Bedarfsgerechte Regelung mit Frequenzumrichtern

Die Drehzahlregelung von elektrischen Motoren durch Frequenzumrichter bietet neben dem positiven Effekt in der Energiebilanz auch ein deutliches Plus an Komfort.

Mit dem Erscheinen der neuen EU-Verordnung (Ökodesign zur umweltgerechten Gestaltung von Elektromotoren) wird noch deutlicher, wie wichtig die bedarfsgerechte Regelung von Elektromotoren ist.

Alexander Heide
Die Komfortsteigerung zeigt sich in konstanten Temperaturen und gleichmäßigen Luftraten. Der Einsatz von Frequenzumrichtern rechnet sich durch den geringeren Energiebedarf der Motoren bzw. Ventilatoren in kurzer Zeit. Optimierte Gehäusedesigns bieten weiteres Einsparpotential. Mit dem Erscheinen der neuen EU-Verordnung (Ökodesign zur umweltgerechten Gestaltung von Elektromotoren) wird noch deutlicher, wie wichtig die bedarfsgerechte Regelung von Elektromotoren ist. So schreibt die Verordnung beispielsweise vor, dass ab dem Jahr 2015 Motoren, die unter der Effizienzklasse IE3 liegen ( Motoren der Effizienzklasse IE2 ), mit einer Drehzahlregelung ( Frequenzumrichter ) ausgestattet sein müssen. Bei falscher Anwendung bergen Frequenzumrichter Gefahrenquellen für die zu regelnden Motoren. Der folgende Beitrag erläutert die Funktionsweise von Frequenzumrichtern und schlägt sinnvolle Kombinationen mit zu regelnden Antrieben vor.

Grundlegende Funktionsweise der Frequenzumrichter
Frequenzumrichter werden üblicherweise mit 1~ oder 3~ Wechselstrom versorgt. Die Versorgungsspannung wird über einen Gleichrichter in Gleichspannung gewandelt und in einem so genannten Spannungs- Zwischenkreis gespeichert.

Je nach Bedarf wird aus dem Spannungs-Zwischenkreis Energie entnommen und über einen Wechselrichter an angeschlossene Motoren bzw. Antriebe abgegeben. Die Dosierung der abgegebenen Energie erfolgt über eine im Frequenzumrichter integrierte Regelung. Zum Beispiel werden Ventilatoren temperaturabhängig über die Auswertung von Temperatur-Sensoren geregelt. Die Frequenzumrichter modulieren die Frequenzen, die den angeschlossenen Motoren zugeführt werden. In einem gewissen Maß erfolgt üblicherweise auch eine Anpassung der Spannung am Ausgang.

Verfügbare Frequenzumrichter unterscheiden sich erheblich in ihrer Ausstattung mit Filtertechnik. Die meisten eignen sich aufgrund fehlender Filtertechnik nur für die Regelung von Antrieben, die speziell für Frequenzumrichterbetrieb zugelassen sind. Solche Standard-Frequenzumrichter ( z.B. Icontrol von Ziehl-Abegg ) werden für Ventilatoren mit Normmotoren z.B. in Klima-Kastengeräten verwendet.

Ein Großteil der in der Lüftungstechnik verwendeten Ventilatoren wird durch Außenläufermotoren angetrieben. Diese eignen sich bauartbedingt nur sehr eingeschränkt für den Betrieb mit Standard- Frequenzumrichtern. Zur Gewährleistung eines dauerhaften und problemlosen Betriebs dieser Außenläufermotoren empfiehlt sich der Einsatz von Frequenzumrichtern mit integriertem, allpolig wirksamem Sinusfilter. Für Frequenzumrichter mit dieser Filtertechnik ( z.B. Fcontrol ) gibt es bislang für den HLK-Bereich allerdings kaum Alternativen mit diesen Eigenschaften. Diese sind nun auch mit 1~ Netzversorgung und 1~ Ausgang für Wechselstrommotoren erhältlich. […]

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