8 Fragen zu Umrichter

Der wichtigste Einsatzzweck von Frequenzumrichtern ist die Regelung der Drehzahl von Elektromotoren. Sie ermöglichen präzise Steuerung der Motorleistung, was zu einer höheren Energieeffizienz, einer besseren Anpassung an den Prozessbedarf und einer Reduzierung des Verschleißes führt. Frequenzumrichter finden Anwendung in verschiedenen Bereichen, wie z.B. in der Industrie, in der Gebäudetechnik und in der Antriebstechnik, um die Leistung von Pumpen, Ventilatoren, Förderbändern und anderen Maschinen zu optimieren.

Ein Frequenzumrichter ist ein elektronisches Gerät, das die Frequenz und Spannung eines elektrischen Signals verändert, um die Drehzahl und das Drehmoment von Elektromotoren zu steuern. Die Funktionsweise eines Frequenzumrichters lässt sich in mehrere Schritte unterteilen: 1. **Gleichrichtung**: Der Frequenzumrichter wandelt die eingehende Wechselspannung (AC) in Gleichspannung (DC) um. Dies geschieht in der Regel durch einen Gleichrichter, der aus Dioden besteht. 2. **Zwischenspeicherung**: Die erzeugte Gleichspannung wird in einem Zwischenkreis gespeichert, oft in Form von Kondensatoren. Diese Speicherung ermöglicht eine stabile DC-Versorgung für die nachfolgenden Schritte. 3. **Wechselrichter**: Der nächste Schritt ist die Umwandlung der Gleichspannung zurück in Wechselspannung, jedoch mit variabler Frequenz und Spannung. Dies geschieht durch einen Wechselrichter, der aus Transistoren oder IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) besteht. Der Wechselrichter schaltet die Gleichspannung in einer bestimmten Frequenz und Pulsbreite, um die gewünschte Ausgangsfrequenz zu erzeugen. 4. **Steuerung**: Die Steuerung des Frequenzumrichters erfolgt durch ein Steuerungssystem, das die Frequenz und Spannung anpasst, um die gewünschten Betriebsbedingungen des Motors zu erreichen. Dies kann durch verschiedene Regelalgorithmen geschehen, die auf den Anforderungen des Motors basieren. 5. **Ausgang**: Schließlich wird die erzeugte Wechselspannung an den Motor ausgegeben, wodurch dessen Drehzahl und Drehmoment entsprechend den Anforderungen gesteuert werden können. Frequenzumrichter finden Anwendung in verschiedenen Bereichen, wie z.B. in der Antriebstechnik, um die Energieeffizienz zu erhöhen und die Leistung von Elektromotoren zu optimieren.

Multi-Level-Umrichter werden hauptsächlich in der Leistungselektronik eingesetzt, um die Effizienz und Qualität der Stromversorgung zu verbessern. Sie sind besonders nützlich in Anwendungen, die hohe Spannungen und Ströme erfordern, wie zum Beispiel: 1. **Erneuerbareien**: In Wind- und Solaranlagen zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom. 2. **Antriebstechnik**: In elektrischen Antrieben, um die Leistung von Motoren zu steuern und zu optimieren. 3. **Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ)**: Für die Übertragung von Strom über große Entfernungen mit minimalen Verlusten. 4. **Energieverteilung**: In modernen Stromnetzen zur Verbesserung der Netzstabilität und -effizienz. Durch die Verwendung von Multi-Level-Umrichtern kann die Ausgangsspannung in mehreren Stufen erzeugt werden, was zu einer geringeren harmonischen Verzerrung und einer besseren Gesamtleistung führt.

Die Abkür (du/dt) Frequumrichtern steht die Spannungsänder pro Zeiteinheit also die Steil der Spannungsfl. Sie gibt an wie schnell die Spannung den Ausgangsklemmen Frequenzumrich ansteigt oderfällt. Ein (du/dtWert kann zu erhöht Spannungsbelast und elektromagnetischenörungen führen, weshalb manchen Anwendungen spezielle Filter Maßnahmen zur Begrenz des (du/dtWertes erforderlich sind

Bei der Verringerung der Frequenz unter die Bemessungsfrequenz eines Antriebsmotors muss auch die Spannung am Umrichter verringert werden, um das Verhältnis von Spannung zu Frequenz (U/f-Verhältnis) konstant zu halten. Dies ist wichtig, um den magnetischen Fluss im Motor zu kontrollieren und eine Übermagnetisierung oder Untermagnetisierung zu vermeiden. Ein konstanter magnetischer Fluss ist entscheidend für den effizienten Betrieb des Motors. Wenn die Frequenz gesenkt wird, ohne die Spannung entsprechend zu reduzieren, würde der magnetische Fluss im Motor ansteigen, was zu einer Übermagnetisierung führen könnte. Dies kann zu erhöhten Verlusten, Überhitzung und möglichen Schäden am Motor führen. Umgekehrt, wenn die Frequenz gesenkt wird und die Spannung nicht entsprechend angepasst wird, könnte der magnetische Fluss zu stark abnehmen, was zu einer unzureichenden Magnetisierung des Motors führt. Dies kann die Drehmomentfähigkeit des Motors verringern und seine Leistung beeinträchtigen. Daher wird die Spannung proportional zur Frequenz reduziert, um das U/f-Verhältnis konstant zu halten und den Motor in einem optimalen Betriebszustand zu halten.

