Mit den Nanoperm -Line-Absorbern NaLA von Magnetec könen auch symmetrische Störströme signifikant unterdrückt werden. Beides zusammen bietet einen optimalen Schutz von Umrichter-Motor-Systemen gegen störstrombedingte Motorlagerschäden und erhöht so signifikant die Verfügbarkeit und die Lebensdauer der elektrischen Antriebe in komplexen industriellen Anwendungen beispielsweise der Chemie- und der Papierindustrie, in der Bahntechnik und der Schifffahrt oder in der Energiegewinnung mit Solar- und Windkraftanlagen.
Stromdurchgang verursacht Elektro-Erosion in Getriebelagern
Die Verkabelung von Umrichter-Motor-Systemen erfolgt sehr oft ausschließlich mit geschirmten 3-Phasen-Kabeln. Diese können bei EMV-gerechten Anschluss zwar gestrahlte Störungen der Dreiphasenwechselspannung von anderen Systemen abschirmen – sie schützen aber nicht vollständig vor leitungsgebundenen Störungen.
Diese resultieren aus Überspannungen, die von Schaltvorgängen im Frequenzumrichter verursacht werden. Als asymmetrische Störströme im Bereich vom etwa 300 kHz bis 400 kHz fließen sie vom Frequenzumrichter zum Motor. Bevor sie ihren niedrimpedanten Rückweg über Masse und Erde antreten, koppeln die Störströme im Motor vom Stator und Rotor über – quasi wie bei einem Kondensator. Von dort fließen sie in der Kontaktzone von Rotor und Gehäuse durch die abtriebs- und lüfterseitigen Lager. Dabei kommt es vom Innenring über die Kugeln zum Außenring zu einer elektrischen Entladung, deren Energie zu Funkendurchschlag und der Bildung von Lichtbögen führt. Die dabei frei werdende hohe punktuelle Wärmeenergie schmilzt die Lagerlaufflächen jeweils am Übergangspunkt auf.
Als Folge entstehen dort Mikrokrater und lose Kleinstpartikel geschmolzenen Materials. Im Mikroskop werden diese filigranen Folgen der Elektro-Erosion sichtbar – ohne Mikroskop deutet eine matte, gräuliche Lauffläche die Folgen des Stromdurchgangs an. Im weiteren Betrieb lassen sich dann auf den Laufflächen Waschbrett- oder Zebra-ähnliche, graue Riffelungen erkennen, die Folge der herausgeschmolzenen Mikrokrater und Partikel sind. Der Schadensverlauf im Getriebe wird davon begleitet, dass die Wärmeentwicklung beim Funkendurchschlag den Schmierstoff im Wälzlager zerstört. Das Grundöl verbrennt, Additive verkohlen – es erfolgt eine schnelle Zersetzung des Schmierstoffs. Dieser färbt sich dunkel ein – ein untrüglicher Indikator schneller Alterung, mangelhafter Schmierfähigkeit und verkürzter Lebenbsdauer.
Die Folge ist dann ein vorzeitiger Ausfall des Getriebes – oft um Jahre früher als bei einem rein mechanisch bedingten Verschleiß. Mit CoolBlue–Ringbandkernen sowie Nanoperm- Line-Absorbern NaLA von Magnetec lassen sich Gleichtakt- und Gegentakt-Störströme kompensieren und die Auswirkungen auf die Motorlager vermeiden.
Kompensation vor Störströmen bei kleinen wie großen Systemleistungen
Die CoolBlue-Ringbandkerne von Magnetec wurden speziell zur Vermeidung der Übertragung leitungsgebundener Störungen in Umrichter-Motor-Systemen mit Systemleistungen von einem Kilowatt bis in den hohen Megawatt-Bereich entwickelt. Im Speziellen absorbieren sie von den Frequenzumrichtern verursachten Gleichtaktstörströme, die im Gegensatz zu den Gegentaktströmen nicht über die Kabel zurückgeführt werden, sondern sich durch den Motor und dessen Lager hindurch den Rückweg über ein Pfad mit niedrigem elektrischen Widerstand suchen. Zur Absorption der Störungen werden die CoolBlue-Ringbandkerne auf einfache Weise möglichst nah am Frequenzumrichter an einer nicht geschirmten Stelle platziert und alle drei Phasen durch den Ring hindurchgeführt.
