SpiKeGuard™ Isoliersystem

DIE SPANNUNG IM MOTOR MESSEN. Regler mit höheren Versorgungsspannungen zwischen 500-700 VAC, verursachen hohe Spannungsspitzen an den Motorklemmen. Die genaue Höhe hängt vom Regler, dem verwendeten Kabel (Länge), dem Motor und der Anwendung ab. Entscheidend ist jedoch die Spannung, die den Wicklungsdraht "sieht", und nicht die Spannung an den Klemmen. Üblicherweise werden Tests durchgeführt, indem zwei Drahtstücke verdrillt werden und die hohe Prüfspannung von einem Draht zum anderen angelegt wird. Diese Situation sollte bei einem ordnungsgemäß konstruierten und hergestellten Motor natürlich nie auftreten. Die Spannungen an den Motorklemmen werden auf viele Drahtwindungen in einer Spule im Motor verteilt, die dann (wenn auch ungleichmäßig) auf viele Windungen in jeder Spule verteilt werden. Ziel der Konstruktion ist es, sicherzustellen, dass die Spannung zwischen zwei Drähten unter Berücksichtigung ihrer Isolierung unter sicheren Werten bleibt.

UNTERSCHIEDLICHE DRÄHTE VON VERSCHIEDENEN HERSTELLERN. Nicht nur der Draht ist anders, sondern die Hersteller führen auch neue Versionen oder Generationen von Draht ein. Erschwerend kommt hinzu, dass es keine Normen für die Prüfung oder Bewertung von Drähten oder anderen Isolationskomponenten für den Einsatz in Reglern gibt. SPIT arbeitet eng mit Drahtherstellern zusammen, um Produkte der neuen Generation zu entwickeln, um sicherzustellen, dass sie gut mit anderen Materialien und Produktionsprozessen zusammenarbeiten. SPIT führt auch proprietäre Tests durch, um die Daten der Drahthersteller zu ergänzen und zu verifizieren.

FOUTEN IN DE EERSTE WINDING. Er is veel discussie over ongelijke spanningsverdeling in de spoelen (of de zogenaamde eerste winding fouten) in door omvormer-gevoede motoren. Uit tests en ervaring van SPIT is gebleken dat dit een non-issue is voor kleine motoren (<IEC280), iets dat ‘kan gebeuren’ maar bijna nooit gebeurt. Zelfs motorstoringen die oorspronkelijk werden toebedeeld aan windingsluiting, blijken vaak andere oorzaken te hebben bij nadere analyse. Bij grotere motoren is het wel een probleem. Hier hebben vrijwel alle gerenommeerde motorfabrikanten manieren om met dit probleem om te gaan. Over het algemeen komen fouten in de eerste winding vooral voor bij regelaars met een lage schakelfrequentie of een soort ‘just-in-time’ schakelpatroon. Hierdoor kan de puls dieper in de spoel doordringen.

WARUM BEHAUPTEN EINIGE HERSTELLER GROSSE VERBESSERUNGEN MIT DEN NEUEN KABELTYPEN? Wie die vorangegangenen Diagramme gezeigt haben, liegt der Vorteil von "speziellen" Wicklungsdrähten in Situationen, in denen der Draht hohen Spannungsspitzen vom Wechselrichter ausgesetzt ist. Ein richtig konzipiertes Isoliersystem minimiert die Exposition des Kabels gegenüber dieser hohen Spannung. Kabel mit einer Umrichterspezifikation sollten die Lebensdauer des Motors verlängern, wenn sie an einem Umrichter in einem Antriebssystem verwendet werden. Außerdem sollte er eine Sicherheitsmarge bieten. Er sollte jedoch nicht als alleinige Quelle für den Schutz vor möglichen Spannungsspitzen verwendet werden. Wenn der Austausch des Kabels allein zu einer signifikanten Verlängerung der Lebensdauer führt, könnte dies ein Hinweis auf ein schwerwiegenderes Problem in der grundlegenden Motorkonstruktion und den Herstellungsverfahren sein.

