Für einen Hydraulikprüfstand möchte ich den Förderstrom einer Konstantpumpe über die Drehzahl regeln. Dazu brauch ich einen Frequenzumrichter…ist klar!!
Der Motor der die Pumpe antreibt ist schon ein bischen älter.
Daten:
3~Mot
nmax: 2890 1/min
P: 7,5 kW
in Dreieckschaltung U/I: 380V/ A
Wie wirkt sich das auf den Motor aus wenn ich ihn länger (24-48h) mit einer Drehzahl 10% von nmax betreiben will? Gibt es da Grenzwerte wie weit ich mit der Frequenz runtergehen kann? Hat das einfluss auf die Lebensdauer des Motors?
bei geringerer Drehzahl nimmt die Kühlung durch das Motorgebläse stark ab, also 10% der Drehzahl ist sicher zu langsam. Es gibt aber Hilfsgebläse, die dann genügend Kühlleistung bringen.
bei geringerer Drehzahl nimmt die Kühlung durch das
Motorgebläse stark ab, also 10% der Drehzahl ist sicher zu
langsam. Es gibt aber Hilfsgebläse, die dann genügend
Kühlleistung bringen.
Es soll eh ein Problem sein, den Frequenzumrichter so weit unten
laufen zu lassen. Der Wechselstromwiderstand nimmt ja mit
der Frequnz ab, so daß der Strom ansteigt.
10% sind da evtl. schon die unterste Grenze, die noch geht.
Bei dauerhaft niedriger Drehzahl wäre wohl ein Getriebemotor
oder eine kleinere Pumpe besser.
Gruß Uwi
Hallo,
erst mal danke für die Antwort.
An die Kühlung hab ich auch schon gedacht.
bei geringerer Drehzahl nimmt die Kühlung durch das
Motorgebläse stark ab, also 10% der Drehzahl ist sicher zu
langsam. Es gibt aber Hilfsgebläse, die dann genügend
Kühlleistung bringen.
Es soll eh ein Problem sein, den Frequenzumrichter so weit
unten
laufen zu lassen. Der Wechselstromwiderstand nimmt ja mit
der Frequnz ab, so daß der Strom ansteigt.
10% sind da evtl. schon die unterste Grenze, die noch geht.
Das versteh ich nicht ganz. Bin nicht so bewandert in Frequenzumrichtertechnik!
Bei dauerhaft niedriger Drehzahl wäre wohl ein Getriebemotor
oder eine kleinere Pumpe besser.
Wie gesagt, sind maximal 48 Stunden. Geht um einen Prüfstand wo ich den Förderstrom der Pumpe einstellen möchte. Minimal sollten 5 l/min drin sein und das entspricht in etwa 10% der Maximaldrehzahl.
Für andere Versuche kann es aber auch sein, dass ich 50% oder auch maximal Drehzahl brauche. Deswegen kommt eine kleiner Pumpe oder ein Getriebe eigentlich nicht in Frage.
Das versteh ich nicht ganz. Bin nicht so bewandert in
Frequenzumrichtertechnik!
Stelle Dir den Grenzfall vor. Da wird der Wechselstrommotor
mit einer Frequenz gegen 0Hz betrieben -> also quasi Gleichstrom.
Der Wechselstromwiderstand ist dann 0 , das ist fast wie ein
Kurzschluß.
Bei dauerhaft niedriger Drehzahl wäre wohl ein Getriebemotor
oder eine kleinere Pumpe besser.
Wie gesagt, sind maximal 48 Stunden.
Das ist schon lange Dauerbetrieb. Innerhalb 1h wird sicher schon
das thermische Gleichgewicht erreicht.
Wenn also thermische Überlastung stattfindet, dann nicht erst
nach 2 Tagen, sondern sicher schon in der 1. Stunde.
Für andere Versuche kann es aber auch sein, dass ich 50% oder
auch maximal Drehzahl brauche. Deswegen kommt eine kleiner
Pumpe oder ein Getriebe eigentlich nicht in Frage.
