Auswahl von Frequenzumrichterkabeln: Reduzierung von Störungen in Motorantriebssystemen

Nichts ist so wichtig wie die Motorleistung in der industriellen Automatisierung. Deshalb ist die Auswahl der Kabel von entscheidender Bedeutung. Die richtige Wahl der Kabel kann über Erfolg oder Misserfolg entscheiden, insbesondere bei Frequenzumrichtern (VFDs). 

Hier erfahren Sie, wie Sie die für eine optimale Kraftübertragung bei Frequenzumrichtern erforderlichen Leitungen und Kabel auswählen.

Die Bedeutung von Frequenzumrichterkabeln

Frequenzumrichter werden in vielen Branchen eingesetzt, um die Drehzahl und das Drehmoment eines Elektromotors zu regeln. Wie der Name schon sagt, variieren diese Frequenzumrichter die dem Motor zugeführte Frequenz und Netzspannung. Frequenzumrichter ermöglichen präzise Einstellungen und eine energieeffiziente Automatisierung in industriellen Anwendungen.

Wie funktioniert ein Frequenzumrichter? Er wandelt mithilfe eines Gleichrichters die normale Wechselstromversorgung (in der Regel zwischen 50 und 60 Hz) in Gleichstrom um. Anschließend wandelt der Frequenzumrichter den Gleichstrom mithilfe eines Wechselrichters wieder in Wechselstrom mit einer regelbaren Frequenz und Spannung um. Frequenzumrichter dienen zur Anpassung der Motordrehzahl, wobei niedrigere Frequenzen zu einer langsameren Drehung und höhere Frequenzen zu einer schnelleren Drehung des Motors führen.

Frequenzumrichter bieten zahlreiche Vorteile, von denen viele kostenbezogen sind. Eine bessere Prozesssteuerung verbessert die Betriebseffizienz. Der sanfte Anlauf der Motoren und die Verringerung der mechanischen Belastung verlängern die Gesamtlebensdauer der Anlagen und beugen Verschleiß vor. Mit Frequenzumrichtern lässt sich zudem die Leistung bedarfsgerecht anpassen, was zur Senkung des Energieverbrauchs und der damit verbundenen Kosten beiträgt.

In welchen Branchen kommen Frequenzumrichter zum Einsatz? Sie werden in der gesamten industriellen Automatisierung in Förderbändern, Pumpen und Roboterarmen eingesetzt, um die Fertigung und Verarbeitung zu unterstützen. Frequenzumrichter kommen außerdem in HLK- und Wasseraufbereitungspumpen, Kompressoren und Belüftungssystemen zum Einsatz. 

Frequenzumrichter erzeugen hochfrequente elektrische Störungen. Daher ist es entscheidend, dass Sie die richtigen Frequenzumrichterkabel auswählen, um Störungen zu minimieren und Ihre Systeme zu schützen.

Frequenzumrichterkabel (VFD-Kabel) sind spezielle Stromkabel, die speziell für ihre Hauptaufgabe entwickelt wurden: den Anschluss von Frequenzumrichtern an Elektromotoren. Diese Kabel sind so konstruiert, dass sie hochfrequente Spannungsspitzen, elektromagnetische Störungen (EMI) und harmonische Verzerrungen wesentlich besser bewältigen als herkömmliche Stromkabel.

EMI tritt in Motorantriebssystemen recht häufig auf und kann die Systemleistung, den Wirkungsgrad und die Lebensdauer erheblich beeinträchtigen. VFD-Kabel helfen Ihnen dabei, eine zuverlässige Motorsteuerung aufrechtzuerhalten, Ausfallzeiten zu reduzieren und sicherzustellen, dass die Anlagen wichtige Industriestandards erfüllen.

Überlegungen zu Frequenzumrichterkabeln in Motorantriebssystemen

Ein VFD-Kabel ist ein spezielles Stromkabel, das Antriebssysteme und Motoren miteinander verbindet, elektrische Signale überträgt und zur Steuerung des Stromflusses beiträgt. Die Kabel schützen vor elektrischen Störungen und gewährleisten einen reibungslosen Betrieb Ihrer Anlagen. 

Bei der Auswahl eines VFD-Kabels sind viele wichtige Aspekte zu berücksichtigen.

Kabelabschirmung

Die Abschirmung ist entscheidend für die Vermeidung elektromagnetischer Störungen (EMI) und die Reduzierung von Störsignalen in Frequenzumrichteranwendungen. Es stehen viele verschiedene Arten zur Auswahl: Folienabschirmungen, Geflechtabschirmungen und Kombinationen daraus.

