Ein Frequenzumrichter kann eine Wechselspannung erzeugen und so einen elektrischen Motor steuern und antreiben. Über die erzeugte Frequenz kann auch das Hochfahren und Herunterfahren des Elektromotors gesteuert werden. Die Motordrehzahl kann aus unterschiedlichen Gründen angepasst werden. Das System läuft effizienter und es kann mehr Energie eingespart werden. Die Leistung in hybriden Motoren kann durch einen Frequenzumrichter besser umgewandelt werden. Mit einem Frequenzumrichter ist die Drehzahl auch besser an Anforderungen in einem Prozess anpassbar. Moderne Frequenzumrichter haben integrierte Diagnose- und Netzwerkfunktionen, mit denen Ihr die Produktivität verbessern und effektiver planen könnt. Frequenzumrichter kommen in der Regel in Verdichtern, Pumpen und Lüftern zum Einsatz. Drei Viertel aller Antriebe auf der Welt funktionieren mit einem Frequenzumrichter. In diesem Artikel werden die Funktionsweise, der Aufbau, die Vorteile des Frequenzumrichters und die Sinus-Technologie näher beschrieben.
Funktionsweise und Aufbau eines Frequensumrichter
Im Grunde genommen ist ein Frequenzumrichter dazu notwendig, um die Drehzahl bei elektrischen Motoren besser zu steuern. Für die Umwandlung besteht ein Frequenzumrichter aus unterschiedlichen Teilen. Eine Brückenschaltung mit Gleichrichtung im Innern sorgt dafür, mit der Wechselspannung in Gleichspannung umgewandelt und gerichtet wird. In der Zwischenspule werden zu starke Schwankungen gedrosselt. In einer Wechselrichtschaltung erfolgt die Umwandlung von gerichteter Spannung in eine Drehspannung. Ein Zwischenkreis versucht, die Spannung zu richten und zu glätten.
Zwischen Frequenzumrichter und Motor befindet sich ein Pulssteller. Dieser hält den Strom auf niedrigem Niveau. Der Wechselrichter erzeugt die Wechselspannung für die Ausgangsfrequenz des Motors. Ein Frequenzumrichter besitzt einen Steuerkreis, womit kleine Berechnungen durchgeführt und alle Bauteile besser überwacht werden können. Über die Steuerkarte werden Informationen und Daten in den Motor eingespeist und weitergeleitet.
Innovative Frequenzumrichter werden vor allem bei der Abwasser-, Wasser- und Automatisierungstechnik sowie der Gebäudeautomation eingesetzt, um einzelne Prozesse optimieren und Strom sparen zu können. Durch die Digitalisierung und den technologischen Fortschritt wird das Einsatzgebiet von Frequenzumrichtern immer größer und vielfältiger.
Was sind die Vorteile von Frequenzumrichter?
Frequenzumrichter haben für elektrische Motoren verschiedene Vorteile. In erster Linie könnt Ihr mit dem Frequenzumrichter die Drehzahl besser regeln und steuern. Durch die Drehzahlregelung wird das ganze System effizienter und Ihr könnt effektiv Energie sparen. Ein weiterer Vorteil von Frequenzumrichtern ist die Anpassung der Drehzahl an die genauen Prozess- und Produktionsanforderungen. Die mechanische Belastung kann reduziert werden, wodurch Maschinen viel besser entlastet werden können. Durch die optimale Anpassung der Drehzahl wird das Geräusch bei Inbetriebnahme des Motors abnehmen. Elektrische Geräte wie Pumpen oder Lüfter laufen leiser und es verbessert automatisch die Arbeitsumgebung. Die Anpassung der Drehzahl mit einem Frequenzumrichter ist sehr genau. Da die elektrischen Motoren bei optimalem Drehmoment laufen, verringert sich auch automatisch der Verschleiß und die Pumpen und Lüfter halten länger.
Ein weiterer entscheidender Vorteil von Frequenzumrichtern ist die hohe Energieeinsparung. Weltweit verbrauchen elektrische Motoren ca. 50 Prozent des gesamten Energieverbrauchs. In der Industrie in Produktionshallen liegt dieser Anteil sogar bei ca. 70 Prozent. Wenn ein Frequenzumrichter zum Einsatz kommt, kann effektiv Energie eingespart werden. Ein Frequenzumrichter kann zwischen fünf und zehn Prozent der eigentlich verwendeten Energie einsparen. Durch die intelligente Steuerung passt Ihr den Motor genau an die Anforderungen im Prozess an. In Industrieanlagen erreicht ein Frequenzumrichter sogar Energieeinsparungen von über 25 Prozent. Hierbei kommt es immer auf die Größe und die Auswirkungen des Frequenzumrichters an. Wenn Ihr das gesamte System optimiert, liegen die Energieeinsparungen über 50 Prozent. Das Praktische an den Geräten: Frequenzumrichter sind einfach in das bestehende System zu implementieren, wobei die größten Energieeinsparungen bei alten und großen Lüftern und Pumpen möglich sind.
Sinus Technologie in Frequenzumrichter
Viele Frequenzumrichter funktionieren mit einem speziellen Sinus-Schalter. Über den Sinus-Schalter wird dann die Drehzahl von Pumpen, Lüftern oder anderen Maschinen geregelt und an die geforderte Leistung angepasst. Durch die Sinus Technologie erfolgt die Steuerung der Drehzahl störungsfrei. Die Sinus-Schalter werden mittlerweile in unterschiedlichen Gebieten und Bereichen eingesetzt, wie z. B. Krankenhäuser, Wohngebäude, Schulen, in der Landwirtschaft oder der Industrie. Das Besondere bei der Sinus Technologie ist, dass diese direkt im elektrischen Motor keine Schalt-Geräusche erzeugt. Daher bleibt die Arbeitsumgebung sehr ruhig und still. Bei anderen Frequenzumrichtern ist ein kleines Geräusch bei der Regulierung der Drehzahl vorhanden.
Der Sinus-Schalter funktioniert nach einem einfachen Prinzip. In einer Schaltverbindung befindet sich eine Regelelektronik für das Steuern der Elektronik, eine Spule, zwei Transistoren und Kondensatoren. In den Transistoren werden die Stromwellen in eine dreieckige Form umgewandelt und werden bei Nullstrom aktiviert. Dieser Prozess wird auch als weiches Einschalten bezeichnet. Bei vollem Strom schalten sich die Transistoren automatisch aus. Überschüssiger Strom wird durch die beiden Kondensatoren kompensiert. Der Strom fließt also immer gleichmäßig. Im Schalterkreis befindet sich ein spezieller Regler, mit dem der Strom einen bestimmten Sollwert erreicht. Dieser elektrische Sollwert ist sinusförmig.
Eines der führenden Unternehmen auf diesem Gebiet ist übrigens die schwedische Firma NFO Drives, die auch das Patent auf die Sinus Technologie hält.
Fazit
Frequenzumrichter sind für die verschiedene Motoren in der Industrie, im Gewerbe und in den Privathaushalten immens wichtig. Mit den Frequenzumrichtern können Motoren intelligent gesteuert, Energie effizient eingespart und die Lautstärke der Maschinen und Pumpen für eine optimale Arbeitsatmosphäre verringert werden. Die Wechselrichter kommen in Krankenhäusern, Wohngebäuden oder Industrieanlagen zum Einsatz.
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