Andere Lösung: Ein Bypass, der den Nutzstrom reduziert,
die Pumpe aber trotzdem ausreichend fördern läßt.
In den Bypass sollte eine Düse, die so abgestimmt wird,
daß Du im vernüftigen Regelbreich der Pumpe Deinen
Solldurchfl. erreichst. Bei Bedarf kann der Bypass auch leicht
wieder mit einem Ventil abgestellt werden.
Es soll eh ein Problem sein, den Frequenzumrichter so weit
unten
laufen zu lassen. Der Wechselstromwiderstand nimmt ja mit
der Frequnz ab, so daß der Strom ansteigt.
10% sind da evtl. schon die unterste Grenze, die noch geht.
Das versteh ich nicht ganz. Bin nicht so bewandert in
Frequenzumrichtertechnik!
Uwi hat’s eigentlich schon geschrieben: bei 10% der Drehzahl werden die Stromflusszeiten pro Halbleiter recht lang => Gefahr wg. Überhitzung. Meistens fährt man durch den Bereich beim Anfahren und Runterfahren „schnell“ durch und verstellt dann erst oberhalb die Frequenzen …
Lösung wäre ein überdimensionierter Umrichter, der dann auch bei der niedrigen Drehzahl nicht zu warm wird.
Bei dauerhaft niedriger Drehzahl wäre wohl ein Getriebemotor
oder eine kleinere Pumpe besser.
Wie gesagt, sind maximal 48 Stunden. Geht um einen Prüfstand
wo ich den Förderstrom der Pumpe einstellen möchte. Minimal
sollten 5 l/min drin sein und das entspricht in etwa 10% der
Maximaldrehzahl.
Für andere Versuche kann es aber auch sein, dass ich 50% oder
auch maximal Drehzahl brauche. Deswegen kommt eine kleiner
Pumpe oder ein Getriebe eigentlich nicht in Frage.
Ich weiß jetzt grad nicht, mit welchen maximalen Dauerleistungen du arbeitest. Wie wär’s mit einem schaltbaren Getriebe statt einem starren? Bis zu einigen 100kW sollte es sowas auf alle Fälle geben.
Irgendwie sowas:
Gang 1 für Drehzahlen von 0 bis 30%
Gang 2 für Drehzahlen von 30% bis 60%
Gang 3 macht dann bis zur Vollast
Die genau Drehzahlstellung macht dann der Umrichter.
Damit musst du deinen Umrichter und Motor nicht dauernd im niedrigen Frequenzbereich betreiben. Umrichter und Motor können dann auch mit besserem Wirkungsgrad arbeiten.
Automatikgetriebe, dass bei bestimmten Drehzahlen entweder selbst schaltet oder auch per Rechner angesteuert wird, kann ich mir vorstellen …
Willst du eigentlich ständig die Drehzahl verstellen (sprich dauernd schalten) oder doch eher einmal einstellen und gut ist’s für die nächsten Stunden?
Uwi hat’s eigentlich schon geschrieben: bei 10% der Drehzahl
werden die Stromflusszeiten pro Halbleiter recht lang =>
Gefahr wg. Überhitzung.
Ich habe im Kopf, daß die Halbleiter in einem Frequenzumrichter niemals im Widerstandsbetrieb benutzt werden, sondern ausschließlich als Schalter. Die größten Verluste entstehen beim Schalten, weil dann ein Bereich durchlaufen wird, in dem der Halbleiter als Widerstand wirkt.
Wo genau vermutest Du die Verluste?
Lösung wäre ein überdimensionierter Umrichter, der dann auch
bei der niedrigen Drehzahl nicht zu warm wird.
Kann es sein, daß bei niedrigen Frequenzen schlicht der Strom zu groß wird? Weil die Impedanz der Motorwicklungen Frequenzabhängig ist? Was dann natürlich den Motor ebenfalls erhitzt?
Ich habe im Kopf, daß die Halbleiter in einem
Frequenzumrichter niemals im Widerstandsbetrieb benutzt
werden, sondern ausschließlich als Schalter.
Richtig!
