Frequenzumrichter, Sanftanlasser und Drehzahlsteuerung – Methoden zur Motorsteuerung im Überblick.
n_s = (f × 60) / pDrehzahl in Abhängigkeit von Frequenz und Polpaarzahl
U/f = konstantKonstantes Verhältnis für vollständiges Drehmoment
Die Drehzahlregelung elektrischer Antriebe ermöglicht es, Motoren flexibel an unterschiedliche Prozessanforderungen anzupassen. Von einfachen Sanftanläufern bis zu hochdynamischen Servoantrieben gibt es verschiedene Lösungen für jeden Einsatzfall.
Dieser Ratgeber erklärt die gängigen Methoden zur Drehzahlsteuerung und deren Vor- und Nachteile.
| Methode | Drehzahl regelbar | Anlaufstrom | Kosten | Anwendung |
|---|---|---|---|---|
| Direktstart (DOL) | Nein | 6-8 × I_N | Niedrig | Einfache Antriebe |
| Stern-Dreieck | Nein | 2-3 × I_N | Niedrig | Pumpen, Lüfter |
| Sanftanlauf | Nein | 3-4 × I_N | Mittel | Schonender Anlauf |
| Frequenzumrichter | Ja (0-100%) | 1-1,5 × I_N | Hoch | Prozesse, Förder |
| Servoantrieb | Ja, hochdynamisch | Gering | Sehr hoch | Positionierung |
| Stufe | Funktion | Komponenten |
|---|---|---|
| Gleichrichter | AC → DC | Dioden, Thyristoren |
| Zwischenkreis | Glättung | Kondensatoren |
| Wechselrichter | DC → AC variabel | IGBTs |
| Verfahren | Beschreibung | Dynamik |
|---|---|---|
| U/f-Steuerung | Spannung/Frequenz konstant | Niedrig |
| Vektorsteuerung | Strom-/Flusskontrolle | Mittel |
| Feldorientierte Regelung | Drehmoment-Direktkontrolle | Hoch |
Thyristoren regeln die Spannung beim Anlauf stufenlos hoch:
| Phase | Spannung | Drehmoment |
|---|---|---|
| Start | ~30% | Reduziert |
| Rampe | 30-100% | Steigend |
| Betrieb | 100% | Voll |
| Vorteil | Nachteil |
|---|---|
| Reduzierter Anlaufstrom | Keine Drehzahlregelung |
| Schonend für Mechanik | Verluste im Betrieb |
| Günstiger als FU | Nur für Anlauf/Auslauf |
Synchrondrehzahl: n_s = (f × 60) / p
| Polzahl | Polpaare | n bei 50 Hz |
|---|---|---|
| 2 | 1 | 3000 1/min |
| 4 | 2 | 1500 1/min |
| 6 | 3 | 1000 1/min |
| 8 | 4 | 750 1/min |
Asynchronmotor: n = n_s × (1 - s)
Schlupf s ≈ 2-5%
| Frequenz | Drehzahl (4-pol) | Bemerkung |
|---|---|---|
| 0 Hz | 0 1/min | Start |
| 25 Hz | 750 1/min | Halbe Drehzahl |
| 50 Hz | 1500 1/min | Nennbetrieb |
| 87 Hz | 2600 1/min | Feldschwächung |
| Maßnahme | Zweck |
|---|---|
| Netzfilter | Oberschwingungen reduzieren |
| Motorfilter/Drossel | dU/dt begrenzen |
| Geschirmtes Kabel | Abstrahlung verhindern |
| 360° Schirmklemme | EMV-gerechter Anschluss |
Aufgabe
Ein Lüfter mit 4-poligem 7,5 kW Motor soll drehzahlgeregelt werden.
Lösung
11 kW FU mit quadratischer Kennlinie für Lüfterantrieb.
DIN EN 61800: Elektrische Leistungsantriebssysteme
DIN VDE 0100-520: Kabel- und Leitungsanlagen (EMV)
DIN EN 55011: Industrielle Funkstörungen
Wichtige Festlegungen:
Drehzahlregelung – Zusammenfassung:
Methoden:
| Typ | Drehzahl | Anlaufstrom |
|---|---|---|
| DOL | Konstant | 6-8 × I_N |
| Sanftanlauf | Konstant | 3-4 × I_N |
| FU | Variabel | 1-1,5 × I_N |
FU-Aufbau: Gleichrichter → Zwischenkreis → Wechselrichter
Drehzahlformel: n_s = (f × 60) / p
EMV: Filter + geschirmte Kabel erforderlich
Ein FU ist erforderlich, wenn die Drehzahl variabel sein muss – z.B. bei Förderanlagen, Pumpen mit wechselndem Bedarf oder Prozessen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Bei konstanter Drehzahl (z.B. Lüfter für Dauerbetrieb) reichen günstigere Lösungen wie Direktstart oder Sanftanlauf.
Der FU sollte mindestens für den Nennstrom des Motors × 1,1 ausgelegt sein. Bei schweren Anlaufbedingungen (Fördertechnik, Zentrifugen) sollte die nächsthöhere Leistungsklasse gewählt werden. Auch die Überlastfähigkeit (150% für 60s) beachten.
FU erzeugen hochfrequente Störungen. Maßnahmen: Netzfilter (am FU-Eingang), geschirmtes Motorkabel (max. Länge beachten), Schirm beidseitig 360° auflegen, dU/dt-Filter bei langen Kabeln. Die EMV-Kategorie des FU muss zur Installation passen (C2 für Industrie, C1 für Wohnbereich).