geschlossenen Gehäusen
5.1.3 Ergänzende Informationen aus dem Bereich Leistungselektronik
5.1.4 Anwendungsgebiete für Frequenzumrichter
5.2 Index und Verzeichnisse
5.2.1 Abkürzungsverzeichnis
5.2.2 Abbildungsverzeichnis
5.2.3 Literaturverzeichnis:
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die durch Frequenzumrichter verursachten elektromagnetischen Störungen, insbesondere leitungsgebundene Störungen und Störabstrahlungen, und erarbeitet technische Maßnahmen zur Einhaltung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) in industriellen Anlagen.
- Grundlagen der Leistungselektronik und von Frequenzumrichtern
- Analyse der Entstehung von leitungsgebundenen und abgestrahlten Störungen
- EMV-gerechte Installation und Design-Richtlinien
- Technische Schutzmaßnahmen wie Schirmung, Filterung und korrekte Leitungsverlegung
- Praktische Anwendungsbeispiele drehzahlvariabler Antriebe
Auszug aus dem Buch
1.2.1 Elektromagnetische Verträglichkeit
Elektromagnetische Verträglichkeit ist definitionsgemäß die Fähigkeit einer Einrichtung, in ihrer elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend zu funktionieren, ohne diese Umgebung, zu der auch andere Einrichtungen gehören, unzulässig zu beeinflussen.
Eine elektrische Einrichtung gilt demnach als verträglich, wenn sie in ihrer Eigenschaft als Sender tolerierbare Emissionen, in ihrer Eigenschaft als Empfänger tolerierbare Empfänglichkeit für Immissionen aufweist. Die Toleranz gegenüber Immissionen heißt Immunität oder Störfestigkeit, das Aussenden von tolerierbaren Emissionen heißt Störvermögen.
Als Empfänger meint man hier Stromkreise, Geräte, Systeme aber auch Lebewesen, die der Einwirkung elektromagnetischer Größen ausgesetzt sind.
Wann Sender und Empfänger als elektromagnetisch verträglich bezeichnet werden, hängt wesentlich von der Art des Senders und Empfängers und vom Abstand ab. Je nach Ausbreitungsmedium und Entfernung zwischen Quelle und Senke gelangen Störgrößen über unterschiedliche Wege zum Empfängerstromkreis. Störquelle und Störsenke können unterschiedlich gekoppelt sein (vgl. Abbildung 1.2-3: Galvanische Kopplung [Sch96]).
In dieser Arbeit wird versucht die Probleme, die in Frequenzumrichtern durch leitungsgebundene und elektromagentische Störemissionen entstehen, einzudämmen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINFÜHRUNG: Gibt einen Überblick über die Bedeutung drehzahlsteuerbarer Elektromotoren und erläutert die Problematik der durch Frequenzumrichter erzeugten elektromagnetischen Störungen.
2 STÖRQUELLE FREQUENZUMRICHTER: Analysiert die Entstehung von Störungen durch schnelle Schaltvorgänge im Leistungsteil und behandelt die Fourierbetrachtung sowie rechtliche EMV-Bestimmungen.
3 MASSNAHMEN GEGEN STÖRUNGEN: Beschreibt konkrete technische Lösungsansätze wie räumliche Anordnung, den Einsatz von Filtern, Schirmung und eine EMV-gerechte Leitungsverlegung.
4 ZUSAMMENFASSUNG: Fasst die Herausforderungen der EMV im Kontext zunehmender Automatisierung zusammen und betont die Notwendigkeit frühzeitiger Planungsmaßnahmen.
5 ANHANG: Liefert weiterführende theoretische Details zu Thyristoren, Berechnungsgrundlagen für Schirmdämpfung und Anwendungsbeispiele.
Schlüsselwörter
Frequenzumrichter, Elektromagnetische Verträglichkeit, EMV, Leistungselektronik, Störquelle, Störfestigkeit, Netzrückwirkungen, Störabstrahlung, Schirmung, Filtertechnik, Funkentstörfilter, Drehzahlregelung, Schaltvorgänge, Fourierzerlegung, Anlagentechnik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) im Zusammenhang mit Frequenzumrichtern, die aufgrund ihrer schnellen Schaltvorgänge als bedeutende Störquellen fungieren.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen umfassen die Leistungselektronik, die Mechanismen elektromagnetischer Beeinflussung und technische Schutzmaßnahmen zur Reduktion dieser Störeinflüsse.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, Methoden aufzuzeigen, wie leitungsgebundene und gestrahlte Störungen, die von Frequenzumrichtern ausgehen, durch geeignete Planung und Installation minimiert werden können.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Es wird eine systematische Analyse technischer Zusammenhänge, physikalischer Kopplungsarten sowie der Anwendung geltender EMV-Normen und bewährter Installationsrichtlinien durchgeführt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil befasst sich mit der Identifikation von Störursachen in Frequenzumrichtern, der theoretischen Betrachtung von Oberwellen und der detaillierten Beschreibung von Gegenmaßnahmen wie Schirmung, Filterung und Leitungsverlegung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind insbesondere Frequenzumrichter, EMV, Störvermögen, Netzrückwirkungen, Schirmung und Funkentstörfilter.
Welche Bedeutung haben die "10 Richtlinien" für den Anwender?
Diese Richtlinien bieten praxisnahe Handlungsempfehlungen für eine fachgerechte Installation, um die EMV-Anforderungen beim Betrieb von Frequenzumrichtern sicher zu erfüllen.
Warum ist das Erdpotential für Frequenzumrichter so kritisch?
Unterschiedliche Erdpotentiale zwischen Komponenten können zu Ausgleichsströmen führen, die empfindliche Steuersysteme wie SPS massiv stören können; dies macht die Sicherung eines gemeinsamen Erdpotentials notwendig.
Warum wird im Anhang auf die Fourier-Analyse Bezug genommen?
Die Fourierbetrachtung dient dazu, die durch Stromrichter erzeugten verzerrten Strom- und Spannungsblöcke in ihr Frequenzspektrum zu zerlegen, um die Anteile der störenden Oberschwingungen besser zu verstehen.
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- Wolfgang Kopp (Author), 2005, Frequenzumrichter. Emission über Leitung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/45192
