Überlastungsüberwachung
Überlastungsüberwachung |
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Überlastungsüberwachungmodelle werden verwendet, um zu gewährleisten, dass die Einspeisemodule, Ballastmodule, Energiespeichermodule (ESM), Umrichter und Motoren nicht überhitzen, wenn sie für längere Zeit unter Überlastbedingungen (Anwendungsistwert > fortlaufender Sollwert) laufen. Die Werte für Dauerleistung sowie für Grenzeffektivstrom und -drehmoment decken die meisten Bedingungen ab. Wenn die Durchlaufzeit jedoch sehr lang ist, können die Grenz- und Durchschnittswerte herabgesetzt werden. Die Überlastungsüberwachung trägt dieser Situation durch Verwendung eines exponentiell gewichteten Zeitfaktors zum Überlastwert (dem Einsatzfaktor U) Rechnung.
Beispielszenario: Umrichterüberlast unter
Verwendung von Ixt
Daher beträgt der Umrichtereinsatzwert U = 10A / 7,5A x 100% = 133%. Da U > 100% befindet sich der Umrichter in einem Überlastzustand. Es sei festgehalten, dass 10A lediglich 50% des maximalen Ausgangsstroms des Umrichters darstellen. Wie in dem Schaubild unten gezeigt erreicht der Ixt-Wert in diesem besonderen Fall seinen Höchstwert bei 84%, so dass der Umrichter unterhalb seiner maximalen Sollinnentemperatur arbeitet.
Als nächstes betrachten Sie dasselbe Szenario wie oben, mit der Ausnahme, dass die Beschleunigungs- und Abbremsdauern von 1,5s auf 3s steigen. In diesem neuen Szenario überschreitet der Ixt-Wert des Umrichters 100% und erreicht einen Höchstwert von 107%. Das impliziert, dass der Umrichter überhitzt wird. Entweder muss der Umrichter vergrößert oder die Anforderungen der Anwendung verringert werden. Der Hauptpunkt ist hierbei, dass der Umrichter bei 133% seines Dauerbetriebsstromwertes noch funktioniert (Auslastung, U = 133%). Der Unterschied besteht in der Dauer des Überlastzustandes.
Das tatsächliche Ixt-Modell zu dem oben dargestellten Szenario wird unten abgebildet. Bei U = 133% erreicht der Ixt-Wert die 100%-Marke bei 2,9 s, was mit den obigen Ergebnissen übereinstimmt.
Formulae
Einspeisemodul Pxt
Exponentiell
abgestuft
Das exponentiell abgestufte Überlastmodell basiert auf den Werten von Umax, Überlastzeit (tOL) und Überlastzykluszeit (tOLC) und nutzt ein exponentielles Abklingmodell. Bis zu 3 verschiedene Pxt-Parametersätze können definiert werden. Nur ein Pxt-Parametersatz wird verwendet, abhängig von Umax der Applikation, wobei die maximale Überlast der Applikation <= Umax sein muss. Wenn nur ein Satz Pxt Parameter gegeben ist, wird dieser Satz immer verwendet. Aus diesem Grund sollte Pxt0 immer für die maximale Nennleistung Pmax des Umrichters definiert werden.
| Symbol | Bedeutung | Einheiten |
|---|---|---|
| U | Auslastung bei der Abtatstung [n] | % |
| P | Leistung der Applikation bei der Abtatstung [n] | W |
| PN | NennDauerleistung | W |
| tOL | Überlastzeit | s |
| tPU | Thermische Konstante | s |
| kLF |
Reduktionsfaktoren für Netzspannung, Umgebungstemperatur und
Aufstellhöhe |
1 |
Schnell/Langsam
Das Überlastmodell Schnell/Langsam basiert auf der Nennleistung [PN], der Zeitkonstanten[tc] und dem Exponent[x]. Das Programm wendet bis zu 3 Pxt-Modelle parallel an und nutzt zu jedem Abtatstzeitpunkt im Zyklus den höchsten Wert.
Bei längeren Zeitkonstanten (tc> 100s) wird normalerweise eines der 3 Pxt-Modelle die Nenndauerleistung als PN verwenden: PN= Pcont. Beachte dass [PN] jeder Wert >0 sein kann, der in Kombination mit [x] und [tc] am Besten zu dem thermischen Modell für die Sub-Komponenten der Einspeisestufe passt. Übliche Werte, die von einigen Herstellern für ein Schnell/Langsam-Modell verwendet werden, sind:
Schnell: PN= 2*Pcont, x= 1
und tc= 5
Langsam: PN= Pcont, x= 1 und
tc= 400
| Symbol | Bedeutung | Einheiten |
|---|---|---|
| P | Leistung der Applikation bei der Abtatstung [n] | W |
| PN | Nennleistung | W |
| Pxtn-1 | Pxt-Wert bei der vorherigen Abtastung [n-1] | % |
| x | Exponent (1 or 2) | 1 |
| tc | Zeitkonstante | s |
| VACN | Nennwert der Netzspannung | VAC |
| VDCN | Nennwert der Zwischenkreisspannung | VDC |
| kLF |
Reduktionsfaktor für Netzspannung, Umgebungstemperatur und
Aufstellhöhe |
1 |
Umrichter Ixt
Exponential Tiered
Das exponentiell abgestufte Überlastmodell basiert auf den Werten von Umax, Überlastzeit (tOL) und Überlastzykluszeit (tOLC) und nutzt ein exponentielles Abklingmodell. Bis zu 3 verschiedene Ixt-Parametersätze können definiert werden. Nur ein Ixt-Parametersatz wird verwendet, abhängig von Umax der Applikation, wobei die maximale Überlast der Applikation <= Umax sein muss. Wenn nur ein Satz Ixt Parameter gegeben ist, wird dieser Satz immer verwendet. Aus diesem Grund sollte Ixt0 immer für den maximalen Nennstrom Imax des Umrichters definiert werden.
