Frequenzumrichter gehören zu den wichtigsten Komponenten der Automatisierungstechnik. Sie stellen Drehzahl und Drehmoment von Drehstrommotoren ein, indem sie Frequenz und Spannung der Versorgung verändern. Angesichts der Energiepreise in Deutschland sind sie längst nicht mehr nur eine Frage der Prozessqualität, sondern auch der Betriebskosten.
Wie ein Frequenzumrichter arbeitet
Der Umrichter wandelt die feste Netzfrequenz in drei Stufen um:
- Gleichrichter: wandelt den Wechselstrom über eine Diodenbrücke in Gleichstrom
- Zwischenkreis: glättet die Gleichspannung über Kondensatoren
- Wechselrichter: erzeugt daraus mit IGBTs und Pulsweitenmodulation wieder Wechselspannung, jetzt mit einstellbarer Frequenz
Über Frequenz und Spannung lässt sich die Drehzahl stufenlos von null bis über die Nenndrehzahl hinaus einstellen.
Wo sich der Einsatz lohnt
Der wichtigste Grund ist die Energieeinsparung. Bei Pumpen und Lüftern spart eine Drehzahlreduzierung um 20 Prozent rund die Hälfte der Antriebsenergie, weil die Leistung nach den Affinitätsgesetzen mit der dritten Potenz der Drehzahl geht.
Dazu kommen:
- Sanftes Anfahren und Bremsen entlastet Riemen, Getriebe und Kupplungen
- Genaue Prozessführung durch stufenlose Drehzahlvorgabe
- Weniger Verschleiß, weil mechanische Drosselung über Klappen und Ventile entfällt
- Besserer Leistungsfaktor und damit geringere Blindleistung
- Integrierter Motorschutz mit Überlast-, Überstrom- und Phasenausfallerkennung
Typische Einsatzfälle
- Lüftungs- und Klimatechnik: Drehzahlregelung von Ventilatoren und Pumpen
- Fördertechnik: variable Bandgeschwindigkeit in Materialfluss und Verpackung
- Kompressoren: bedarfsgerechte Drucklufterzeugung
- Rührwerke: genaue Drehzahl bei Chargenprozessen
- Zentrifugen: definierte Hoch- und Auslaufkurven
- Wickelantriebe: konstanter Bahnzug beim Auf- und Abwickeln
Was bei der Parametrierung zu setzen ist
Bei der Inbetriebnahme müssen diese Werte stimmen:
- Motortypenschilddaten: Nennspannung, Nennstrom, Nennfrequenz, Nenndrehzahl und Nennleistung
- Hoch- und Rücklaufzeiten: in Sekunden, passend zur Mechanik
- Drehzahlgrenzen: minimale und maximale Frequenz
- Regelungsart: U/f-Kennlinie, geberlose Vektorregelung oder Vektorregelung mit Geber
- Ein- und Ausgänge: analoge Sollwertvorgabe, digitale Freigabe und Meldekontakte
Falsch eingetragene Typenschilddaten sind die häufigste Ursache für Antriebe, die sich merkwürdig verhalten, ohne eine Störung zu melden.
Anbindung an die SPS
Moderne Umrichter kommunizieren über PROFINET, EtherNet/IP oder Modbus TCP mit der Steuerung. Die SPS gibt Sollwerte vor, liest Zustand, Istdrehzahl und Strom zurück und wertet Störmeldungen aus, ganz ohne zusätzliche Verdrahtung.
Antriebstechnik bei ED WARTENS Deutschland
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