Einsatz von Metalloxid-Varistoren zum Überspannungsschutz ...

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Seite XVIII Zusammenfassung unkritischer eingestuft. Die neue Applikation ist damit insbesondere für solche Systeme prädestiniert und kann dort eine weitere Stärke ausspielen: Die Lösung des <strong>Überspannungsschutz</strong>es mit <strong>Varistoren</strong> im Gegensatz zu einigen existierenden Filterlösungen ist leistungsunabhängig, da der Betriebsstrom nicht über das Schutzelement fließt, und somit sinkt der relative Anschaffungspreis der Varistorlösung mit größerer Antriebsleistung.
Abstract Seite XIX Abstract During operation of electrical machines at inverters with high frequency switching PWM (pulse width modulation) voltage travelling wave effects cause transients of unacceptably high amplitudes (i.e. up to two times the d.c. link voltage or even higher) at the machine winding insulation which may lead to partial discharges and, in the long term, to insulation failures. Furthermore, the very fast switching IGBT-modules in today’s inverters cause a high voltage steepness, leading to a non linear voltage distribution in the stator coils of the machine. Over the years these phenomena have been well understood and mitigation methods have been developed to effectively reduce the dielectric stress of the insulation material. Progress has been made especially in the design of filters, but such technologies also have their limits. For cable lengths of several hundred meters dv/dt filters do not affect the voltage at the machine terminals anymore because they are effective up to a specified cable length only. Sinusoidal filters always have a resonance frequency in the range of one kilohertz, and thus the inverter pulse frequency cannot be chosen below a value of e.g. 5 kHz. But for large drives pulse frequencies are often below this value, and consequently sinusoidal filters cannot be used for high power applications. Another criterion for the choice of the filter type is finally the costs which are made up on one hand from the initial investment and on the other hand from the operating costs which also include total losses. Filters always have a self inductance in the main current path of the drive, leading to additional losses. Moreover, the self inductance has to be dimensioned for the total current and power of the drive, making it very large and expensive in many cases. Metal-oxide (MO) varistors in this application are just connected line to ground in all three phases in order to reduce the line to ground overvoltage. They are not arranged in the main current path and are therefore independent from the power of the drive. The dimensioning of the varistors only depends on the surge impedance of the connecting cable and the accepted maximum overvoltage at the machine terminal. Power losses in the varistors additionally depend on the pulse frequency of the applied PWM voltage; they decrease with lower pulse frequency. These facts make the use of varistors in inverter-fed drives extremely attractive for large drive applications. However, this new kind of stress for metal-oxide varistors under permanently occurring transients sets new requirements on dimensioning rules, as well as on the specification of operating duty and accelerated aging tests. Dimensioning of a metal-oxide surge
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