Korea Ever-Power · VFD-Motorenleitfaden · IEC 60034-17

PWM-Spannungsspitzen können an den Motorklemmen eines 380-V-Antriebssystems 1200 V oder mehr erreichen. Die Standard-Motorwicklungsisolierung ist bis ca. 1000 V geprüft und verschlechtert sich durch die wiederholte Einwirkung dieser Spannungsspitzen. Der Ausfall beginnt typischerweise an der ersten Windung der Spule, die die volle Spannungsspitze abbekommt, bevor die Wellenfront entlang der Wicklung abgeschwächt wird. Über Wochen bis Monate schädigt die Teilentladung die Windungsisolation und verursacht schließlich einen Wicklungskurzschluss.

Ein Standard-IC411-Motor (TEFC) nutzt seinen wellenmontierten Lüfter zur Kühlung des Gehäuses. Bei niedriger Drehzahl unter Frequenzumrichtersteuerung dreht sich der Lüfter langsam und liefert deutlich weniger Kühlluft. Bei 25 % der Nenndrehzahl (z. B. 360 U/min bei einem 4-poligen Motor) liefert der Lüfter etwa 6 % des Nennluftvolumenstroms (proportional zur Drehzahl). Die Wicklungsverluste des Motors bleiben bei vollem Drehmoment hoch, die Kühlleistung ist jedoch nahezu nicht vorhanden – was bei Betrieb des Motors mit vollem Drehmoment bei niedriger Drehzahl zu einer schnellen Überhitzung führt.

Die PWM-Schaltung erzeugt Gleichtaktspannungen an der Motorwelle gegen Erde. Überschreitet die Wellenspannung die Durchschlagsfestigkeit des Schmierfilms im Lager, fließt ein Entladungsstrom durch den Kugel-Laufbahn-Kontakt. Wiederholte Entladungen führen zu einer Erosion der Lagerlaufbahn, wodurch ein charakteristisches mattiertes oder geriffeltes Aussehen entsteht. Das Lager wird zunehmend lauter und fällt vorzeitig aus – typischerweise nach 6 bis 18 Monaten im Vergleich zu über 20.000 Betriebsstunden bei sinusförmiger Stromversorgung.

Frequenzumrichtermotoren verwenden eine Isolierung der Klasse H (bis 180 °C) mit koronabeständigem Lackdraht für die Statorwicklung. Der koronabeständige (CR) Draht verfügt über eine zusätzliche Beschichtung, die Teilentladungen bei Spannungen oberhalb der Isolationsschwelle widersteht. Das Nutauskleidungsmaterial wurde von Standard-Polyester auf ein Aramid-basiertes Material mit höherer Durchschlagsfestigkeit aufgerüstet. Die Wicklungsimprägnierung erfolgt mittels VPI-Harz (Vakuumdruckimprägnierung), wodurch Hohlräume in der Spulenisolierung, in denen Teilentladungen entstehen könnten, vermieden werden. Diese Maßnahmen erhöhen die effektive Impulsspannungsfestigkeit der Wicklung von ca. 1000 V (Standard) auf 1350 V oder mehr, deutlich über der maximalen Impulsspannung des Frequenzumrichters in einem 380-V-System.

Das Kühlsystem IC416 ersetzt den wellenmontierten Lüfter (IC411) durch einen separat angetriebenen externen Gebläsemotor, der am antriebsseitigen Ende des Hauptmotors montiert ist. Das Gebläse läuft unabhängig von der Drehzahl der Hauptmotorwelle mit konstanter Drehzahl und gewährleistet so den Nennluftstrom, selbst wenn der Hauptmotor nahezu stillsteht. Dadurch kann der Frequenzumrichtermotor sein volles Nenndrehmoment vom Leerlauf bis zur Nenndrehzahl – im Bereich von 10:1 mit konstantem Drehmoment – ​​ohne thermische Leistungsreduzierung liefern. Die Gebläsemotoren der Korea Ever-Power YVF2-Serie sind für 380 V, 50 Hz Drehstrom ausgelegt und haben typischerweise eine Leistung von 50 bis 250 W, abhängig von der Baugröße des Hauptmotors.

Die Motoren der Baureihe YVF2 von Korea Ever-Power sind mit PTC-Thermistoren (Positive Temperature Coefficient) ausgestattet, die in die Statorwicklung an der heißesten Stelle jeder Phase integriert sind. PTC-Thermistoren weisen bei einer definierten Auslösetemperatur (typischerweise 130 °C oder 150 °C) einen sprunghaften Widerstandsanstieg auf. Die Thermistoren sind mit einem PTC-Relaismodul im Frequenzumrichter-Schaltschrank verbunden, das den Umrichter abschaltet, sobald eine Wicklung die eingestellte Temperatur erreicht. Dies gewährleistet einen direkten Wicklungstemperaturschutz unabhängig vom externen thermischen Überlastrelais, welches lediglich den Motorstrom überwacht und eine durch Ausfall des Kühlsystems oder zu hohe Umgebungstemperatur verursachte Wicklungsübertemperatur nicht direkt erkennen kann.

Um den Strompfad des Lagers zu unterbrechen, sind Motoren der Baureihe YVF2 ab 75 kW mit einer isolierten Lagerhülse im nicht antriebsseitigen Lagergehäuse ausgestattet. Die Hülse gewährleistet die elektrische Trennung zwischen dem Lageraußenring und dem Motorgehäuse und verhindert so, dass Gleichtaktspannungen der Welle über das nicht antriebsseitige Lager einen Stromkreis schließen. Das antriebsseitige Lager bleibt ungedämmt, um die erforderliche Erdung zu gewährleisten. Für sehr lange Kabelstrecken oder empfindliche Antriebskonfigurationen, bei denen die Isolierung des nicht antriebsseitigen Lagers allein nicht ausreicht, kann zusätzlich eine Erdungsbürste (Wellenerdungsbürste) vorgesehen werden.

Die YVF2-Serie ist die Umrichtermotorenreihe von Korea Ever-Power, die für drehzahlvariable Anwendungen mit Frequenzumrichtern in industriellen Antrieben entwickelt wurde. Die vollständige Produktreihe ist im Detail beschrieben. Produktbereich: VFD-Umrichtermotoren, mit Leistungen von 0,75 kW bis 200 kW in IEC-Rahmengrößen von 80M bis 315M in 4-poliger Ausführung; 2- und 6-polige Varianten sind auf Anfrage erhältlich.

Alle YVF2-Motoren sind nach IE3-Effizienzklasse gefertigt (gemessen bei 50 Hz sinusförmiger Netzspannung gemäß IEC 60034-30-1). Das externe Gebläse IC416 ermöglicht das volle Nenndrehmoment von 0 bis 50 Hz (0 bis 1450 U/min bei 4-poliger Ausführung) ohne Leistungsreduzierung und einen kontinuierlichen Betrieb oberhalb von 50 Hz bis 120 Hz (bis zu 3500 U/min) mit konstanter Leistungskennlinie oberhalb der Nenndrehzahl. Dieser breite Betriebsbereich eignet sich für Extruderantriebe, Förderbandsteuerungen, Werkzeugmaschinenachsenantriebe sowie große Lüfter- und Pumpenanlagen mit langen täglichen Betriebszeiten.