Motorkabelquerschnitt und EMV
Der Querschnitt der Motorkabel richtet sich in erster Linie nach dem erforderlichen Motorstrom. Allerdings spielen auch weitere wichtige Faktoren mit hinein. So beeinflusst die Art und die Umgebung der Verlegung ebenfalls den Querschnitt, um negative Effekte durch erhöhte Umgebungstemperaturen und verminderte Wärmeabgabe auszugleichen. Genauso wirkt sich auch die Leitungslänge auf den Querschnitt aus. Zur Berücksichtigung dieser Einflüsse können die einschlägigen Reduktionsfaktoren herangezogen werden, die in der Norm VDE0298 aufgeführt sind. In der Praxis haben sich als Faustregel Gesamtreduktionsfaktoren zwischen 0,7 und 0,64 ergeben. Die Auslegung von Kabeln erfolgt in aller Regel auf Strom und Spannung als Sinusgrößen. Bei Betrieb am Frequenzumrichter kommen jedoch höherfrequente Anteile zur Grundschwingung hinzu. Die Kabel erwärmen sich stärker. Die Grenzwerte der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) schließlich bestimmen den Einsatz von geschirmten oder ungeschirmten Kabeln. Bei großen Querschnitten und/oder langen Leitungswegen sind die Betreiber natürlich bestrebt, möglichst ungeschirmte Kabel zu verwenden. Daher haben sich in der Praxis Sinusfilter bewährt. Durch Filterung der Taktfrequenz und Bereitstellung sinusförmiger Spannung zwischen den Phasen haben sie einen positiven Einfluss auf erforderliche Kabelquerschnitte. Bei Retrofitprojekten kann deren Verwendung den Verbleib bereits vorhandener Kabel und Motoren erlauben.
Auslegen des Frequenzumrichters
Damit sind alle notwendigen Rahmenbedingungen für die Auswahl des Frequenzumrichters festgelegt. Im Gegensatz zum Motor, der immer nach dem geforderten Drehmoment auszulegen ist, erfolgt die Auswahl des Frequenzumrichters stets nach dem Strom und nicht nach der Leistung. Grundsätzlich gilt, dass der erforderliche Motorstrom als Dauerstrom verfügbar sein muss. Daneben sind notwendige Stromreserven einzuplanen. Auch sie sind von einer Reihe Faktoren abhängig: Dazu zählt in erster Linie der Drehmomentverlauf der Last. Hier gilt es, das Startmoment in die Überlegungen mit einzubeziehen und Besonderheiten des Lastspiels wie pulsförmige oder gleichmäßige Lasten. Als weiterer Faktor spielt die Leitungslängen zum Motor spielen eine Rolle. So reduziert ein Spannungsabfall am Kabel das verfügbare Motormoment ebenso, wie ein Spannungsabfall an eventuell erforderlichen Sinus- oder du/dt-Filter. Weitere Auswahlfaktoren betreffen die vom Anwender für seine Applikation benötigten Schnittstellen wie Feldbusse, die Schnelligkeit von Regelverfahren oder andere Sonderfunktionen wie Sicherheitsfunktionen, Kaltleiterauswertungen oder ähnliches. Ebenso zählen zu diesen Kriterien Brems- und Vierquadrantenbetrieb. Alle diese Einflüsse sind gesondert zu bewerten, da sie eine wesentliche Rolle bei der Auswahl des Frequenzumrichters spielen.
Netzbelastung im Vorfeld bedenken
Ein Nachteil der Umrichter sind deren Rückwirkungen auf das speisende Netz durch nichtlineare Stromaufnahme. Die daraus resultierenden Verzerrungen der Sinusform des Versorgungsnetzes werden als Netzrückwirkung oder auch Oberschwingungen bezeichnet. Für die Beurteilung der Netzqualität betrachtet man die Frequenzen bis 2,5kHz, entsprechend der 50. harmonischen Oberschwingung. Das Übertragungsnetz, Transformatoren oder auch Kompensationsanlagen sind für die Nennfrequenz des Netzes berechnet und ausgelegt. Höherfrequente Schwingungen führen zu höheren Bezugskosten für elektrische Energie, Mehraufwand durch höhere Blindleistungsbelastung und der Notwendigkeit der Überdimensionierung von Komponenten und Anlagenteilen und belasten Kabel, Leitungen und Geräte. Daher müssen auch Überlegungen zur Netzbelastung bei der Auslegung berücksichtigt werden. Im ersten Schritt sollte der Betreiber die Netzbelastung ermitteln – sei es durch Berechnung oder Messung im vorhandenen Netz. Zeigen sich tolerierbare Werte, kann der Anwender gegebenenfalls auf weitere Maßnahmen verzichten. Allerdings empfiehlt es sich auch mit Hilfe von Simulationssoftware die zukünftige Belastung des Netzes mit in die Überlegung einbeziehen, um Überraschungen im Nachhinein auszuschließen.
