Frequenzumrichter

Mit einem Frequenzumrichter wird aus einem Standardmotor ein Antriebssystem mit veränderlicher Drehzahl. Frequenzumrichter übernehmen die elektronische Drehzahlverstellung von Antrieben.

Frequenzumrichter: dezentral oder zentral montiert

Wird ein Antrieb mit veränderlicher Drehzahl benötigt, kommen Frequenzumrichter zum Einsatz. Sie können Wechsel- oder Drehstrom in Frequenz und Spannungshöhe umwandeln. Dabei gibt es Systeme, bei denen der Frequenzumrichter zentral im Schaltschrank montiert ist. Auch die dezentrale Montage direkt an der Maschine ist möglich. Bei Kompaktantrieben ist der Frequenzumrichter Bestandteil des Gerätes; diese haben Vorteile bei der Montage und in Bezug auf die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Für die unterschiedlichen Montagemöglichkeiten sind die Geräte in entsprechenden Schutzarten ausgeführt: Es gibt Varianten mit Schutzarten von IP10 oder IP20 bis hin zu staub- und wassergeschützten Geräten in IP65 oder IP67.

Spitzenmodell SK 540E mit integrierter Basis-SPS-Funktionalität (Foto: Nord)

Die SK 500E-Baureihe kompakter Frequenzumrichter für die Installation im Schaltschrank erweitert Nord Drivesystems um das neue Spitzenmodell SK 540E mit integrierter Basis-SPS-Funktionalität. Auch anspruchsvolle Anwendungen sind damit für den kompakten Umrichter kostengünstig ohne Unterstützung durch eine externe Steuerung beherrschbar. Der neue Umrichtertyp macht es zum Beispiel möglich, bei Pumpenantrieben Überwachungsfunktionen einzubinden und autark auf Schwankungen von Durchflussmengen zu reagieren.

Frequenzumrichter steuern periodische Beschleunigungs- und Bremsvorgänge

Der elektronische, statische Frequenzumrichter besteht aus drei Komponenten: Gleichrichter, Gleichstromzwischenkreis und Wechselrichter. Zunächst wandelt der Gleichrichter die dreiphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung. Diese wird an den Gleichstromzwischenkreis abgegeben. Schließlich erzeugt der Wechselrichter eine neue Spannung. Durch diesen Aufbau kann der Frequenzumrichter die Höhe der Ausgangsspannung oder ihre Frequenz regeln. Da die Frequenz des Stromes wiederum die Drehzahl des Motors beeinflusst, kann die Motordrehzahl über den Umrichter geregelt werden. Auf diese Weise können die Frequenzumrichter periodische Beschleunigungs- und Bremsvorgänge steuern. Anwendungen, in denen Frequenzumrichter ihre Stärken zeigen, sind beispielsweise die Positionier- und Mehrachsregelung. So findet man die Geräte unter anderem in Prüfständen, Pressen, Hub- und Fördereinrichtungen. Auch in der Verpackungs- und Handhabungstechnik, in Lüftern und Pumpen werden Frequenzumrichter verwendet.

Motoren mit Frequenzumrichter sind energieeffizient

Hohe Läuferverluste bei direktem Einschalten von Drehstrommotoren ans Netz reduziert der Frequenzumrichter. Denn er steigert die Frequenz kontinuierlich mit der Rotordrehzahl. Verfügt das Gerät optional über eine Netzrückspeisung, spart es auch beim Bremsen Energie. Denn dann kann frei werdende kinetische Energie zurück ins Netz gegeben werden. Zudem verlängert der Frequenzumrichter die Lebensdauer der Anlage: Einerseits werden die Motoren mit Frequenzumrichter weniger thermisch belastet, andererseits laufen sie gleichmäßiger. Allein durch diese Energieeinsparung kann sich ein Frequenzumrichter schon nach wenigen Jahren amortisieren.

Niederspannungsumrichter - Umrichterreihe Sinamics der Siemens-Division Drive Technologies (Foto: Siemens)

Die Siemens-Division Drive Technologies erhöht die Leistungsobergrenze der Umrichterreihe Sinamics G150 von 1.500 auf 2.700 Kilowatt. Diese Niederspannungsumrichter sind für Anwendungen ohne Netzrückspeisung geeignet, zum Beispiel wenn Stoffe bewegt, gepumpt oder verdichtet werden müssen. Durch den drehzahlvariablen Betrieb mit Frequenzumrichtern wird Energie gespart, bei Pumpen, Lüftern und Kompressoren bis zu 70 Prozent. Die Schrankgeräte können an Zwei-Wicklungstransformatoren angeschlossen werden.

Frequenzumrichter mit verschiedenen Busanbindungen

Um die Bedienung und die Inbetriebnahme der Frequenzumrichter zu vereinfachen, verfügen einige Modelle über eingebaute Anzeigen oder Bedienterminals. So finden sich beispielsweise Frequenzumrichter mit graphischem Klartextdisplay und über 27 Sprachen sowie einer Kopierfunktion auf dem Markt. Sie sollen dem Anwender dabei helfen, Informationen über den Status des Antriebs sowie eventuelle Fehlermeldungen zu erhalten. Um die Geräte in bereits bestehende Anlagen zu integrieren, sind meist verschiedene Busanbindungen möglich, von Profibus über Interbus bis hin zu Canopen. Sind zusätzlich Funktionen integriert, erhöht sich auch die Anlagensicherheit. Vor allem durch den vermehrten Einsatz von umrichtergespeisten Drehstromantrieben haben Frequenzumrichter an Bedeutung gewonnen.

8400 motec Drive Packages von Lenze (Foto: Lenze)

Elektrische Energie lässt sich mit dem Einsatz von Frequenzumrichtern besonders sparsam in Bewegung umsetzen – vor allem direkt am Prozess. Weil sich mit der dezentralen Antriebstechnik Funktionen dahin transferieren lassen, wo sie wirklich gebraucht werden, schaffen derartige Lösungen besonders in räumlich ausgedehnten Anlagen der Montage- und Handhabungstechnik echten Mehrwert. Der Frequenzumrichterbetrieb schafft die Grundlage dafür, mit höherer Drehzahl die Leistung der Motoren zu steigern.

Frequenzumrichter: Video von NORD Drivesystems

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