Einsatz von Metalloxid-Varistoren zum Überspannungsschutz ...

7 Spezielles Betriebsverhalten von Varistoren beim Einsatz in umrichtergespeisten Antrieben Seite 77
werden kann, so dass die Werte für verschiedene Varistortypen streuen können.
Bereits in Kap. 5.4 wurde erwähnt, dass die Wechselspannungskennlinie häufig
oberhalb der Gleichspannungskennlinie verlaufen kann; wegen der Polaritätswechsel
der Umrichterimpulse liegt in der gegebenen Anwendung prinzipiell auch eine
Wechselspannung mit der Pulsfrequenz des Umrichters vor. Die vergleichsweise hohe
Frequenz bewirkt möglicherweise eine weitere Spannungserhöhung vergleichen mit
herkömmlichen AC-Kennlinien, die bei 50-Hz-Wechselspannung gemessen wurden.
Die Abweichung der Spannungswerte von den Kennlinien in Abb. 5.2 wird also
einerseits durch den steilen Spannungsanstieg und andererseits durch die
Wechselspannung hoher Frequenz erklärt.
In den vorhergehenden Betrachtungen wurden ausschließlich Absolutwerte der
Zwischenkreisspannung und der Varistorspannung betrachtet, um das grundsätzliche
Betriebsverhalten deutlich zu machen. Beim Vergleich des Betriebsverhaltens von
Varistoren verschiedener Materialien ist es jedoch zweckmäßig, normierte Werte
miteinander zu vergleichen, da die Kennlinien z. T. unterschiedliche Verläufe haben
bzw. die hier untersuchten Varistoren unterschiedliche Restspannungen haben. Daher
werden für viele der folgenden Betrachtungen und Analysen die beiden Parameter kK
und kS eingeführt. kK ist ein reiner Materialparameter und stellt das Verhältnis aus
10-kA-Restspannung des Varistors zur eingestellten Zwischenkreisspannung dar und
beinhaltet einen Kennliniepunkt des verwendeten Varistors; je höher die 10-kA-
Restspannung bzw. je geringer die Zwischenkreisspannung ist, desto größer ist kK und
desto geringer ist die Belastung für den Varistor. kS ist das Verhältnis aus dem
maximalem Spannungsunterschied ΔU (vgl. Abb. 2.17) zur Zwischenkreisspannung,
und ist somit ein Parameter für den Schutzpegel des Varistors. Für kS = 1 sind
Zwischenkreisspannung und Varistorspannung gleich, und es gibt überhaupt kein
Überschwingen mehr in der Spannung an der Maschine. Für kS → (1 + ru) entspricht
die Spannung am Varistor der maximal möglichen reflektierten Spannung und der
Varistor arbeitet rein kapazitiv. Je kleiner kS also ist, desto besser schützt der Varistor
und desto höher ist aber auch der Leistungsumsatz im Varistor.
kK = U10 kA / UZK (7.1)
kS = ΔU / UZK (7.2)
Durch die Einführung der Parameter kK und kS ist es möglich, über die Variation der
Zwischenkreisspannung für Varistoren mit verschiedenen Restspannungen gleiche
Belastungen im Betrieb herzustellen, wodurch die Vergleichbarkeit der Ergebnisse
deutlich verbessert wird. Im eigentlichen Betrieb gibt natürlich das Antriebssystem den