Für die Absicherung eines Frequenzumrichters vom Typ 6SL3210-5BE13-7CV0 (Siemens SINAMICS G120C) wird ein Motorschutzschalter benötigt, der den spezifischen Anforderungen des Frequenzumrichters entspricht. Laut den technischen Daten des Frequenzumrichters hat dieser eine Nennleistung von 0,75 kW und eine Nennspannung von 380-480 V AC. Ein geeigneter Motorschutzschalter sollte folgende Eigenschaften haben: - Nennstrombereich passend zur Nennleistung des Frequenzumrichters (0,75 kW) - Einstellbarer Überlastschutz - Kurzschlussschutz Ein Beispiel für einen passenden Motorschutzschalter könnte der Siemens 3RV2011-1DA10 sein, der für Nennströme bis 1,6 A ausgelegt ist und somit gut zu einem 0,75 kW Motor passt. Es ist jedoch wichtig, die genauen Anforderungen und Empfehlungen des Herstellers zu überprüfen und gegebenenfalls einen Fachmann zu konsultieren, um sicherzustellen, dass der gewählte Motorschutzschalter den spezifischen Anforderungen des Frequenzumrichters entspricht. Weitere Informationen findest du auf der Siemens-Website: [Siemens SINAMICS G120C](https://new.siemens.com/global/en/products/automation/drives/sinamics-g120c.html)

Frequenzumrichter bieten viele Vorteile, aber es gibt auch einige Nachteile, die du beachten solltest: 1. **Kosten**: Frequenzumrichter können teuer in der Anschaffung sein, besonders für größere Motoren oder spezialisierte Anwendungen. 2. **Komplexität**: Die Installation und Konfiguration von Frequenzumrichtern kann komplex sein und erfordert oft spezielles Fachwissen. 3. **Wartung**: Frequenzumrichter benötigen regelmäßige Wartung und Überwachung, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. 4. **Störanfälligkeit**: Sie können empfindlich auf elektrische Störungen und Spannungsschwankungen reagieren, was zu Fehlfunktionen führen kann. 5. **EMV-Probleme**: Frequenzumrichter können elektromagnetische Störungen (EMV) verursachen, die andere elektronische Geräte beeinträchtigen können. Eine entsprechende Abschirmung und Filterung ist oft notwendig. 6. **Wärmeentwicklung**: Sie erzeugen Wärme, die abgeführt werden muss, um Überhitzung und Schäden zu vermeiden. 7. **Lebensdauer**: Die Lebensdauer von Frequenzumrichtern kann durch Faktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit und Staub beeinträchtigt werden. Diese Nachteile sollten im Kontext der spezifischen Anwendung und Anforderungen abgewogen werden.

Die Schlupfkompensation am Frequenzumrichter hat eine wesentliche Auswirkung auf das Drehzahlverhalten des Motors. Sie dient dazu, die Drehzahl des Motors stabil zu halten, insbesondere unter Lastbedingungen. Hier sind die Hauptauswirkungen: 1. **Konstante Drehzahl**: Durch die Schlupfkompensation wird der Schlupf, der durch Laständerungen verursacht wird, ausgeglichen. Das bedeutet, dass die Drehzahl des Motors auch bei wechselnden Lasten weitgehend konstant bleibt. 2. **Verbesserte Regelgenauigkeit**: Die Schlupfkompensation verbessert die Regelgenauigkeit des Motors, da der Frequenzumrichter die Frequenz und Spannung so anpasst, dass der Motor die gewünschte Drehzahl beibehält. 3. **Erhöhte Effizienz**: Durch die genaue Anpassung der Drehzahl an die Lastbedingungen kann der Motor effizienter arbeiten, was zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs führen kann. 4. **Reduzierter Verschleiß**: Eine konstante Drehzahl kann den mechanischen Verschleiß reduzieren, da plötzliche Drehzahländerungen minimiert werden. Insgesamt trägt die Schlupfkompensation dazu bei, die Leistung und Effizienz des Motors zu optimieren und seine Lebensdauer zu verlängern.