Was ist die Funktion des Frequenzumrichters?

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Vom Frequenzumrichter hört man häufig beim Betrieb von Elektromotoren oder ähnlichen elektrischen Antrieben.

Aber was ist eigentlich die Funktion eines Frequenzumrichters? Und wozu genau benötigt man diesen? 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

Small VFD 2

Frequenzumrichter (Quelle: Wikipedia)

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.

Blockschaltbild eines Frequenzumrichters

Frequenzumrichter Aufbau

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

Letztes Update am 14. November 2018 17:07

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 einen elektrischen Anschluss nur einem entsprechend geschulten 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.

Letztes Update am 14. November 2018 17:07

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