Filterarten und Anwendungen

Motordrosselspulen sind die einfachste Art von Motorfiltern. Dies sind dreiphasige Induktivitäten zum Anschluss zwischen Frequenzumrichter und Motor. Diese Standardkomponenten sind meist nicht auf das Antriebssystem abgestimmt. Somit besteht die Gefahr von Resonanzen oder Fehlfunktionen. du/dt-Filter sind eine Kombination aus dreiphasigen Induktivitäten und Kapazitäten mit Tiefpass-Wirkung. Es handelt sich um Motorfilter, die ausschließlich die Spitzenspannungen sowie die Anstiegszeiten der PWM-Spannung reduzieren. Die du/dt-Filter von Danfoss reduzieren die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit auf Werte, die geringer als 500 V/µs sind. Zudem begrenzen sie die Spitzenspannung U_Spitze auf Werte kleiner der dreifachen Nennspannung. Dieser Filter verwendet kleinere Induktivitäten und Kapazitäten, wodurch er günstiger und leichter als ein Sinusfilter ausfällt. Jedoch sind immer noch pulsförmige Signale auf der Motorleitung vorhanden, sodass zwangsläufig geschirmte Leitungen nötig sind. Geräusche und Lagerströme kann der du/dt-Filter nur eingeschränkt reduzieren. Sinusfilter bestehen ebenfalls aus einer Kombination aus Induktivitäten und Kapazitäten (Bild 2). Es handelt sich hierbei um Motorfilter, welche sinusförmige Signale zwischen den Außenleitern bewirken. Spannungsspitzen und du/dt-Eigenschaften sind praktisch nicht mehr vorhanden (Bild 3). Sie reduzieren Geräusche am Motor und verhindern Lagerschäden durch Kreisströme. Es können lange und ggf. ungeschirmte Leitungen verwendet werden. Nacht­eilig ist jedoch die Verwendung größerer Induktivitäten und ­Kapazitäten, sodass der Filter größer und schwerer ist, als ein du/dt-Filter gleicher Leistung. Die Taktfrequenz muss zwingend auf den Sinusfilter abgestimmt sein, da die Resonanzfrequenz dieses Filtertyps zwischen der Motordrehfrequenz und der Taktfrequenz des Frequenzumrichters liegt. HF-CM-Kerne (High Frequency Common Mode, Hochfrequenz Gleichtakt) dienen ausschließlich zur Lösung von Lagerstromproblemen durch HF-Funkenerosion. Sie reduzieren hochfrequente Gleichtaktstörung, die sich auf die Motorlager auswirken. Niederfrequente Störungen und Kreisströme können diese Kerne praktisch nicht beeinflussen. Vorteil: Es sind leichte, einfach zu installierende, nachrüstbare Kerne für einen vergleichsweise geringen Preis. Auch eine Kombination mit Sinusfiltern ist möglich. Damit lassen sich die Vorteile der Sinusfilter ausnutzen und gleichzeitig eine signifikante Reduktion der hochfrequenten Gleichtaktstörungen erreichen. Allpolig wirksame Sinusfilter (Bild 4) setzen sich am Markt immer mehr durch. Auch deshalb, weil speziell die Lüftungsindustrie oft schwächere und kostengünstigere Motore einsetzt. Diese Filter haben zusätzlich zu den Eigenschaften von Standard-Sinusfiltern Vorteile, wie sinusförmige Spannungen zwischen den Motorphasen und der Erde. Sie vermeiden außerdem Gleichtaktstörungen im gesamten Frequenzbereich. Taktfrequente Anteile sind so am Motor nicht mehr vorhanden. Sie eliminieren Lagerströme durch Funkenerosion vollständig und garantieren die Einhaltung der EMV-Grenzwerte (leitungsgebunden und abgestrahlt) für öffentliche Wohnbereiche nach DIN EN 55011 (VDE 0875-11), Klasse B und IEC 61800-3, Klasse C1 (Bild 5), sodass der Einsatz geregelter Antriebssysteme dort problemlos möglich ist. Geschirmte Leitungen zwischen Filter und Motor sind damit nicht nötig, theoretisch sind unbegrenzte Leitungslängen verwendbar. Ebenfalls ist der Parallelbetrieb von verschiedenen Motoren problemlos möglich, da auf die Kabellängen und -schirmung nicht mehr geachtet werden muss. Voraussetzung hierfür ist allerdings eine korrekte Montage mit Kabelschirmung zwischen Frequenzumrichter und Filter sowie einem niederimpedanten Potentialausgleich zwischen Filter und Umrichter sowie eine zwingend korrekte Programmierung des Frequenzumrichters. Der Name „allpolig wirksam“ beruht auf den sinusförmigen Spannungen zwischen den einzelnen Phasen sowie zwischen den Phasen und der Erdanbindung, bzw. des Potentialausgleichs. Herkömmliche Sinusfilter haben keine sinusförmigen Spannungen zwischen Leiter und Erdpotential. Die Filter sind zudem wartungsfrei und ohne zusätzlichen Lüfter ausgeführt.

Fazit

Die Themen von elektromagnetischen Störungen bis hin zu nicht sinusförmigen Spannungen und deren Auswirkungen auf die Motoren bzw. deren Lager muss der Planer und Betreiber von Anlagen stets im Auge behalten: Von relativ geringen Auswirkungen bis hin zu Lagerschäden durch Funkenerosion gibt es ansonsten recht viele mögliche Gefahren für den reibungslosen Betrieb seiner Anlage. Eine genaue Analyse der Ist-Situation und dem folgend dann der Einsatz von Motorfiltern, sofern nötig, ist ein Muss für die Betriebssicherheit einer Anlage sowie störungsfreie Funktion des internen Netzes.