SpiKEGUARD™ Element 2 - Einsetzen von Spulen in den Statorkern
Die Techniken und Verfahren zum Einsetzen oder Einschieben des Wicklungsdrahtes in den Statorkern sind wichtiger als die auf dem Draht verwendete Beschichtung. Die Beschichtung kann nicht wirksam sein, wenn sie beschädigt oder eingekerbt ist. Besonderes Augenmerk sollte nicht nur auf die bei der Motorenherstellung verwendeten Geräte und Verfahren gelegt werden, sondern auch auf die Kompromisse, die bei der Entwicklung neuer Drahtbeschichtungen eingegangen werden. Bei Koronabeständigkeit, Flexibilität und Abriebfestigkeit muss ein Gleichgewicht gefunden werden.

METHODEN DES WICKELNS. Da sich die Spannung auf die Wicklungen verteilt, ist es wichtig, dass die Wicklung gleichmäßig ist und sich die Drähte nicht zufällig kreuzen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, dies mit verschiedenen Arten von Wickelvorrichtungen und Spuleneinsteckschlüsseln oder mit manuellen Wickelprozessen zu erreichen. Der Kompromiss ist hier die Drahtposition gegen die Beschädigung des Drahtes. SPIT hat für die Herstellung kleinerer Motoren hochwertige, nach unseren Spezifikationen gebaute automatische Wickelvorrichtungen und Kuvertiervorrichtungen ausgewählt. Größere Motoren werden je nach Ausführung von Hand oder maschinell gewickelt. In jedem Fall wird darauf geachtet, dass die beste Qualität gewährleistet ist. Dazu gehört auch eine spezielle Schulung für Produktionsmitarbeiter, die sich mit der Wicklung von Motoren mit Umrichterleistung befassen.

Einige Hersteller verwenden so genannte "In-Slot"-Wickelmaschinen. Bei dieser Wickelmethode wird der Draht durch "Nadeln" geführt, die den Draht durch die schmale Nutöffnung direkt in die Nut einführen. Allerdings muss der Draht bei jeder Wicklung über die gesamte Länge des Stators hin und her und um die Zinnfinger an jedem Ende herum geführt werden. Vergleichen Sie das mit dem Draht, der auf einer Vorrichtung von einer Spule abgewickelt wird, und dem Einsetzen der fertigen Spulen auf einmal. Es gibt offensichtliche Kompromisse. Der erklärte Vorteil des Wickelns im Schlitz ist die (theoretische) Möglichkeit, den Draht im Schlitz automatisch zu positionieren oder zu schichten, wobei der Anfang und das Ende der Spule so weit wie möglich voneinander entfernt bleiben. Da sich der Draht frei bewegen kann, sind Spulen in der Praxis nie perfekt. Und wie bereits erwähnt, ist das ordnungsgemäße Wickeln das Ziel jeder Methode.

Der Punkt ist, dass es keinen eindeutigen "besten Weg" gibt, Statoren im Produktionsalltag zu verpacken. Wenn es eine gäbe, würde sie jeder anwenden. Der Schlüssel zum Erfolg liegt darin, eine bewährte Methode auszuwählen, sie zu entwickeln und zu perfektionieren. Die Ergebnisse werden für sich selbst sprechen.

DÄMMSTOFFE. Der beste Wickler wird nicht in der Lage sein, schlechte Zinnverpackungen oder Nutisolierungen, die für die Anwendung nicht geeignet sind, auszugleichen. SPIT verwendet eine Vielzahl hochwertiger Dämmstoffe (Polyesterfolien und Laminate wie z.B. Naturglimmer, DMD, NMN), die speziell auf den Produktionsprozess und die Isolationsklasse abgestimmt sind.

SpiKEGUARD™ Element 3 - Isolierung aller kritischen Bereiche

RILLENISOLIERUNG. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass alle Stichleitungen der Spulen je nach ihrer Lage und der Spannung, der sie ausgesetzt sind, ordnungsgemäß ummantelt sind. Diese Stichleitungen müssen möglicherweise über Spulen anderer Phasen verlaufen, wo die Spannungsunterschiede am größten sind. Es wäre ein Fehler, sich nur auf die Ummantelung der Drähte zu verlassen. Um diese Stichleitungen angemessen zu schützen, ist es oft erforderlich, dass das Isolierrohr vom Klemmenbrett bis (weit) in die Statornut hineinreicht.