• Folienabschirmungen: Diese Abschirmungen eignen sich am besten für hochfrequente elektromagnetische Störungen (EMI) und bestehen aus einer dünnen Schicht Aluminiumfolie, die um die Kabelleiter gewickelt ist und häufig mit einem Ableitungsdraht zur Erdung kombiniert wird. Sie sind ideal für kontrollierte Umgebungen mit geringer mechanischer Beanspruchung geeignet, da sie bei Bewegung und Biegung leicht brechen können. 
• Geflochtene Abschirmungen: Geflochtene Abschirmungen eignen sich am besten für niederfrequente EMI und bieten hohe mechanische Belastbarkeit. Sie bestehen aus einem dickeren, gewebten Geflecht aus Kupfer- oder verzinntem Kupferdraht, das die Leiter umgibt. Diese bieten sowohl elektrische Abschirmung als auch mechanische Festigkeit für Umgebungen mit starken Vibrationen und hoher Bewegung. 
• Kombinationsabschirmungen: Kombinationsabschirmungen können eine gute Wahl sein, um das Beste aus beiden Welten zu vereinen – Hoch- und Niederfrequenzabschirmung. Diese Abschirmungen eignen sich am besten für Umgebungen mit höherer EMI-Belastung und empfindlichen elektronischen Anwendungen. Sie sind teurer als Folienabschirmungen, können aber für die richtige Anwendung erhebliche Vorteile bieten.

Nennspannung

Wie bei vielen Kabeltypen gelten bestimmte Spannungswerte. Da Frequenzumrichterkabel aufgrund von elektromagnetischen Störungen und Spannungsschwankungen hohen elektrischen Belastungen ausgesetzt sind, ist es entscheidend, dass Sie die richtige Nennspannung und Isolationsart für Ihre Anwendung wählen. 

Frequenzumrichterkabel sind für eine Reihe unterschiedlicher Spannungspegel ausgelegt – von 600 V bis 2000 V (in manchen Fällen sogar darüber hinaus). Bei der Auswahl ist es wichtig, die Betriebsspannung des Motors zu berücksichtigen. Als allgemeine Richtlinie gilt: Wählen Sie ein Frequenzumrichterkabel, dessen Nennspannung mindestens 25 % über der Betriebsspannung des Motors liegt, um sicherzustellen, dass es eventuellen Spannungsspitzen standhalten kann. 

• Niederspannungs-Frequenzumrichtersysteme (≤ 600 V): Kommen üblicherweise in kleineren Motoren, Förderanlagen und HLK-Systemen zum Einsatz
• Mittelspannungs-Frequenzumrichtersysteme (600 V – 2000 V): Viele Anwendungen in der industriellen Automatisierung fallen in den Mittelspannungsbereich, beispielsweise Fertigungs- und Pumpensysteme. 
• Hochspannungs-Frequenzumrichtersysteme (2000 V+): Diese Spannungsstufe kommt in den anspruchsvollsten Anwendungen zum Einsatz – im Bergbau, in der Öl- und Gasindustrie sowie in der Großindustrie.

Dämmstoffart

Die Isolierung bietet einen entscheidenden Schutz für Leitungen bei hoher elektrischer Belastung, rauen Umgebungsbedingungen und Temperaturschwankungen. Das bedeutet, dass das Isoliermaterial sowohl eine hohe Durchschlagfestigkeit als auch thermische Beständigkeit aufweisen muss. 

• PVC (Polyvinylchlorid): Am besten geeignet für Frequenzumrichter mit geringer Beanspruchung (≤ 600 V). Eine PVC-Isolierung ist in der Regel eine kostengünstige, flexible Lösung, die eine gewisse Öl- und Chemikalienbeständigkeit aufweist, jedoch eine geringere Hitzebeständigkeit bietet. 
• XLPE (vernetztes Polyethylen): Ideal geeignet für Frequenzumrichter im Mittel- bis Hochspannungsbereich (600 V–2000 V). XLPE bietet Festigkeit und Hitzebeständigkeit und reduziert gleichzeitig elektrische Störungen. Es ist in der Regel die am häufigsten verwendete Isolierung für Frequenzumrichterkabel. 
• EPR (Ethylen-Propylen-Kautschuk): EPR ist eine gute Wahl für extremste Umgebungsbedingungen und Anwendungen mit hoher Biegebeanspruchung. Es bietet hervorragende thermische Stabilität und chemische Beständigkeit.

Materialien für Kabelleiter

Bei Kabelleitern spielt das Material eine entscheidende Rolle. Das Leitermaterial wirkt sich direkt auf die Leistung, die Flexibilität und die Kosten des Kabels aus. Es gibt zwei Optionen: Kupfer oder Aluminium.

• Kupfer: Kupfer ist flexibel und langlebig und eignet sich hervorragend für Anwendungen, bei denen eine hohe Leitfähigkeit gefragt ist. Kupfer ist korrosionsbeständig und verfügt über eine ausgezeichnete Stromübertragung. Da es schwerer und teurer sein kann, ist es wichtig, den richtigen Leiter für Ihre speziellen Anforderungen auszuwählen. 
• Aluminium: Aluminium ist die kostengünstige und leichtere Alternative. Es lässt sich leicht isolieren. Aluminium neigt jedoch stärker zur Oxidation und muss daher korrosionsgeschützt werden. Außerdem weist es eine geringere Leitfähigkeit auf, sodass Sie einen Leiter mit größerem Querschnitt benötigen, um denselben Strom zu führen.

