Technisches Wissen

Was ist ein Frequenzumrichter?

Großer Anlagenraum mit mehreren blauen Industriepumpen und Rohrleitungen; im Vordergrund ein offener Schaltschrank mit einem Frequenzumrichter.

Ein Frequenzumrichter ist ein elektronisches Gerät, welches durch die Veränderung der Frequenz und Spannung die Drehzahl von Drehstrommotoren präzise regeln kann. Ohne Frequenzumrichter arbeiten Drehstrommotoren direkt am Netz nur bei einer festen Frequenz und Spannung (z.B. 50Hz/400V) in Ihrem Arbeitspunkt bei Nenndrehzahl.

Ein Frequenzumrichter ermöglicht es also, durch die Erzeugung eines in Frequenz und Spannung variablen Netzes die Geschwindigkeit eines Motors stufenlos anzupassen. Diese Technologie ist besonders wichtig in Bereichen, in denen anwendungsbedingt unterschiedliche Drehzahlen benötigt werden, wie etwa in der Pumpen-, Lüfter- oder Fördertechnik.

Als spezielle Herausforderung für moderne Frequenzumrichter, wie zum Beispiel unsere INVT Frequenzumrichter der Serie GD350A, ist es zudem möglich, drehmomentabhängige Anwendungen, wie Kran- und Zugspannungsregelungengen zu realisieren.

Die Funktionsweise eines Frequenzumrichters

Ein Frequenzumrichter wandelt die netzseitige Spannung zunächst in eine Gleichspannung um und speichert diese in den sogenannten Zwischenkreis-Kondensatoren. Anschließend erzeugt er daraus wiederum eine Wechselspannung, welche dann vom Anwender in Frequenz und Spannung variabel gesteuert werden kann. Die am Ausgang des Frequenzumrichters ausgegebene Spannung wird mit dem Verfahren der Pulsweitenmodulation (PWM) erzeugt, bei der die ursprüngliche Gleichspannung aus dem Zwischenkreis in Rechteckimpulse zerlegt und dann zu einer Sinuswelle moduliert wird. So lässt sich die Ausgangsfrequenz und Spannung exakt regeln, was direkt die Drehzahl und das Drehmoment des Motors beeinflusst.

Die Anwendungen von Frequenzumrichtern

Frequenzumrichter finden in vielen industriellen und gewerblichen Anwendungen Einsatz, insbesondere bei:

  • Pumpen- und Lüfteranwendungen: Durch die Anpassung der Motordrehzahl lassen sich bei diesen Anwendungen erhebliche Energieeinsparungen realisieren. Zudem können Drücke und Durchflussmengen präzise eingestellt werden.
  • Förder-, Verpackungs- und Hebeanwendungen: Ein sanfter An- und Auslauf reduziert mechanischen Verschleiß, schont die zu bewegenden Produkte und erhöht die Lebensdauer der Maschinen. Zudem können Geschwindigkeiten aufeinander angepasst und Drehmomente begrenzt werden.
  • Brecher-, Rührer- und Mühlenanwendungen: Große Losbrech- und hohe Überlastmomente sind besondere Anforderungen, welche mit modernen Frequenzumrichtern durch spezielle Regelungsverfahren, wie z.B. dem Sensorless (SLV) – oder Closed Loop (FVC) – Vector Control unserer TOSHIBA und INVT Frequenzumrichter, bestens erfüllt werden. Durch die genaue Arbeitspunktermittlung in jedem Drehzahlbereich, sorgt der Frequenzumrichter für ein stetig hohes Drehmoment an der Motorwelle.
  • Spindel- und Zentrifugenanwendungen: Hohe Drehzahlen oberhalb der üblichen Frequenzen von öffentlichen Stromnetzen erfordern zwingend den Einsatz von Frequenzumrichtern. Moderne Frequenzumrichter können standardmäßig Frequenzen bis zu 599Hz ausgeben. (Rechtlich begrenzt durch die Dual-Use- Verordnung)

Sammlung von alten und neuen Frequenzumrichtern bei esco antriebstechnik gmbh in Troisdorf, darunter ein Modell aus dem Jahr 1982.

Die Vorteile eines Frequenzumrichters

  • Energieeinsparung: Bei Anwendungen mit variablem Drehmoment (z.B. Pumpen und Lüfter) wird durch die Anpassung der Motordrehzahl nur die tatsächlich benötigte Energie zugeführt, was eine hohe Effizienz mit maximaler Energieeinsparung bietet.
  • Erfüllung der Anforderungen des Energieversorgers: Durch den Einsatz von Frequenzumrichtern in Anwendungen mit netzseitig begrenzter Spitzenleistung (z.B. Rührwerke in Biogasanlagen) können die Anforderungen der Energieversorger an die Reduzierung der Anlaufströme voll erfüllt werden. Reine Softstarter-Lösungen sind hier nicht zielführend.
  • Flexibilität: Frequenzumrichter ermöglichen es, Motoren in Abhängigkeit der Anforderungen an Last und Drehzahl flexibel zu betreiben, ohne auf mechanische Lösungen zurückgreifen zu müssen. Bei vielen Anwendung kann mit modernen Frequenzumrichtern und Motoren auf Getriebe verzichtet werden. Zudem ermöglichen es Frequenzumrichter, Drehstrommotoren auch oberhalb der zur Verfügung stehenden Netzfrequenzen zu betreiben. (z.B. Spindelantriebe)
  • Längere Lebensdauer von Maschinen und Anlagen: Durch sanfte Anlauf- und Auslaufvorgänge wird die mechanische Belastung reduziert, was die Lebensdauer und Verfügbarkeit der Maschinen und Anlagen erhöht. 

    FAQ – Was ist ein Frequenzumrichter?

    Es gibt Frequenzumrichter für einfache Anwendungen ohne Drehzahlrückführung oder Buskommunikation, wie unsere Frequenzumrichter der Serien EDS3 und GD20, aber auch so genannte Applikationsumrichter mit der Möglichkeit zur Nutzung verschiedenster Rückführungs- und Kommunikationssysteme, wie unsere Frequenzumrichter der Serien GD350A und VFAS3.

    Durch die Anpassung der Drehzahl an den tatsächlichen Energiebedarf eines Motors, beispielsweise bei Lüftern oder Pumpen, kann der Energieverbrauch erheblich gesenkt werden.

    Sie bieten Überlastschutz, Kurzschlussschutz und Überhitzungsschutz, wodurch sie die Lebensdauer des Motors und des gesamten Systems erhöhen.

    Ja, da Frequenzumrichter am Ausgang ein variables Netz erzeugen, kann die Drehrichtung des Motors jederzeit verändert werden.

    Ein Frequenzumrichter bietet also nicht nur eine präzise Drehzahlregelung, sondern auch eine Reihe von Vorteilen wie Energieeinsparung, Lastregelung und den Schutz des Motors.