Warum fließt im Motor ein Wellenstrom? Wie lässt er sich verhindern und kontrollieren?

Wellenstrom ist ein häufiges und unvermeidbares Problem bei Hochspannungs- und Frequenzumrichtermotoren. Er kann die Lager des Motors stark beschädigen. Daher verwenden viele Motorenhersteller isolierende Lagersysteme oder Bypass-Maßnahmen, um Wellenstromprobleme zu vermeiden. Wellenstrom entsteht durch den Durchgang eines zeitlich veränderlichen magnetischen Flusses durch den Stromkreis aus Motorwelle, Lagern und Lagerkammer. Dieser induziert eine Wellenspannung auf der Welle und erzeugt beim Einschalten des Stromkreises Strom. Es handelt sich um ein physikalisches Phänomen mit niedriger Spannung und hohem Strom, das die Lager des Motors stark schädigt und sie durch Elektroerosion innerhalb kurzer Zeit zerstört. Der Motorkern besteht aus einem fächerförmigen Blech mit Nuten, die auf der Basis positioniert sind. Der geteilte Kern eines großen Motors und die Exzentrizität des Rotors sind entscheidende Faktoren für die Entstehung von Wellenstrom. Daher stellt der Wellenstrom das Hauptproblem bei großen Motoren dar.

Um Wellenstromprobleme zu vermeiden, müssen bei der Auswahl und Konstruktion von Bauteilen und Komponenten geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um die Ursachen für Wellenstrom theoretisch zu eliminieren. Die Anzahl der Nähte S am Umfang wird durch das Verhältnis zwischen S und dem größten gemeinsamen Teiler t der Polpaarzahl des Motors gesteuert und angepasst. Ist S/t gerade, sind die Bedingungen für die Erzeugung einer Wellenspannung nicht erfüllt, und es entsteht kein Wellenstrom. Ist S/t hingegen ungerade, ist die Wahrscheinlichkeit für Wellenspannung und damit auch für Wellenstrom sehr hoch. Selbst bei Industriemotoren mit hoher Frequenz können Wellenstromprobleme auftreten. Daher werden bei großen Motoren generell Maßnahmen zur Vermeidung von Wellenstrom ergriffen.

Darüber hinaus sind die Oberschwingungen von Frequenzumrichtern eine weitere Ursache für Wellenströme. Unabhängig von der Leistung des Frequenzumrichters kann es zu Wellenströmen kommen. Daher verwenden viele leistungsschwache Frequenzumrichter isolierte Lager, während die meisten Hochleistungsumrichter isolierte Lagerdeckel oder Isolationsmaßnahmen im Bereich der Wellenlager aufweisen. Um die Kompatibilität von Frequenzumrichtern mit Bauteilen herkömmlicher Industriemotoren zu gewährleisten, setzen einige Hersteller Bypass-Maßnahmen im Bereich der Lagerdeckel ein.