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Frequenzumrichter

Angesichts der großen Bedeutung von Elektromotoren im täglichen Leben von Haushalten und Unternehmen ist das Verständnis der Rolle eines Frequenzumrichters unerlässlich, um Aufgaben wie Energiesparen oder die Suche nach maximaler Energieeffizienz zu bewältigen.

Was ist ein Frequenzumrichter und wofür wird er verwendet?

Zunächst einmal muss definiert werden, was ein Frequenzumrichter ist und wofür er verwendet wird. Frequenzumrichter (auch Umrichter genannt) sind Systeme, die zwischen Elektromotoren und deren Stromversorgung geschaltet sind und deren Hauptfunktion in der Regulierung der Motordrehzahl und damit der Höhe des Energieverbrauchs besteht. Er arbeitet also als variabler Frequenzantrieb für den Motor und sorgt dafür, dass der Motor nur so viel Leistung erhält, wie er benötigt.

Ein Umrichter kann Motoren, Verdichtermotoren und Industriemotoren antreiben. Es ist wichtig zu wissen, dass ein Umrichter die Drehzahl, das Drehmoment, die Drehrichtung und die Leistungsaufnahme durch externe Regler steuern kann, die ein Signal zur Erhöhung oder Verringerung der Motordrehzahl senden.

Wie funktioniert ein Frequenzumrichter?

Ein Frequenzumrichter basiert auf den Eigenschaften eines bestimmten Netzes, an das ein Elektromotor angeschlossen ist. Der Frequenzumrichter ist für die Steuerung der Motordrehzahl verantwortlich. Dabei wandelt er den Wechselstrom eines elektrischen Systems in Gleichstrom um. Zu diesem Zweck wird der Gleichrichter verwendet, auf den wir später noch eingehen werden. Beim nächsten Schritt sind Kondensatoren beteiligt. Diese Elemente werden mit dem vom Gleichrichter umgewandelten Gleichstrom geladen und machen die Wellenform “glatter”.

Schließlich gibt es noch den Wechselrichter. Dieser Teil des Frequenzumrichters ist für die Rückwandlung des Gleichstroms in Wechselstrom zuständig. An diesem Punkt erhält ein Elektromotor genau die richtige Menge an Strom und wird auf die für ihn geeignete Spannung und Frequenz eingestellt.

Teile eines Frequenzumrichters

Die Komponenten eines Frequenzumrichters lassen sich allgemein wie folgt beschreiben: Zunächst die Gleichrichterschaltung, die den Wechselstrom aufnimmt und ihn in Gleichstrom umwandelt. Zu diesem Zweck wird ein “Brückengleichrichter” in Form einer Diode verwendet. Das zweite Element ist der Zwischenkreis. Dieser umfasst eine LC-Schaltung, die für die Glättung der gleichgerichteten Spannung und ihrer Restwelligkeit sowie für die Verringerung möglicher Oberwellen im Netz verantwortlich ist.

Dann folgt der Wechselrichter: Diese Komponente ist für die Umwandlung der Gleichspannung des Zwischenkreises in eine Spannung mit variabler Frequenz und Spannung unter Verwendung von Impulsen zuständig. Zu diesem Zweck wird das IGBT-System verwendet, das die Spannungsimpulse auf kontrollierte Weise erzeugt. Schließlich gibt es noch den Steuerkreis. Dieser ist für das Ein- und Ausschalten der IGBTs zuständig, mit denen die variablen Spannungs- und Frequenzimpulse erzeugt werden. Außerdem ist er für die Überwachungsfunktionen im System zuständig, zu denen u. a. temperatur- oder spannungsbezogene Funktionen gehören.