Für den Gleichtaktstrom stellen die Ringbandkerne dabei zugleich eine Induktivität und eine Impedanz dar. Der Strom, der durch das Kabel fließt, erzeugt ein Magnetfeld, das durch die Ringbandkerne gedämpft wird. Deren Größe ist von der Systemleistung abhängig, so dass die CoolBlue-Ringbandkerne über eine Auswahltabelle in ihrer Größe und Anzahl entsprechend dimensioniert werden, damit sie die Störung bestmöglich absorbieren können und nicht zuvor übersteuern.
Die in Größe, Durchmesser und Form auswähl- oder dimensionierbaren Kerne werden ausgesteuert und absorbieren die Störungen, wobei die absorbierte Energie der Gleichtaktstörströme in Wärme umgewandelt wird. Auf diese Weise werden die Kugellager wirkungsvoll vor Elektro-Erosion geschützt – und das dauerhaft ohne jeglichen Wartungs- oder Reparaturaufwand für die Ringbandkerne.
Schutz vor symmetrischen Strömen
Nanoperm- Line-Absorber, NaLA, stellen in Umrichter-Motor-Systemen eine optimale Ergänzung zu den CoolBlue-Ringbandkernen dar. Sie reduzieren zwar nicht primär die Gleichtaktstörungen, welche für die Zerstörung der Kugellager verantwortlich sind, verbessern aber die generellen EMV-Eigenschaften im System und schützen somit auch die umliegenden Geräte. Außerdem verringern sie dadurch auch leitungsgebundene Störungen in Richtung Netz.
CoolBlue und NaLa bewähren sich durch ihr besonders Absorptionsverhalten bei Gleichtakt- und Gegentakt-Störströmen, ihre einfache Installation und ihre Wartungsfreiheit als wirtschaftliche Lösung zum Schutz von industriellen Umrichter-Motor-Systemen. Damit bieten sie durch ihre verschleiß- und wartungsfreie Breitband-Filterwirkung auch wesentliche Vorteile gegenüber möglichen Alternativen wie im Betrieb abnutzenden Erdungsbürsten, teuren und nur begrenzt wirksamen, stromisolierten Lagern, unwirtchaftlichen Hybridlagern mit Keramikkugeln oder großen und teuren allpoligen Sinusfiltern.
Nanokristalline Eisenbasislegierung mit besonderen weichmagnetischen Eigenschaften
Nanoperm ist eine rascherstarrte Eisenbasislegierung, die nach dem Glühen von einer amorphen in eine nanokristalline Struktur mit Korngrößen von 10 Nanometer übergeht. Diese wiederum ist – in Verbindung mit einem deutlichen höheren Lithiumanteil als bei hartmagnetischen Ferritwerkstoffen mit Kristallgitterstruktur – die Ursache für außerordentlich guten weichmagnetischen Eigenschaften von Nanoperm, die zudem durch Wärmebehandlung unter Einwirkung von äußeren Magnetfeldern in weiten Bereichen einstellbar sind.
Nanoperm wird in einem speziellen Verfahren als Endlos-Bandmaterial mit einer Stärke von 16 µm bis 20 µm hergestellt und erzielt im Gegensatz zu ferritischen Materialien eine breitbandige Entstörungwirkung bis in hohe Frequenzbereiche. Es ist mit > 120 °C extrem hitzebeständig und bleibt über den gesamten spezifizierten Betriebstemperaurbereich von -40 °C bis 200 °C und seiner Curie-Temperatur von etwa 600 °C in seiner Induktivität stabil. Die Permeabilität liegt bis zu Faktor 10 und die Sättigung bis zu Faktor 3 über der von Ferritwerkstoffen. Das Nanoperm-Band kann zu beliebigen, leichten und kompakten Größen und Bauformen verarbeitet werden.
Nanoperm -LM-Ringbandkerne werden besonders bei Anwendungen mit hohem Anteil asymmetrischer Störströme (zum Beispiel Frequenzumrichtern) eingesetzt, beispielsweise als CoolBlue–Ringbandkerne zur Reduzierung von schädlichen Motorlagerströmen. Nanoperm- LC-Ringbandkerne sind kostengünstige Kerne für die Herstellung der ein- oder mehrphasigen stromkompensierten EMV-Drosseln von Magnetec. Sie bieten somit ebenfalls eine exzellente Alternative zu bestehenden Ferrit-basierten Lösungen. Die weichmagnetischen Kerne der Nanoperm MR-Serie sind mechanisch kompatibel mit gängigen Ferrtit-Designs und können in Entstöranwendungen Ferrite ab einer Baugröße von 56 Millimetern 1:1 ersetzen.
