Den Frequenzumrichter benötigt man in der Regel beim Betrieb von Elektromotoren und elektrischen Antrieben.
Nun, was ist die Aufgabe und Funktion eines Frequenzumrichters?
Werden in einem Frequenzumrichter wirklich Frequenzen umgerichtet wie der Name sagt?
Worauf muss man beim Kauf und beim Betrieb achten? Und wieviel kostet so ein Gerät? Vor allem, wie wird der Frequenzumrichter angeschlossen? Welche Anforderungen muss ich an den Frequenzumrichter stellen?
Aufgabe des Frequenzumrichters
Zunächst zur Aufgabe eines Frequenzumrichters.
Durch den Frequenzumrichter lassen sich sowohl Synchron-, als auch Asynchronmotoren je nach Last mit Strom versorgen.
Eine typische Anwendung für Frequenzumrichter sind z.B. drehzahlregelbare Frässpindeln für CNC Maschinen.
Die Hauptaufgabe des Frequenzumrichters besteht darin, dass er die gleichförmige Wechselspannung, die das örtliche Stromnetz bietet, in eine Wechselspannung umwandelt, deren Amplitude und Frequenz veränderbar ist.
Würde man einen Drehstrommotor direkt an einem Drehstromnetz anschließen, so würde dieser nur mit der für die Netzfrequenz typischen Konstantdrehzahl laufen. Eine Drehzahlregelung wäre nicht möglich.
Durch die Steuerung von Frequenz und Spannung ist eine stufenlose Regelung der Drehzahl bzw. des Moments beim Drehstrommotor möglich.
Frequenzumrichter können je nach Typ den Einphasenbetrieb (normales Haushaltsstromnetz) oder auch für den Dreiphasenbetrieb (Drehstromnetz) geeignet sein.
Frequenzumrichter helfen außerdem die Anlaufspitzenströme des Motors abzupuffern, damit dabei das Versorgungsnetz störungsfrei bleibt.
Und wie ist ein Frequenzumrichter jetzt genau aufgebaut? Im Folgenden zeige ich dir den schematischen Aufbau.
Aufbau und Funktionsweise eines Frequenzumrichters
Beim Einsatz von Drehstrommotoren wird ein Frequenzumrichter benötigt um die Drehzahl des Motors zu steuern. Nachfolgend erläutere ich dir die wichtigsten Elemente des Frequenzumrichters anhand des dargestellten Schaubildes.
1) Gleichrichtung
Zuerst besitzt ein Frequenzumrichter im Inneren eine Gleichrichter Brückenschaltung. Mit dieser wird die eingehende Wechselspannung vom Netz (3 Phasen L1, L2, L3) in eine Gleichspannung gerichtet. .
2) Zwischenkreis
Der Gleichspannungsstromkreis der durch einen Pufferkondensator geglättet wird, wird als Zwischenkreis bezeichnet. Weiterhin befindet sich im Zwischenkreis manchmal auch eine Induktivität (Spule) um starke Stromschwankungen zu drosseln.
3) Wechselrichtung
Weiterhin wird mit der nachgeschalteten Wechselrichtschaltung die bereits geglättete Spannung aus dem Zwischenkreis in eine dreiphasige Drehspannung umgewandelt.
Für diese Funktion sind in der Wechselrichtschaltung oft so genannte GTO- Thyristoren und IGBT-Transistoren vorhanden.
4) Pulssteller
Außerdem ist der Motor am Ausgang des Frequenzumrichters angeschlossen. Durch diesen Ausgang fließt der Strom, der durch den Frequenzumrichter entsprechend geformt wurde. Damit der abgegebene Strom ohne Spitzen bleibt, halten hochfrequente Pulssteller diese möglichst niedrig.
5) Regelelektronik
Nicht zuletzt kann mit Hilfe einer Regelelektronik eine Drehzahl-/Drehmoment oder Stromregelung des Motors umgesetzt werden. (s. auch Wikipedia – Kaskadenregelung)
Für weitere Details zur elektronischen Funktion findet Ihr auf Wikipedia einen guten Artikel. Link zum Wikipediaartikel über Frequenzumrichter
Ausgangsspannung
Schließlich ist die so erzeugte Ausgangsspannung eines Frequenzumrichters entweder ein- oder dreiphasig. Außerdem liegt die Ausgangsspannung in der Regel zwischen 230 und 480 Volt.
Für kleinere Motoren, die mit einer Spannung von 230/400 Volt laufen, gibt es einphasige Frequenzumrichter mit 230 Volt Eingangsspannung.
Diese stellen dem Motor dann eine dreiphasige Spannung bis zur Höhe von 230 Volt bereit. Dabei dürfen nur Motoren mit der Angabe 230/ 400 Volt betrieben werden, die im Dreieck verschaltet sind.
Anschließen eines Frequenzumrichters
Bei einem Dreiphasen Frequenzumrichter (FU) die stromführenden Phasen (L1, L2 und L3) an den ensprechend gekennzeichneten Anschlüssen am FU angeschlossen. Der Nullleiter L0 besitzt einen seperaten Anschluss. Ebenso die Erdung bzw. der Schutzleiter (PE).
Achtung, überlasse das elektrische Anschliessen nur entsprechend geschultem Fachpersonal!
Hinweise für die Inbetriebnahme
Abschließend noch ein Hinweis für die Inbetriebnahme: Aufgrund der Zwischenkondensatoren im Frequenzumrichter liegt auch nach dem Ausschalten des Netzschalters noch eine Spannung im Gerät an.
Aus diesem Grund muss geschultes Fachpersonal vor dem Öffnen des Geräts noch mindestens zehn Minuten warten (bzw. Spannungsfreiheit prüfen) bis das Gerät geöffnet werden darf.
Weiterhin ist der Betrieb von Frequenzumrichtern nur erlaubt, wenn diese den deutschen Normen und Standards (z.B. CE Kennzeichnung) entsprechen.
Zuletzt möchte ich noch warnen: Frequenzumrichter ohne sorgfältige Rückspeisefilterung können das Stromnetz unzulässig stark stören. Das kann beim Netzbetreiber oder den Nachbarn zu starken Spannungsschwankungen führen.
Welche Erfahrungen hast du mit einem Frequenzumrichter gemacht?
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hallo, irgendwo hab ich mal gelesen, dass der FU auch die Phasen des Motors überwacht. will sagen, dass , wenn eine motorphase ausfällt, der FU zur eigenen Sicherheit abschaltet.
Ist das so ?
man kann es niergenwo in den beschreibungen finden.
Ist jemand darüber informiert, ob man die Wechselstromfrequenz – z.B. von 60 Hz auf 65 Hz – anheben kann. Wäre für eine Antwort sehr dankbar.
Top
Kann man so einen Frequenzumrichter auch zur Leistungsregelung einer Heizung (Boiler, Marmorheizung) verwenden. Wobei hier nicht die Ausgangsleistung (Leistung der Heizung) maßgeblich geregelt werden soll, sondern die aufnehmende Leistung. Weshalb z.B. eine Phasensteuerung mit Nulldurchgangserkennung nicht geeignet ist, da eine Halbwelle immer voll, also mit kompletter Leistungsaufnahme durchkommt.
(Anwendung: Reduktion der Leistungsaufnahme um nur PV Strom zu verwenden)
Hallo. ist eine nette Beschreibung.
Nur: es heißt schon seit Ewigkeiten nicht mehr
Nullleiter. Entweder Neutralleiter wie hier gemeint
oder PEN-Leiter.
Grüße
Ganz deiner Meinung!