Grundlagen eines Frequenzumrichters (Variable Frequency Drive)
Was ist ein Frequenzumrichter?
Frequenzumrichter (Variable Frequency Drives, VFD) sind kompakte Bauteile, die sich leicht in die meisten elektronischen Geräte integrieren lassen. Sie steuern die Drehzahl eines Elektromotors, indem sie die Frequenz und Spannung des Wechselstroms regeln, der durch das Gerät fließt.
Funktionsweise
- Ein VFD besteht im Wesentlichen aus einem Gleichrichter (Konverter), einem Zwischenschaltkreis und einem Wechselrichter (Inverter). Sechs Dioden im Gleichrichter leiten den Wechselstrom gleich. Negative Halbwellen werden in positive umgewandelt. Der Gleichstrom fließt in den Inverter, wo er wieder in Wechselstrom mit variabler Frequenz und Spannung umgewandelt wird. Moderne Inverter erzeugen ein variables Wechselspannungs- und Frequenzsignal. Die Steuerelektronik bestimmt die Trägerfrequenz, indem sie die Schaltfrequenz der Leistungshalbleiter regelt. Diese Trägerfrequenz steuert letztlich, wie schnell oder langsam die Maschine läuft.
Vorteile
- VFDs kommen in Lüftungsanlagen, Pumpen, Förderbändern und Werkzeugmaschinen zum Einsatz. Sie sind unverzichtbar für Geräte, die mit variabler Geschwindigkeit betrieben werden müssen. Bei Lüftungsanlagen sparen sie Energie, indem sie nur die tatsächlich benötigte Luftleistung erzeugen.
Typen
- Man unterscheidet Konstantspannungs-, Konstantstrom- und Zykelumrichter (Cycloconverter). Beim Konstantspannungsumrichter ist die Zwischenkreisspannung konstant. Beim Konstantstromumrichter sorgt eine Drossel zwischen Gleichrichter und Ausgangsbrücke für nahezu konstanten Strom. Beim Zykelumrichter ist jeder Ausgangsanschluss mit der richtigen Eingangsphase verbunden.
Aufbau
- Ein VFD-System besteht aus Wechselstrommotor, Steuerung und Bedienerschnittstelle. Der Motor ist meist ein Drehstrom-Asynchronmotor, die Steuerung ein leistungselektronischer Wandler, die Bedienerschnittstelle das Bedienfeld zum Starten/Stoppen. Es gibt AC- und DC-Motortypen.
Zukunftspotenzial
- VFDs werden künftig kleiner, günstiger, zuverlässiger und benutzerfreundlicher.
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