PHASENISOLIERUNG. Die Phasentrennung kann der schwierigste und kritischste Teil des gesamten Wickelprozesses sein. Es ist die einzige Isolationskomponente, die speziell entwickelt wurde, um Spulen und Drähte von verschiedenen Phasen zu trennen (in denen die größten Potentialunterschiede vorhanden sind). Einige Hersteller haben hier Abstriche gemacht. Dünnere Materialien (oder gar keine Isolierung) oder eine unsachgemäß platzierte Phasentrennung können bei Motoren, die nur für Niederspannung oder Sinusspannung ausgelegt sind, unbemerkt bleiben. Heutzutage werden jedoch immer mehr Motoren an einen Umrichter angeschlossen. Während einige Hersteller eine Zwischenphasenisolierung in Motoren eingebaut haben, die ursprünglich nicht über eine solche verfügten, SPIT Wir sind damit beschäftigt, nach Möglichkeiten zu suchen, unsere Phasenisolierung zu verbessern, die immer von uns installiert wurde.

ISOLIERUNG DER VERBINDUNG. Es gibt viele Möglichkeiten, die Verbindungen zwischen Saugnäpfen und Spulen herzustellen und zu isolieren. SPIT Immer auf der Suche nach verbesserten Methoden. Im Moment werden die Verbindungen jedoch noch mit Klebeband oder Isolierschlauch versehen, um sie zu füllen und zu schützen, was ein hohes Maß an elektrischer und mechanischer Festigkeit bietet. Verbindungen, die die Isolierung durchdringen, sind ein häufiges Problem bei Motoren an einem Umrichter, aber auch ein Punkt, über den Sie sich bei Motoren, die von SPIT.

BANDAGIEREN UND ZWISCHENBLÖCKE. SPIT Stellt sicher, dass die Wicklungen ordnungsgemäß abgestützt und gesichert sind, da umrichterbetriebene Motoren andere Schwingungsmuster aufweisen können als Motoren, die direkt an das Netz angeschlossen sind.

THERMISCHE ÜBERLEGUNGEN. Aufgrund von Oberschwingungsverlusten können umrichtergesteuerte Motoren heißer werden als Motoren, die direkt vom Netz gespeist werden. Stellen Sie sicher, dass das Kühlsystem des Motors (häufig Lüfter und Kühlrippen) ausreichend effizient ist.

SpiKEGUARD™ Element 4 - Imprägnierung
Um wirksam zu sein, muss der Lack gut in die Schlitze und zwischen die Gewinde eindringen. Bei Motoren mit Runddrahtwicklung verdrängt der Lack die Luft um und zwischen den Drähten. Dadurch wird die Luftmenge reduziert, die ionisieren oder sich in Ozon umwandeln kann. Eine dickere Lackschicht auf der Außenseite der Spule bedeutet nicht, dass das Harz tatsächlich in die Spule eingedrungen ist. Es sollte auch darauf geachtet werden, dass das richtige Harz für den verwendeten Drahttyp gewählt wird. Tests haben gezeigt, dass einige Harze die Lebensdauer von Drähten mit Wechselrichtereignung verkürzen, selbst wenn sie chemisch kompatibel sind.

Unterm Strich ist SpiKEGUARD™ ein Isolationssystem, das aus hochwertigen Komponenten der Klassen F und H besteht, die für das Zusammenspiel und die richtige Anwendung entwickelt wurden. Es ist ein System, das in mehr als einer Hinsicht für Wechselrichter geeignet ist.

DEFINITIONEN

Steuerung: auch Wechselrichter oder Konverter genannt, ist ein elektronisches Gerät, das einen AC- oder DC-Eingangsstrom in eine geregelte AC-Ausgangsspannung oder -Strom umwandelt (wie in verschiedenen IEC-, NEMA- und IEEE-Normen definiert)

Korona: eine Funkenentladung, die in der Nähe eines Leiters entsteht, ohne diesen stark zu erwärmen, und zwar aufgrund der Ionisierung der den Leiter umgebenden Luft, die durch einen Spannungsgradienten verursacht wird, der einen bestimmten kritischen Wert überschreitet.

Koronaanfangsspannung: die niedrigste oder anfängliche Spannung, bei der eine kontinuierliche Korona auftritt.