| Symbol | Bedeutung | Einheiten |
|---|---|---|
| U | Auslastung bei der Abtatstung [n] | % |
| I | Strom der Applikation bei der Abtatstung [n] | A |
| IN | NennDauerstrom | A |
| tOL | Überlastzeit | s |
| tPU | Thermische Konstante | s |
| k |
Reduzierfaktor k = kLF * kfHz |
1 |
| kLF | Faktor für Umgebungstemperatur und Aufstellhöhe | 1 |
| kfHz |
Faktor für geringe Drehzahl(0-5Hz) k=2/3 im Stillstand (0Hz) |
1 |
Schnell/Langsam
Das Überlastmodell Schnell/Langsam basiert auf dem Nennstrom [IN], der Zeitkonstanten[tc] und dem Exponent[x]. Das Programm wendet bis zu 3 Ixt-Modelle parallel an und nutzt zu jedem Abtatstzeitpunkt im Zyklus den höchsten Wert.
Bei längeren Zeitkonstanten (tc> 100s) wird normalerweise eines der 3 Ixt-Modelle den von der PWM-Frequenz abhängigen Dauerstrom verwenden: IN= Icont. Beachte dass [IN] jeder Wert >0 sein kann, der in Kombination mit [x] und [tc] am Besten zu dem thermischen Modell für die Sub-Komponenten des Umrichters passt. Übliche Werte, die von einigen Herstellern für ein Schnell/Langsam-Modell verwendet werden, sind:
Schnell: IN= 2*Icont, x= 1
und tc= 5
Langsam: IN= Icont, x= 1 und
tc= 400
| Symbol | Bedeutung | Einheiten |
|---|---|---|
| I | Auslastung bei der Abtatstung [n] | A |
| IN | Nennstrom | A |
| Ixtn-1 | Ixt der Applikation bei der vorherigen Abtatstung [n-1] | % |
| x | Exponent (1 or 2) | 1 |
| tc | Zeitkonstante | s |
| k |
Reduktionsfaktor k = kLF * kfHz |
1 |
| kLF | Faktor für Umgebungstemperatur und Aufstellhöhe | 1 |
| kFrml |
Reduktions-Formel, die eune Funktion sein kann von fHz = Ausgangsfrequenz des Umrichters [Hz] Wenn kFrml leer ist, dann gilt kFrml= 2/3 (fHz = 0Hz) kFrml= 1 (fHz <> 0Hz) |
1 |
Ballastmodul Bxt
Für die Ballastmodul gilt das Bxt-Modell
| Symbol | Bedeutung | Einheit |
|---|---|---|
| P | Leistung der Applikation bei der Abtatstung [n] | W |
| PN | Nenndauerleistung | W |
| tPU | Thermische Konstante | s |
| Rth | Wärmeübergangswiderstand zur Umgebung | K/W |
| Cth | Thermische Kapazität | J/K |
| Tmax | Maximale Temperatur des Widerstands | oC |
| Tamb | Umgebungstemperatur | oC |
| Wmax | Maximale Energieabstrahlung | J |
| Bxtn-1 | Bxt der Applikation bei der vorigen Abtatstung [n-1] | % |
Energiespeichermodul I2t
Für die Energiespeichermodule (ESM) gilt das I2t-ESM-Modell
| Symbol | Bedeutung | Einheit |
|---|---|---|
| I | Anwendungsstrom bei Abtatstung [n] | A |
| IN | Dauer-Nennstrom bei Nenndrehmoment und Drehzahl | A |
| IMax | Maximaler Nennstrom | A |
| tmax | Dauer bei maximalem Nennstrom | s |
| I2tn-1 | I2t-Wert bei vorheriger Abtatstung [n-1] | % |
Motor I2t
Für die Motoren gilt das I2t-Motor-Modell
| Symbol | Bedeutung | Einheit |
|---|---|---|
| I | Anwendungsstrom bei Abtastung [n] | A |
| IN | Dauer-Nennstrom bei Nenndrehmoment und Drehzahl [nN] | A |
| In | Dauer-Nennstrom bei Drehmoment und Drehzahl | A |
| I0 | Nenndauerstrom im Stillstand | A |
| ∆t | Dauer der Abtastung | s |
| tth | Thermische Zeitkonstante | s |
| I2tn-1 | I2t-Wert bei vorheriger Abtatstung [n-1] | % |
| nh |
Geschwindigkeit bei homogener Wärmeverteilung bei |
U/min |