Anbieter von Energierückkopplungsgeräten für Frequenzumrichter weisen darauf hin, dass sich die Energieeinsparung von Frequenzumrichtern vor allem bei der Anwendung in Ventilatoren und Wasserpumpen zeigt. Um die Produktionssicherheit zu gewährleisten, sind verschiedene Produktionsmaschinen mit einer gewissen Leistungsreserve ausgelegt. Kann der Motor nicht unter Volllast laufen, führt das überschüssige Drehmoment neben der Erfüllung der Leistungsanforderungen zu einem erhöhten Wirkleistungsverbrauch und damit zu Energieverschwendung. Die herkömmliche Drehzahlregelung von Geräten wie Ventilatoren und Pumpen erfolgt durch Anpassung der Luft- und Wasserzufuhrmenge mittels der Öffnung von Ein- und Auslassklappen und Ventilen. Diese Methode erfordert eine hohe Eingangsleistung und verbraucht während des Schließvorgangs der Klappen und Ventile viel Energie. Bei der Drehzahlregelung mit variabler Frequenz kann ein reduzierter Durchflussbedarf durch Verringerung der Pumpen- oder Ventilatordrehzahl gedeckt werden.
Gemäß der Strömungsmechanik gilt: P (Leistung) = Q (Durchflussmenge) × H (Druck). Die Durchflussmenge Q ist proportional zur Potenz der Drehzahl N, der Druck H proportional zum Quadrat der Drehzahl N und die Leistung P proportional zur dritten Potenz der Drehzahl N. Bei konstantem Wirkungsgrad der Wasserpumpe sinkt die Drehzahl N proportional zur benötigten Durchflussmenge, wodurch die Wellenausgangsleistung P kubisch abnimmt. Der Leistungsverbrauch des Wasserpumpenmotors ist annähernd proportional zur Drehzahl. Durch die Anpassung der Ausgangsfrequenz des Delta-Wechselrichters bei sinkender Durchflussmenge Q wird die Motordrehzahl n proportional reduziert. Dadurch sinkt die Leistung P des Elektromotors kubisch deutlich, was im Vergleich zur Anpassung von Leitblechen und Ventilen eine Energieeinsparung von 40 % bis 50 % ermöglicht und somit das Ziel der Energieeinsparung erreicht.
Bei der Konstruktion und Installation von Wasserpumpen wird beispielsweise der maximale Auslastungsgrad berücksichtigt und eine gewisse Reserve eingeplant. In der Praxis lässt sich dieser maximale Auslastungsgrad jedoch selten erreichen, was zu dem Phänomen führt, dass ein starkes Pferd einen schwachen Wagen zieht. Herkömmliche Methoden zur Durchflussregulierung basieren auf der Steuerung der Ventilöffnung. Dadurch liegt der Wirkungsgrad der Wasserpumpe lediglich bei 30–60 %, was nicht nur hohe Kosten verursacht, sondern auch wertvolle elektrische Energie verschwendet.
Regelungstechnik für variable Frequenzumrichter:
Da die Lasten von Wasserpumpen zu den quadratischen Drehmomentlasten gehören, hängen ihre Fördermenge (Q), Förderhöhe (H), Leistung (P) und Motordrehzahl (n) wie folgt zusammen:
Q1/Q0=n1/n0 H1/H0=(n1/n2)^2 P1/P0=(n1/n2)^3
Q0, H0, P0, n0 sind die Größen unter Nennbetriebsbedingungen.
Q1, H1, P1 und n1 sind die Größen unter den tatsächlichen Betriebsbedingungen.
Durch die Anpassung der Drehzahl zur Steuerung des Durchflusses und damit zur Erreichung praktischer Ziele ändert die Frequenzumrichtertechnologie die Motordrehzahl durch Änderung der Netzfrequenz. Die Leistung ändert sich dabei proportional zur dritten Potenz der Drehzahl, was eine erhebliche Energieeinsparung ermöglicht. Darüber hinaus zeichnet sich die Technologie durch einfache Bedienung, bequeme Wartung, stabilen Betrieb und einen breiten Drehzahlbereich aus und findet daher breite Anwendung im Bereich der Wasserpumpen.