Die größten Verluste entstehen beim Schalten, weil dann ein Bereich
durchlaufen wird, in dem der Halbleiter als Widerstand wirkt.
Wo genau vermutest Du die Verluste?
Hmm, die Halbleiter haben auch im leitenden Zustand einen Widerstand. Prof. Piepenbreier (Uni Erlangen; Lehrstuhl für elektr. Antriebe) gibt in seinem Skript zur Vorlesung „Pulsumurichter“ für die Vorwärtsspannung eines IGBT 2V bis 3,5V an, in Abhängigkeit von der Basis-Emitter-Spannung und der Temperatur.
Bei einigen A sammelt sich da auch Leistung zusammen.
Dazu die Schaltverluste …
Wir haben in einer Übung mal ein Beispiel für einen Bahnbremssteller gerechnet:
I=200A; U_CE=3V; T=125°C macht immerhin 600W im Transistor während der Ein-Zeit. Bei einem Taktverhältnis Ein/Aus von 50% bleiben noch 300W im Mittel übrig. Die Schaltverluste bei Schaltfrequenz f=2kHz lagen bei 100W im Mittel im Halbleiter …
Gut, für die Pumpe dürften die Leistungen etwas kleiner sein *g*, aber auch da gilt das gleiche Prinzip … Die Durchlassverlusste im Halbleiter sind auch da erstmal nicht zu vernachlässigen!
Thyristoren und GTOs haben wesentlich kleinere Durchlassverluste, dafür hat man da andere Nachteile …
Lösung wäre ein überdimensionierter Umrichter, der dann auch
bei der niedrigen Drehzahl nicht zu warm wird.
Kann es sein, daß bei niedrigen Frequenzen schlicht der Strom
zu groß wird?
Durch die Wahl eines geschickten Pulsmusters sollte sich eigentlich der mittlere Motorstrom auch begrenzen lassen.
Weil die Impedanz der Motorwicklungen
Frequenzabhängig ist? Was dann natürlich den Motor ebenfalls
erhitzt?
Stimmt. Hab’ich da widersprochen? Wenn ich mich recht erinnere, hab’ ich hauptsächlich von der Erwärmung im Umrichter geschrieben.
Das versteh ich nicht ganz. Bin nicht so bewandert in
Frequenzumrichtertechnik!
Stelle Dir den Grenzfall vor. Da wird der Wechselstrommotor
mit einer Frequenz gegen 0Hz betrieben -> also quasi
Gleichstrom.
Der Wechselstromwiderstand ist dann 0 , das ist fast wie ein
Kurzschluß.
Sorry, aber WIE funktionieren denn deine Wechselrichter ???
Also diejenigen, welche ich kenne arbeiten z.B. mit 4kHz. Diese Freqenz steht immer am Motor an (deshalb pfeiffen die Motoren auch so gemein). Das Drehfeld wird dann per PWM erzeugt, insofern bekommt der Motor nie eine Gleichspannung „zu sehen“.
Sorry, aber WIE funktionieren denn deine Wechselrichter ???
Also diejenigen, welche ich kenne arbeiten z.B. mit 4kHz.
Diese Freqenz steht immer am Motor an (deshalb pfeiffen
die Motoren auch so gemein). Das Drehfeld wird dann per PWM
erzeugt, insofern bekommt der Motor nie eine Gleichspannung
„zu sehen“.
Daß kein Drehstrommotor mit Gleichspannung läuft, ist ja wohl klar.
Bei sehr kleinen Frequenzen verhält sich der Motor aber
elektrisch fast wie bei Gleichspannung.
Daß die PWM direkt am Motor anliegt, kann kaum sein.
Bei einigen kHz ist der Wechselstromwiderstand so groß, daß
nur noch ein winziger Strom fließt.
Da muß IMHO noch mindestens ein Kondensator am Ausgang
dranhängen, der die PWM auf die Sollfrequenz aufintegriert.
Sonst geht nix.
Die Aussage mit der unteren Frequenz habe ich von Hersteller http://www.pophof.de -> „Optidrive“
auf die Anfrage, wie weit runter man mit der Frequenz kommt.
