Funktion der Drehzahlregelung mit Frequenzumrichtern

Prozesse über Frequenzumrichter optimieren – Energiekosten sparen

Michael Burghardt, Produktmanager

Elektronische Drehzahlregelungen erobern immer mehr die Welt der Produktionsanlagen und der Gebäudeautomatisierung. Kaum ein Bereich, der nicht über Frequenzumrichter versucht, seine Produktionsprozesse zu optimieren und – mit Blick auf die steigenden Energiekosten und die Umweltdebatte – seine Anlagen so energieeffizient wie möglich zu betreiben. Doch wie arbeitet ein Frequenzumrichter?

Frequenzumrichter haben einen großen Einfluss auf die moderne Antriebstechnik. Nicht zuletzt waren sie es, die die kostengünstigen, robusten und wartungsarmen Drehstromasynchronmaschinen zum Standardmotor in vielen Anwendungen machten. Und elektronische Drehzahlsteuerung machte an vielen Stellen eine Prozessoptimierung, die Steigerung der Produktqualität und eine bessere Auslastung der Produktionslinien überhaupt erst möglich. Die Miniaturisierung in der Elektronik half, kompaktere Anlagen zu bauen und eine Vielzahl neuer Funktionen im Sicherheits- und Steuerungsbereich bereitzustellen.

Im Augenblick zählen moderne Frequenzumrichter zu den effektivsten Mitteln, um für die in der Diskussion um Klimawandel und Erderwärmung geforderte Energieeinsparung zu sorgen.

Frequenzumrichter – prinzipieller  Aufbau
Seit Einführung serienreifer Produkte vor 40 Jahren hat sich der prinzipielle Aufbau ebenso wenig verändert wie seine primäre Aufgabe: Die Regelung der Drehzahl eines Drehstromasynchronmotors, Abb.1. Zwischen der Frequenz des speisenden Netzes und der Drehzahl des angeschlossenen Asynchronmotors besteht ein direkter Zusammenhang.

Die Idee ist nun, die Frequenz der Speisung zu variieren und damit die Drehzahl des Motors zu regeln. Damit eine solche Regelung funktionieren kann, muss der Frequenzumrichter neben der Frequenz auch die Höhe der Ausgangsspannung anpassen. Soll beispielsweise ein Motor, der für 400V/50Hz ausgelegt ist, mit 25 Hz betrieben werden, senkt er auch die Spannung auf die Hälfte ab.

Bei Geräten, die dieses sogenannte U/f-Verhältnis konstant halten, sprechen Fachleute von spannungsgeführten Umrichtern. Demgegenüber halten sog. stromgeführte Umrichter im größeren Megawattbereich das Strom-Frequenz-Verhältnis ( I/f ) konstant. Bis in den unteren Megawattbereich hinein sind heute spannungsgeführte Varianten Stand der Technik. […]