Praxisleitfaden für Frequenzumrichter: Funktionsprinzip, U/f-Kennlinie, Vektorregelung, wichtige Parameter und Inbetriebnahme.
n = (f × 60) / pDrehzahl aus Frequenz und Polpaarzahl
U/f = konst. = U_N / f_NKonstantes Fluss-Verhältnis
Frequenzumrichter (FU) ermöglichen die stufenlose Drehzahlregelung von Drehstrom-Asynchronmotoren. Durch Variation von Frequenz und Spannung kann die Motordrehzahl an den Prozess angepasst werden – mit erheblichen Energieeinsparungen bei Pumpen und Lüftern.
Moderne FU verwenden Vektorregelung für präzise Drehmomentführung und bieten umfangreiche Diagnosefunktionen.
| Stufe | Funktion |
|---|---|
| Gleichrichter | AC → DC Umwandlung |
| Zwischenkreis | DC-Pufferung (Kondensatoren) |
| Wechselrichter | DC → AC mit variabler f und U |
| Typ | Merkmale | Anwendung |
|---|---|---|
| U/f-Steuerung | Einfach, sensorlos | Pumpen, Lüfter |
| Vektorregelung (sensorlos) | Gute Dynamik | Förderbänder, Mischer |
| Vektorregelung (mit Geber) | Höchste Präzision | Servoantriebe, Positionierung |
| DTC (Direct Torque Control) | Schnellste Reaktion | Krananlagen, Aufzüge |
| Kennlinie | Charakteristik | Anwendung |
|---|---|---|
| Linear | U ∝ f | Konstantmoment-Last |
| Quadratisch | U ∝ f² | Pumpen, Lüfter |
| Boost-Kennlinie | Erhöhte U bei f → 0 | Schwerer Anlauf |
| Parameter | Siemens | ABB | Beschreibung |
|---|---|---|---|
| Nennleistung | P100 | 99.06 | Motor-Nennleistung kW |
| Nennspannung | P1 | 99.07 | Motor-Nennspannung V |
| Nennstrom | P305 | 99.08 | Motor-Nennstrom A |
| Nennfrequenz | P310 | 99.09 | Motor-Nennfrequenz Hz |
| Nenndrehzahl | P311 | 99.10 | Motor-Nenndrehzahl 1/min |
| Funktion | Typisch | Beschreibung |
|---|---|---|
| Hochlaufzeit | 5-30 s | Rampe für Beschleunigung |
| Rücklaufzeit | 5-30 s | Rampe für Verzögerung |
| Mindestfrequenz | 0-10 Hz | Untere Drehzahlgrenze |
| Maximalfrequenz | 50-87 Hz | Obere Drehzahlgrenze |
| Sollwertquelle | Analog/Digital | 0-10 V, 4-20 mA, Bus |
| Schutz | Funktion |
|---|---|
| I²t | Motorüberlastschutz |
| Erdschluss | Isolationsfehler erkennen |
| Übertemperatur | Motor und FU |
| Unterspannung | Zwischenkreisspannung |
| Überspannung | Beim Bremsen (DC-Einspeisung) |
Aufgabe
7,5 kW Lüfter (1450 1/min) mit Frequenzumrichter betreiben
Lösung
Energieeffiziente Drehzahlregelung
Frequenzumrichter Kurzübersicht:
| Regelung | Dynamik | Anwendung |
|---|---|---|
| U/f | Gering | Pumpen, Lüfter |
| Vektor (sensorlos) | Mittel | Förderer |
| Vektor (Geber) | Hoch | Servo |
Energieeinsparung:
Standard-Asynchronmotoren funktionieren, aber bei niedrigen Drehzahlen kann die Eigenkühlung leiden. Empfehlung: IE3-Motor mit Fremdlüftung bei Dauerbetrieb <20 Hz.
Oberhalb der Nennfrequenz (z.B. 50 Hz) bleibt die Spannung konstant, der magnetische Fluss sinkt. Das verfügbare Drehmoment nimmt ab, die Drehzahl kann aber erhöht werden.
Bei schnellem Abbremsen oder bei Lasten, die den Motor antreiben (z.B. Abwickler). Die kinetische Energie wird in Wärme umgewandelt.