Eine Koronaentladung entsteht, wenn ein unebener Leiter ein ungleichmäßiges elektrisches Feld erzeugt. Um dieses ungleichmäßige elektrische Feld herum und in der Nähe der Elektrode mit kleinem Krümmungsradius kommt es bei Erreichen eines bestimmten Spannungspegels aufgrund der Ionisierung der Luft zu einer Entladung, die eine Korona bildet.
Aus den Bedingungen für die Koronaentstehung lässt sich ableiten, dass ungleichmäßige elektrische Felder, unebene Leiter und ausreichend hohe Spannungen notwendige Voraussetzungen für deren Entstehung sind. Daher tritt Koronaentladung an den Wicklungsenden von Hochspannungsmotoren auf. Insbesondere bei Motoren mit einer Nennspannung über 6 kV ist die Koronaentladung an den Statorwicklungen deutlich ausgeprägter, und je höher die Spannung, desto gravierender ist das Problem. Um Koronaentladungen an den Wicklungen von Hochspannungsmotoren zu verhindern, werden spezielle elektromagnetische Drähte verwendet und Widerstandsbänder um die Wicklungen gewickelt. Das Verständnis des Koronaproblems bei Hochspannungsmotoren ist somit weitgehend vorhanden. Warum tritt Koronaentladung aber auch bei Motoren mit variabler Frequenz auf?
Frequenzumrichter werden mit Frequenzumrichtern betrieben. Die vom Frequenzumrichter ausgegebene Spannung ist keine Sinuswelle wie die Netzspannung bei Industriefrequenz, sondern eine Rechteckwelle mit steilen Anstiegen und Abfällen. Diese spezielle Impulswelle verursacht periodische Spitzenspannungen am Motoreingang, die das Doppelte der Nennspannung erreichen. Aufgrund der extrem hohen Geschwindigkeit dieser Impulsüberspannungen entsteht eine erhebliche Ungleichmäßigkeit der elektrischen Feldverteilung in den Motorwicklungen. Obwohl die meisten Frequenzumrichter Motoren mit niedriger Spannung betreiben, ist die Ungleichmäßigkeit des elektrischen Feldes in ihren Wicklungen auf die spezielle Stromversorgungsmethode zurückzuführen.
Aufgrund der Anzahl und Länge der einzelnen Wicklungen eines Niederspannungs-Hochleistungsmotors tragen die erste und letzte Wicklung nahezu die gesamte Spannungsamplitude und sind daher besonders anfällig für Probleme. Analysen des Wicklungsprozesses zeigen zudem, dass die erste Wicklung einem relativ größeren Schaden ausgesetzt ist und somit ein höheres Risiko birgt. Aus diesem Grund bieten viele Motorenhersteller spezielle Schutzmaßnahmen für die erste und letzte Wicklung an. Bei Niederspannungs-Hochleistungs-Frequenzumrichtermotoren herrschen aufgrund der ungleichmäßigen Feldstärke und der steilen Spannungsspitzen an den Wicklungsenden ideale Bedingungen für die Entstehung von Koronaentladungen. Um diese zu verhindern, sollte für die Wicklungen ein spezieller, koronaresistenter Draht verwendet und die erste und letzte Wicklung mit besonderen Schutzmaßnahmen versehen werden.
Veröffentlichungsdatum: 31. Juli 2025