Antrieb: Gerät zur Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie zum Betrieb einer Maschine. Ein Umrichter ist eine Kombination aus einem Stromrichter (Steuergerät), einem Motor und eventuellen motormontierten Zusatzgeräten (wie in den IEC-, NEMA- und IEEE-Normen definiert).

dU/dt: wörtlich Delta (Änderung in) Volt geteilt durch Delta (Änderung in) Zeit. Es handelt sich um die Steigung oder Rate, mit der sich die Spannung eines Spannungsimpulses oder einer Wellenform über die Zeit ändert. Sie wird normalerweise in Volt pro Mikrosekunde (V/µs) gemessen. Ein moderner IGBT-Antrieb hat einen Wert zwischen 6 und 10 kV/µs.

IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate): Ein Halbleiterbauelement, das in der Leistungselektronik weit verbreitet ist, insbesondere in Situationen, die einen hohen Wirkungsgrad und schnelles Schalten erfordern. Er kombiniert die einfachen Gate-Ansteuerungseigenschaften von Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) mit der Fähigkeit von Bipolartransistoren, hohe Ströme und niedrige Sättigungsspannungen zu liefern. wird in modernen PWM-Wechselrichtern verwendet.

Nanosekunde (ns): Ein Milliardstel einer Sekunde.

Ozon: ein hellblaues Gas mit deutlichem, stechendem Geruch. Eine Form von Sauerstoff,03. Dieses Gas kann mit bestimmten organischen Verbindungen reagieren.

Spitzenspannung: der momentane Spitzenwert, normalerweise der maximale Spannungswert.

PWM (Pulsweitenmodulation): Eine Steuerungsmethode, bei der die Impulsbreite variiert wird, um eine gewünschte Wellenform zu erzeugen.

Anstiegszeit: das Zeitintervall der Vorderflanke zwischen dem Erreichen eines bestimmten unteren und oberen Grenzwerts. Sie kann 10 % bis 90 % (normalerweise) des Spitzenwerts oder des stationären Werts betragen. Es werden beide Definitionen verwendet, was häufig zu Verwechslungen führt. Die IEC verwendet den stationären Wert. Werte von 50-70 ns (Nanosekunden) sind bei den neuesten IGBT-Modulen üblich; Werte von 200-300 ns findet man noch hauptsächlich bei älteren Wechselrichtern.

Spannungsspitze: eine Verzerrung (in der Regel mit einer relativ hohen Spannung) in einem Spannungsimpuls von relativ kurzer Dauer, der einer ansonsten regelmäßigen oder gewünschten Wellenform überlagert ist.

Wie funktioniert die Kombination aus Umrichter und Motor?

Die Kurzfassung der Funktionsweise einer AC-PWM-Regelung mit variabler Frequenz ist wie folgt. In einem ersten Schritt gleichrichtet der Wechselrichter die Netzwechselspannung in eine Gleichspannung um. Dies wird als Zwischenkreis bezeichnet. Dann erzeugt die Steuerung mithilfe von Leistungselektronik wie Transistoren oder SCRs einen Strom von Impulsen, die die gewünschte Spannung und Frequenz "simulieren". Die Abbildung rechts zeigt eine sinusförmige Netzspannung (Wechselstrom) über dem gepulsten Wechselrichterausgang, dem "simulierten" Wechselstrom. Die Anzahl und Breite der Impulse variiert bzw. ist moduliert (PWM), so dass Sie bei einer Mittelwertbildung (RMS) der Impulse denselben Wert wie bei der Sinuswelle erhalten würden. Beachten Sie, dass die Impulse die gleiche Höhe haben. Das liegt daran, dass die Gleichspannung, mit der das Steuergerät diese Impulse erzeugt, nahezu konstant ist, wenn der Wechselstrom zum Steuergerät einen konstanten Wert hat.

Für die Ursache dieser Schwingung gibt es mehrere Erklärungsansätze. Sie kann als elektrische Reaktion des "Stromkreises", bestehend aus der Induktivität, dem Widerstand und der Kapazität des Motors und des Kabels, auf den Impuls betrachtet werden. Oder man kann sie als das Zusammenspiel von Impulsen, die vom Motor reflektiert werden, und Impulsen, die vom Steuergerät kommen, betrachten. In jedem Fall ist das Ergebnis eine Spitzenspannung, die etwa doppelt so hoch (oft sogar noch höher) ist wie der vom Steuergerät gelieferte Impuls, wobei noch eine hochfrequente "Oszillation" hinzukommt.