TP1-Binder

TP 1-Binder

Berechnung parasitärer hochfrequenter Stromverteilungen in elektrischen Maschinen bei Umrichterspeisung

Betreuer Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. A. Binder

Bearbeiter Dipl.-Ing. O. Magdun

Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. A. Binder
Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. A. Binder

Dipl.-Ing. O. Magdun
Dipl.-Ing. O. Magdun

Durch schnell schaltende Umrichter werden an die Klemmen elektrische Maschinen Gleichtaktspannungen mit steilen Spannungsflanken angelegt, die sich durch kapazitive Spannungsteiler als hochfrequente Spannungen an den Lagern, zwischen den Wicklungen und dem Blechpaket und zwischen Stator und Rotor abbilden. Es kommt dadurch zu elektrischen Durchschlägen des Lagerschmierfilms mit der Folge von hochfrequenten Entladeströmen im Lager, die die Lager laufbahnoberfläche schädigen. Weiter entstehen große kapazitive Ströme von der Wicklung zum Gehäuse, die einen hochfrequenten Erdstrom darstellen. Dieser Erdstrom erregt aber auch einen hochfrequenten magnetischen Zusatzfluss in der Maschine, der mit der „elektrischen Masche“, gebildet aus Läufer, Lager, Lagerschilden und Statorblechpaket verkettet ist und dort daher eine hochfrequente Wellenspannung induziert. Dadurch kann ein zusätzlicher Ringstrom getrieben werden, der wiederum die Lager belastet, vor allem bei niedrigen Drehzahlen, wo der Lagerschmierfilm auf Grund hydrodynamischer Effekte sehr dünn ist und daher leicht durchschlagen werden kann.

Diese parasitären Ströme können die Lager nachhaltig schädigen, wenn sie diese durchfließen, aber auch z. B. im Erdungsleiteranschluss magnetische Störfelder erregen, die auf Grund der elektromagnetischen Beeinflussung andere Betriebsmittel stören.

Die Vorausberechnung dieser hochfrequenten Stromverteilungen in der elektrischen Maschine sind für die zusätzliche elektrische Belastung der Maschinenkomponenten, vor allem der Lager wichtig, aber schwierig, da es sich um dreidimensionale Feldprobleme handelt. Verlässliche Voraus-Berechnungsmethoden sind daher wünschenswert, aber zur Zeit, wenn überhaupt, nur ansatzweise verfügbar. Durch die zu erarbeitenden Berechnungsmethoden sollen Abhilfemaßnahmen wie:

  • unterschiedliche Filtertopologien am Umrichterausgang
  • Motorfilter am Motoreingang
  • der Einsatz isolierter Lager oder
  • der Einsatz von Hybridlagern zur Stromverringerung bewertbar sein

Schadensbild der Innenlaufbahn eines Kugellagers eines 11kW-Antriebs: Riffelbildung, die zum Lagerausfall führt

Schadensbild der Innenlaufbahn eines Kugellagers eines 11kW-Antriebs: Riffelbildung, die zum Lagerausfall führt
Schadensbild der Innenlaufbahn eines Kugellagers eines 11kW-Antriebs: Riffelbildung, die zum Lagerausfall führt

Stand der Arbeit