In der Regel ist Kupfer das Material der Wahl für Frequenzumrichterkabel. Aluminium ist eine gute Wahl für kosten- und gewichtsempfindliche Großanwendungen, erfordert jedoch einen größeren Querschnitt.

Überlegungen zur Leitungsquerschnittsgröße

Die Leitungsquerschnittsgröße ist ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Auswahl von Frequenzumrichterkabeln. Dies ist entscheidend, um Spannungsabfälle über große Entfernungen zu minimieren, Überhitzung und Leistungsverluste zu reduzieren sowie eine effiziente Motorleistung sicherzustellen.

Um den richtigen Querschnitt auszuwählen, sollten Sie die Motorleistung und die Strombelastung prüfen. Größere Motoren erfordern dickere Kabel, um den höheren Stromfluss zu bewältigen. Der Querschnitt spielt auch eine Rolle bei der Berücksichtigung der Entfernung zwischen Frequenzumrichter und Motor. Je länger das Kabel verlegt werden muss, desto größer muss der Querschnitt sein, um Spannungsabfälle zu vermeiden.

• ≤50 Fuß (kurze Leitungslängen): Standardgröße für die Motorleistung.
• 50–150 Fuß (mittlere Leitungslängen): 1–2 Größen größer als Standard.
• 150+ Fuß (lange Leitungslängen): Bis zu 2–3 Größen größer, um den Spannungsabfall zu minimieren.

Bei der Auswahl eines Kabelquerschnitts ist es oft besser, einen größeren Querschnitt zu wählen. Ein größerer Querschnitt (also einer mit einer niedrigeren AWG-Zahl) sorgt für eine bessere Stromübertragung und höhere Zuverlässigkeit.

Auswahl des richtigen Frequenzumrichterkabels für die jeweilige Anwendung

Wenn Sie bereit sind, das ideale Frequenzumrichterkabel für Ihre spezielle Anwendung auszuwählen, ist es wichtig, alle Faktoren zu berücksichtigen: die Anforderungen des Motorantriebs, die Betriebsbedingungen und etwaige Umweltgefahren. 

Passen Sie die Kabelspezifikationen an die Anforderungen des Motorantriebs an. Das Kabel sollte für die Spitzenspannung Ihres Antriebssystems ausgelegt sein. Für Frequenzumrichteranwendungen bedeutet dies, dass Kabel mit 600 V, 1 kV oder sogar 2 kV erforderlich sind, um Spannungsspitzen standzuhalten.

Auch der Leiterquerschnitt ist wichtig. Die Wahl des richtigen Querschnitts ist entscheidend, um einen minimalen Spannungsabfall und Leistungsverlust zu gewährleisten. Ihre Auswahl richtet sich häufig nach den Nennströmen des Motors sowie der benötigten Kabellänge. Frequenzumrichterkabel verfügen über eine Abschirmung – Kupfergeflecht, Aluminiumfolie oder Verbundmaterial –, um elektromagnetische Störungen (EMI) abzublocken. 

Die Umgebung spielt bei Ihrer Entscheidung eine große Rolle. Sie müssen Kabel auswählen, die für einen geeigneten Temperaturbereich ausgelegt sind. Bei Hitzeeinwirkung sind XLPE-isolierte Frequenzumrichterkabel oft die beste Wahl. In Umgebungen mit Chemikalien- und Öleinsatz (z. B. Öl-, Gas-, Lebensmittelverarbeitung, Automobilbau) müssen die Kabel zum Schutz über PVC- oder TPE-Mäntel verfügen. Bei Kabeln im Außenbereich sollte zudem die UV-Belastung berücksichtigt werden.

Frequenzumrichterkabel sollten Ihren Anforderungen an Flexibilität und Biegeradius gerecht werden. Kabel werden häufig in beengten Räumen oder in dynamischen Anwendungen verlegt, in denen Flexibilität und Bewegungsfreiheit wichtig sind. Ihre Frequenzumrichterkabel sollten dazu beitragen, harmonische Verzerrungen zu minimieren und vor elektromagnetischen Störungen sowie Systemstörungen zu schützen.

Wenn Sie Unterstützung bei der Auswahl des richtigen Frequenzumrichterkabels benötigen, um Störungen zu minimieren und eine zuverlässige Leistung Ihres Motorantriebssystems sicherzustellen, wenden Sie sich an IEWC. Unsere Kabel- und Leitungsexperten helfen Ihnen gerne dabei, das beste Kabel zu finden, um die Sicherheit und Effizienz Ihrer industriellen Automatisierungsanwendungen zu maximieren.