Frequenzumrichter (FU) sind elektronische Bauteile. Sie verändern die Frequenz und die Amplitude des Stroms am Eingang variabel und ermöglichen es so, die Drehzahl von Elektromotoren bedarfsgerecht zu regeln. Nötig ist das zur Anfahrstrombegrenzung oder zum Einsparen der Betriebskosten. Letztere sinken mit dem Frequenzumrichter teils stark, da angeschlossene Asynchronmotoren auf diese Weise nie mehr Energie verbrauchen als tatsächlich nötig. Deutsche-Thermo.de erklärt, wie ein solcher Frequenzumrichter funktioniert. Wir informieren über Vorteile und zeigen die wichtigsten Einsatzgebiete auf.
Die Themen im Überblick
Frequenzumrichter ermöglichen die Drehzahlregelung von Motoren
Beziehen elektrische Motoren Strom aus dem Netz, arbeiten sie je nach Frequenz und Polzahl immer mit der gleichen Drehzahl. Bei vielen Anwendungen ist das jedoch entweder nicht ausreichend oder mit einem unnötig hohen Energieverbrauch verbunden. Frequenzumrichter helfen, die Probleme in den Griff zu bekommen. Denn sie verändern die Parameter des Stroms an der Eingangsseite so, dass der angeschlossene Motor in seiner Drehzahl variabel arbeitet. Und das in einem sehr großen Bereich zwischen null und der auf dem Typenschild ablesbaren Nenndrehzahl.
Die wichtigsten Vorteile der zusätzlichen Technik:
- Prozesse lassen sich besser steuern
- Betriebskosten sinken teils erheblich
Zum Einsatz kommen Frequenzumwandler dabei theoretisch bei allen Wechselstrom-Motoren. Durch die höheren Anschaffungskosten ist jedoch zu prüfen, ob sich ausreichend hohe Einsparungen ergeben.
Übrigens:
Frequenzumrichter sind eine interessante Alternative zu Softstartern, wenn es um die Begrenzung des Anfahrstromes elektrischer Maschinen geht. Ihr Vorteil ist hier der geringe Drehmomentverlust im gesamten Drehzahlbereich.
Vorteile und Gründe für den Einsatz der Umrichter der Netzfrequenz
Frequenzumrichter kommen aus verschiedenen Gründen zum Einsatz. So zum Beispiel zur Steuerung von Prozessen, zur Anfahrstrombegrenzung und zur Energieeinsparung.
Frequenzumrichter ermöglichen die Drehzahlsteuerung von Motoren
Ein Grund für den Einsatz ist die Steuerung der Drehzahl, um die Geschwindigkeit von Prozessen zu beeinflussen. So lassen sich Motoren sanft verlangsamen oder beschleunigen, wenn es die aktuelle Situation erfordert. Ohne den FU wäre das nicht möglich. Hier würden Anlagen bei Netzfrequenz immer mit der gleichen Drehzahl bzw. Geschwindigkeit laufen. Der Vorteil von Frequenzumrichtern liegt hier darin, dass auch bei geringen Drehzahlen kaum Drehmoment verloren geht.
Umrichter der Netzfrequenz für die Begrenzung des Anfahrstromes
Ein weiterer Grund für den Einsatz der Technik ist die Möglichkeit, Anfahrströme einfach und ohne wesentlichen Kraftverlust reduzieren zu können. Nötig ist das, da Motoren beim Anlaufen ein hohes Trägheitsmoment überwinden müssen. Das erfordert mehr Kraft und belastet das Stromnetz. Mit einer Anfahrstrombegrenzung steigt die Drehzahl allmählich, wodurch sich der Strombedarf reduzieren lässt. Vorteil ist, dass Planer kleinere Stromerzeuger wählen und Netze günstiger auslegen können.