(Die arbeiten sogar mit Schaltfrequenzen bis 32KHz !)
Da wurde mir eben gesagt, daß je nach Umrichtertyp und Motor
zwischen etwa zwischen 5…10Hz Schluß ist, da sonst der Umrichter
überlastet wird.
Ich wollte nähmlich auch eine Pumpe bis auf 2…3 Hz runteregeln.
Ein Umrichter kann sehr wohl auch mal Gleichstrom ausgeben. Aber nur im Fehlerfall und da wird er abschalten oder auch praktisch angewendet im Hubwerk- und Schnellbremsbetrieb.
In Umrichtern wird aus einem, in der Regel festen Gleichestromzwischenkreis, über eine PWM-Steuerung eine sinusähnliche Wechselspannung erzeugt welche durch die hohe Induktivität des Motors integriert wird.
Das Langsamlaufen lassen von Motoren ist mit herkömmlicher Umrichtertechnik bei vollem Motordrehmoment in der Tat problematisch. Man geht da von einem Stellbereich von 5:1 aus.
Besser geeignet sind sogenannte vektorbasierende Systeme, die den Stromflusswinkel über die unbeaufschlagte Wicklung messen und darüber ggf nachregeln. Damit sind Stellbereiche von bis zu 100:1 möglich(sinnvoll 20:1).
Am Besten sind natürlich Systeme mit Rückführung wie Tacho und/oder Resolver sowie Drehstrom Servoantriebe mit Synchronmotoren. Das würde aber wohl den Rahmen des erwünschten sprengen wobei da aber kein Schlupf mehr zwischen Sollwert und istwert zu erwarten ist und direkt vom Sollwert auf die Fördermenge zu schliessen ist.
Gruß Armin
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Hmm, die Halbleiter haben auch im leitenden Zustand einen
…
bleiben noch 300W im Mittel übrig. Die Schaltverluste bei
Schaltfrequenz f=2kHz lagen bei 100W im Mittel im Halbleiter
Und bei 2Hz? Was ist da anders? Was hat die Schaltfrequenz denn bitte mit dem Tastverhältnis zu tun?
Gut, für die Pumpe dürften die Leistungen etwas kleiner sein
*g*, aber auch da gilt das gleiche Prinzip … Die
Durchlassverlusste im Halbleiter sind auch da erstmal nicht zu
vernachlässigen!
Natürlich nicht. Aber sie sind eben frequenzunabhängig, wenn man die Verluste während der Schaltflanken außen vor läßt. und wenn nicht, steigen die Verluste mit der Schaltfrequenz an, nicht umgekehrt!
Weil die Impedanz der Motorwicklungen
Frequenzabhängig ist? Was dann natürlich den Motor ebenfalls
erhitzt?
Stimmt. Hab’ich da widersprochen? Wenn ich mich recht
erinnere, hab’ ich hauptsächlich von der Erwärmung im
Umrichter geschrieben.
Ja, aber eben verkehrtrum. Die Verluste im Umrichter steigen mit der Frequenz. Du hast das Gegenteil behauptet.
Ich meinte mit der Überlastung (thermisch) nicht den FU sondern den Motor. Der hat ja hintendran ein Lüfterrad, das ihn kühlt. Das ist so ein Zentrifugalgebläse, und dessen geförderte Luftmenge nimmt mit der Drehzahl überproportional rapide ab. Daher ist es für den MOTOR wichtig, daß er ausreichend gekühlt wird.
Ich meinte mit der Überlastung (thermisch) nicht den FU
sondern den Motor. Der hat ja hintendran ein Lüfterrad, das
ihn kühlt. Das ist so ein Zentrifugalgebläse, und dessen
geförderte Luftmenge nimmt mit der Drehzahl überproportional
rapide ab. Daher ist es für den MOTOR wichtig, daß er
ausreichend gekühlt wird.
Ja, ist schon klar.
Das ist natürlich ein weiteres (sogar progressiv zumehmendes)
Problem, welches zu lösen ist.
