Der Frequenzumrichter ist ein elektronisches System, das eine stufenlose Regelung der Drehzahl von Drehstrommotoren durch Änderung der Frequenz der Versorgungsspannung ermöglicht. Seit den ersten Umrichtern auf Thyristorbasis sind viele Jahre vergangen. Während dieser Zeit erfuhren die Konverter Konstruktionsänderungen, das Grundprinzip der Funktionsweise blieb jedoch dasselbe.
Konstruktionsänderungen an Frequenzumrichtern werden vor allem durch die kontinuierlich zunehmende Automatisierung in der Industrie bedingt. Produktionsprozesse werden ständig verbessert und es wird versucht, die größtmögliche Effizienz, Zuverlässigkeit und Qualität der Geräte zu erreichen. Durch die fortschreitende Miniaturisierung, die Entwicklung von Halbleitersystemen und den zunehmenden Einsatz von Frequenzumrichtern sind diese in nahezu allen Branchen zu finden. Wir alle kennen das Konzept eines Repeaters. Wir können es auch mehr oder weniger betreiben, aber das grundlegende Kriterium für den ordnungsgemäßen Betrieb des Antriebssystems ist die geeignete Auswahl des Frequenzumrichters.
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Schritt Nr. 1 – Wie ist die Belastung des Elektromotors?
Es ist sehr wichtig zu bestimmen, wie die Drehmomenteigenschaften (Drehmoment – an der Motorwelle erzeugte Kraft) als Funktion der Geschwindigkeit für eine bestimmte Maschine aussehen. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten solcher Lasten: variable und konstante Lasten. Es ist zu überlegen, welches der beiden häufigsten Belastungsmerkmale im Einzelfall vorliegt. Variable Drehmomentlasten sind Lasten, bei denen sich die Drehmomenteigenschaften in Abhängigkeit von der Drehzahl ändern. Zu diesen Lasten gehören Pumpen- und Lüfterantriebe, bei denen der Drehmomentverlauf quadriert mit der Drehzahl (M~1/f 2 ) ist. Wenn die Drehzahl von Kreiselpumpen und Ventilatoren steigt, erhöht sich die aus dem Netz entnommene Leistung um bis zu die dritte Potenz. Daher lässt sich die größte Energieeinsparung durch die Regelung der Drehzahl der Pumpe oder des Lüfters erzielen.
Im Normalbetrieb von Pumpen und Ventilatoren wird die Drehzahl im Bereich von 50-90 % der Nenndrehzahl eingestellt. Die Belastung steigt im Quadrat zur Geschwindigkeit und liegt zwischen 30 % und 80 %. Aus diesem Grund sind Pumpen und Lüfter in der Regel unterlastet und Umrichter können für sie nach dem sogenannten ausgewählt werden Doppelbewertung. Ein Beispiel aus dem ANIRO-Angebot: Konverter der IS7-Serie mit einer Leistung von 0,75 kW kann für eine Pumpe oder einen Lüfter mit einer Leistung von 1,5 kW verwendet werden - Auswahl einer niedrigeren Baureihe als auf dem Typenschild des Motors angegeben. Bei variablen Drehmomentbelastungen ist in der Regel eine Überlast von maximal 120 % In für einen Zeitraum von 60 Sekunden erforderlich (Unterlast).
Lasten mit konstantem Moment sind solche, bei denen der Momentwert über die Zeit konstant bleibt. Bei konstanter Belastung des Motors muss der Motor mehr Drehmoment als das Belastungsdrehmoment erzeugen können. Das überschüssige Drehmoment wird genutzt, um eine ordnungsgemäße Beschleunigung der Motorwelle sicherzustellen. Bei einer solchen Last sollte der Wandler in der Lage sein, im Verhältnis zur Last ein Überdrehmoment von 60 % zu erzeugen, was eine einfache Steuerung bei plötzlichen Lastwechseln ermöglicht. Die Überlastfähigkeit des Antriebs für solche Belastungen beträgt üblicherweise 150 % In für einen Zeitraum von 60 Sekunden. Zu Lasten mit konstantem Drehmoment gehören: lange Förderbänder, Hacker, Walzwerke, Mühlen, Mischer, Brecher usw. Lasten mit konstantem Drehmoment sind anspruchsvoller und oft wird im Gegensatz zu Lasten mit variablem Drehmoment ein Antrieb höherer Art gewählt. Anders als auf dem Typenschild des Motors angegeben.
Sobald die Lasteigenschaften bekannt sind, fahren Sie mit Schritt Nummer zwei fort – dem Typenschild des Motors.
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Schritt Nr. 2 – Elektrische Größen, die den Motor beschreiben?