Frequenzumrichter für hohe Energieeinsparungen in der Industrie
Ein dritter Grund für den Einsatz der Technik ist die Energieeinsparungen, die mit der Verwendung einhergeht. Denn im Gegensatz zu konventionellen Anlagen arbeiten Maschinen, Lüfter und technische Prozesse mit Frequenzumrichter bedarfsgerecht. Sie senken ihre Drehzahl so weit wie möglich ab und verbrauchen nie mehr Strom als nötig. Das führt zu einem geringeren Verschleiß und einem geringeren Stromverbrauch. Beides lässt die Betriebskosten sinken.
Übrigens:
Frequenzumrichter sind eine gute Möglichkeit, den eigenen CO2-Fußabdruck zu reduzieren. Denn mit dem Stromverbrauch sinkt auch der Treibhausgasausstoß. Außerdem begünstigt der geringere Strombedarf den Einsatz von Anlagen zur Nutzung regenerativer Energien wie der Photovoltaik.
Die wichtigsten Vorteile der Umrichter für die Frequenz im Überblick
Die Übersicht fasst die Vorteile der Frequenzumrichter zusammen und zeigt Gründe für den Einsatz der Technik:
- hohe Energieeinsparung um bis zu 40 Prozent
- effektive Anfahrstrombegrenzung ohne Kraftverlust
- weniger Pole als bei Stern-Dreieck-Anfahrschaltung
- bedarfsgerechte Steuerung verschiedener Prozesse
- einfache Geschwindigkeitsregulierung von Maschinen
- direkter Wechsel der Drehrichtung von Antrieben
- sanfter Anlauf von Pressen und anderen Anlagen
- günstigere Auslegung von Kabeln und Sicherungen
- einfache Parametrierung der Frequenzumwandler
- reduzierter Verschleiß von Maschinen und Prozessen
- sinkende Betriebskosten und höhere Wirtschaftlichkeit
- CO2-Ausstoß sinkt durch geringeren Stromverbrauch
Nachteilig sind die vergleichsweise hohen Kosten, die sinkende Betriebsausgaben in der Regel aber ausgleichen. Ob das im Einzelfall so funktioniert, prüft ein Anbieter oder Fachhandwerker im Rahmen einer individuellen Beratung.
Für viele Einsatzbereiche sind die Frequenzumrichter unerlässlich
Frequenzumwandler kommen in nahezu allen Bereichen zum Einsatz, in denen die Netzfrequenz zu verändern ist. So zum Beispiel bei Bahnen, Pumpen, Lüftern, Fertigungsmaschinen, Kränen, Fortbewegungsmaschinen oder bei Servomotoren in der Industrie. In all diesen Feldern spielen sie ihre Vorteile aus, um Anlagen und Prozesse bedarfsgerecht, effizient und sparsam betreiben zu können.
Wichtig zu wissen:
Wer Frequenzumrichter und Generatoren (Notstromaggregat oder unterbrechungsfreie Stromversorgung) kombinieren möchte, darf Generatoren nur zu 20 bis 40 Prozent belasten. Grund für die Überdimensionierung sind Oberschwingungen der Frequenzwandler.
Aufbau und Funktionsweise der hilfreichen Bauteile einfach erklärt
Frequenzumrichter bestehen im Wesentlichen aus einem Gleichrichter, einem Zwischenkreis und einem Wechselrichter. Der Gleichrichter nimmt den ankommenden Wechselstrom auf und erzeugt Gleichstrom. Dieser wird im Zwischenkreis stabilisiert, bevor der Wechselrichter einen in Frequenz um Amplitude variablen Wechselstrom bereitstellt. Die entsprechenden Parameter erhält er dabei von einer integrierten Regelung, dem Steuerkreis. Diese nimmt Signale aus der Anlage auf und sorgt dafür, dass die Ausgangsfrequenz dem aktuellen Bedarf des Elektromotors entspricht.
Übrigens:
Ist ein Frequenzumwandler busfähig, lässt er sich direkt in eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) integrieren. Das ermöglicht eine einfache und effiziente Steuerung von Maschinen und Prozessen.
