Einsatz von Metalloxid-Varistoren zum Überspannungsschutz ...

Seite 154 10 Zusammenfassung, Weiterarbeit und Fazit
wird. Beim Prüflingstyp 4 war keine Kennlinienerholung durch Tempern möglich, so
dass die Kennlinienalterung als nicht reversibel eingestuft wird. Physikalisch gesehen
bedeutet Kennlinienalterung eine Verarmung der Sauerstoffionenkonzentration im
Bereich der Korngrenze mit der Konsequenz, dass Elektronen weniger Energie
benötigen, um die Potentialbarriere an der Korngrenze zu überwinden. Bei reversibler
Kennlinienalterung wird vermutet, dass durch Tempern die Sauerstoffionen vom
Korninneren wieder in die Ausgangszustände an der Korngrenze gebracht werden. Bei
nicht reversibler Alterung wird von bleibender Zerstörung der Materialstruktur
ausgegangen, die nicht mehr rückgängig gemacht werden kann. Die in der Anwendung
beobachtete Änderung der Kennlinie im Restspannungsbereich wird ebenfalls auf
Materialschädigung zurückgeführt. Denkbar wäre hier, dass durch
Zersetzungsprozesse das dem ZnO-Varistoren beigemengte Aluminiumoxid seine
leitwertverbessernde Wirkung im ZnO-Korn verliert und so der Korninnerwiderstand
des Materials größer wird.
Kapitel 9
Im Abschlusskapitel wird darauf eingegangen, wie mit den vorher erzielten
Erkenntnissen die Varistoren zu dimensionieren sind, um verschiedene Ansätze von
Überspannungsschutz in umrichtergespeisten Antrieben umzusetzen. Es wird gezeigt,
dass in einer Antriebskonfiguration mit geschirmtem Kabel, einer
Zwischenkreisspannung von 600 V und einem maximalen Überschwingen der
Spannung an der Maschine von 40 % ein Varistor mit einer 10-kA-Restspannung von
690 V benötigt wird. Die pro Varistor umgesetzte Verlustleistung liegt bei einer
Pulsfrequenz von 3 kHz bei ca. 21 W unterhalb einer Betriebstemperatur von 75 °C.
Ein weiterer Dimensionierungsansatz liegt darin, den Varistor im Dauerbetrieb für rein
kapazitives Verhalten auszulegen und so nur die Spannungsverteilung in der Wicklung
zu verbessern. Resistives Verhalten tritt nur bei Erhöhung der Zwischenkreisspannung
auf. Für die oben gegebene Antriebskonfiguration wird dafür ein Varistor mit einer
10-kA-Restspannung von 1020 V benötigt, der dann im Dauertrieb bei UZK = 600 V rein
kapazitiv arbeitet und in dieser Dimensionierung quasi ohne Einschränkung zu
verwenden ist.
Als Kühlkörper werden konventionelle, als Meterware im Handel erhältliche
Rippenkühlkörper aus Aluminium vorgeschlagen, die sehr leicht mit Hilfe der
Kühlkörper-Temperatur-Leistungs-Charakteristik und den in dieser Arbeit angegebenen
Verlustleistungen der Varistoren dimensioniert werden können.