Ein entscheidender Faktor bei der Antriebsauswahl sind die elektrischen Eigenschaften des angetriebenen Motors. Vergleichen Sie unbedingt die Antriebsdaten mit den Angaben auf dem Motortypenschild. Der Umrichter sollte auf der Grundlage des Nennstroms des Motors (nicht der Leistung) oder der vom Motor aufgenommenen Scheinleistung (nicht der Wirkleistung) ausgewählt werden. Auf welche Parameter sollten Sie achten? Zunächst prüfen wir den Nennstrom des Motors und seine Versorgungsspannung. Motoren werden in der Regel so gefertigt, dass der Anwender je nach internen Anschlüssen des Stators (Stern- und Dreieckschaltung) zwischen zwei Stromversorgungsstandards wählen kann. So werden Motoren mit einer Leistung von ca. 4 KW so gefertigt, dass sie bei einer Dreieckschaltung mit einer Spannung von 3x230VAC und bei einer Sternschaltung mit einer Spannung von 3x400VAC arbeiten. An dieser Stelle muss der Benutzer entscheiden, wie er den Motor anschließen möchte. Dies bestimmt, welche Art von Antrieb Sie verwenden sollten (einphasig oder dreiphasig). Nach diesem Vorgang kennen wir die Art der Last und verfügen über Daten zur Motorspannung und seinem Nennstrom.
Schritt Nr. 3 – Wie soll/ist die Dynamik des Systems (Start und Stopp)?
Wir müssen die Frage beantworten: Erfordert unsere Antriebsanwendung eine sehr hohe Dynamik? Treten bei Ihnen häufige und plötzliche kontrollierte Motorbremsungen auf? Wir müssen auch prüfen, ob bei starker Belastung eine plötzliche Geschwindigkeitsänderung erforderlich ist. Arbeiten mit hoher Trägheit? Wenn ja, unseres Frequenzumwandler sollten mit entsprechenden Brems- oder Rekuperationssystemen ausgestattet sein. Bei Anwendungen, bei denen sehr häufig gebremst wird, empfiehlt sich der Einsatz eines Umrichters mit der Möglichkeit der Regeneration, also der Rückspeisung von Strom ins Netz. Beim Bremsen wird der Motor zum Generator und die Energie kehrt zum Frequenzumrichter zurück. Es ist notwendig, diese Energie mithilfe eines Bremsmoduls und eines Bremswiderstands zu sammeln oder in das elektrische Netz einzuspeisen. Zu diesem Zeitpunkt sollte festgelegt werden, ob der Umrichter mit einem Bremsmodul und einem Widerstand ausgestattet werden soll oder ob ein Rückspeisemodul erforderlich ist. Normalerweise besteht bei Anwendungen, bei denen ein schneller und kontrollierter Stopp erforderlich ist, oder bei Arbeiten mit hoher Trägheit (Lüfter mit großen Flügeln) die Notwendigkeit, ein geeignetes Bremsunterstützungssystem zu verwenden.
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Schritt Nr. 4 – Installationsort, Umgebungsbedingungen?
Nach einem ausführlichen Gespräch zu unserer Anwendung und unserem Motor war es an der Zeit, über den Installationsort nachzudenken. Dies ist aus mindestens mehreren Gründen sehr wichtig: Welche IP-Schutzart sollte das Gerät haben? Ist es Feuchtigkeit ausgesetzt? Bestäubung? Vibrationen? Wie hoch ist die Umgebungstemperatur? Handelt es sich bei dem Installationsort um eine Industrie- oder Wohnumgebung?
In der Lebensmittelindustrie ist aufgrund des häufigen Waschens der Geräte nach der Produktion eine Schutzart IP 66 erforderlich. Soll das Gerät in einen Schaltschrank eingebaut werden, der bereits über die entsprechende IP-Schutzart verfügt, muss für die erhöhte Schutzart des Gehäuses nicht zu viel bezahlt werden. Ein einfaches, typisches IP20 reicht aus. Abhängig vom Einbauort sollte unser Konverter auch mit einer entsprechenden EMV-Filterklasse ausgestattet sein. Für eine Wohnumgebung sind die Einschränkungen größer und der Filter sollte der Klasse C2 entsprechen. Für Industrieumgebungen – Klasse C3. Am besten kaufen Sie Wandler mit eingebautem EMV-Filter und einer Drossel im Gleichstromkreis. Dies garantiert eine geringere Interferenzerzeugung, eine geringere Stromverzerrung und einen besseren Leistungsfaktor.
Schritt 5 – Notwendiges Zubehör, Filter, Drosseln, Optionskarten, Kommunikation?
Abschließend sollten Sie sich über das notwendige zusätzliche Zubehör informieren, wie zum Beispiel: Ein-/Ausgangsdrosseln , zahlreiche Erweiterungsoptionskarten (zusätzliche Ein-/Ausgänge, Eingang für sicheren Halt, PTC, Notstromversorgung, SPS-Karte) oder Kommunikationskarten (Profibus, Modbus, Ethernet, Profinet, Ethercat).
Die richtige Analyse von Antriebssystem, Motor und Einbauort garantiert die Auswahl des richtigen Frequenzumrichters. Oben beschrieben Fünf Schritte bei der Auswahl eines Laufwerks ermöglicht einen störungsfreien und langlebigen Betrieb unseres Antriebssystems. Bitte bedenken Sie, dass ein schlecht oder falsch ausgewählter Frequenzumrichter mehr schaden als nützen kann.
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