Verschiedene Bauarten der Frequenzumrichter und ihre Unterschiede
Abhängig vom Einsatzgebiet lassen sich verschiedene Bauarten von Frequenzwandlern unterscheiden. So gibt es stromgeführte und spannungsgeführte Anlagen. Was diese voneinander unterscheidet, zeigt die folgende Tabelle.
| — | Stromgeführter Frequenzumrichter | Spannungsgeführter Frequenzumrichter |
|---|---|---|
| Beschreibung | Anlagen halten das Verhältnis von Strom und Frequenz konstant | Anlagen halten das Verhältnis von Spannung und Frequenz konstant |
| Einsatzbereich | Leistung im oberen Megawattbereich | Leistungen im Kilowatt- und im unteren Megawattbereich |
Darüber hinaus lassen sich Frequenzumwandler auch nach ihrem Einbauort unterscheiden. Erhältlich sind dabei Zentralgeräte für den Schaltschrankeinbau oder die Wandmontage, dezentrale Umrichter sowie Motorstarter.
Geht es um den Funktionsumfang, bieten Hersteller einfache Geräte mit parametrierbaren Rampen, Umrichter mit weiteren Regelfunktionen sowie frei programmierbare Frequenzumrichter. Entscheidend für die Auswahl ist dabei in aller Regel der individuelle Bedarf.
Unser Tipp:
Planen Sie Frequenzumrichter ein, die den benötigten Funktionsumfang genau decken, um Kosten zu sparen. Denn mit den möglichen Regelfunktionen steigen auch die Anschaffungskosten der Bauteile.
FAQ: Häufig gestellte Fragen und verständliche Antworten zum Thema
Was ist ein Frequenzumrichter und welche Aufgabe erfüllt er?
Der Umrichter für die Netzfrequenz oder auch Frequenzumwandler verändert Frequenz und Amplitude der Wechselspannung aus dem Netz. Auf diese Weise ist es möglich, die Drehzahl von Motoren und Prozessen bedarfsgerecht zu steuern. Betreiber können den Anlaufstrom begrenzen, um Anlagen zu entlasten und durch den bedarfsgerechten Energieverbrauch Betriebskosten einsparen.
Welche Vorteile hat ein Frequenzumwandler für die Industrie?
Frequenzumrichter ermöglichen es, mit der Frequenz die Drehzahl zu verändern. Sie sparen viel Energie, lassen Anlagen sanft an- oder auslaufen und verringern den Verschleiß von Maschinen und Prozessen. Sie senken die Betriebskosten, sind in aller Regel einfach parametrierbar und ermöglichen einen direkten Wechsel der Drehrichtung, was vor allem für Fertigungsmaschinen von Vorteil ist.
In welchen Bereichen kommen Umrichter heute zum Einsatz?
Zur Anwendung kommen Frequenzumwandler bei Bahnen, Motoren, Maschinen, Kränen, Lüftern, Pumpen, Förderbändern oder Servomotoren. Kurz gesagt: Überall dort, wo Drehzahlen und Geschwindigkeiten bedarfsgerecht zu variieren sind.
Bei welcher Leistung ist welcher Frequenzumrichter erforderlich?
Geht es um Einsätze im unteren Megawatt- oder im Kilowatt-Bereich, kommen spannungsgeführte Umrichter zum Einsatz. Diese sorgen für ein konstantes Verhältnis von Frequenz und Spannung. Im oberen Megawatt-Bereich sind stromgeführte Geräte nötig. Diese sorgen für ein konstantes Verhältnis aus Strom und Frequenz.
Wirkt sich ein FU auf die Auslegung von Notstromaggregaten aus?
Da Frequenzumrichter Oberschwingungen erzeugen und so die Netzqualität verringern, sind Notstromaggregate und andere Stromerzeuger größer auszulegen. Hersteller empfehlen eine Belastung von maximal 20 bis 40 Prozent. Wie groß diese im individuellen Fall sein sollte, erfahren Planer von den Generator- und den FU-Herstellern.
