Der Lieferant von Frequenzumrichter-Bremseinheiten weist darauf hin, dass der Einsatz von Kranen aufgrund der stetig wachsenden Nachfrage in der chinesischen Bauindustrie immer häufiger wird. Die Frequenzumrichter-Drehzahlregelung wird in China seit fast zehn Jahren in verschiedenen Antriebsmechanismen von Turmdrehkranen eingesetzt. Obwohl bereits einige erfolgreiche Anwendungserfahrungen erzielt wurden und viele frequenzumrichterbetriebene Hebezeuge auf Baustellen im Einsatz sind, ist die Anwendung der Frequenzumrichter-Drehzahlregelung bei Turmdrehkranen im Vergleich zu anderen Branchen noch nicht ausgereift. Dennoch sind Frequenzumrichter heutzutage unverzichtbar für Krane. Im Folgenden werden zehn Gründe für den Einsatz von Frequenzumrichtern zur Drehzahlregelung erläutert, um das grundlegende Wissen über den Einsatz von Frequenzumrichtern in Kranen zu verdeutlichen:
(1) Den Anlaufstrom des Motors steuern.
Wird der Motor direkt mit Netzfrequenz angelaufen, erzeugt er den 7- bis 8-fachen Nennstrom. Dieser hohe Stromwert erhöht die elektrische Belastung der Motorwicklung erheblich und führt zu starker Wärmeentwicklung. Dadurch verkürzt sich die Lebensdauer des Motors. Mit einer Drehzahlregelung per Frequenzumrichter kann der Motor hingegen bei Nulldrehzahl und Nullspannung anlaufen (das Drehmoment kann entsprechend erhöht werden). Sobald die Beziehung zwischen Frequenz und Spannung hergestellt ist, kann der Frequenzumrichter die Last im V/f- oder Vektorregelungsmodus betreiben. Durch die Drehzahlregelung per Frequenzumrichter lässt sich der Anlaufstrom deutlich reduzieren und die Belastbarkeit der Wicklung verbessern. Der größte Vorteil für den Anwender besteht darin, dass die Wartungskosten des Motors weiter sinken und sich seine Lebensdauer entsprechend verlängert.
(2) Spannungsschwankungen in Stromleitungen reduzieren
Beim Anlauf des Motors mit Netzfrequenz schwankt die Spannung erheblich, während der Strom sprunghaft ansteigt. Die Höhe des Spannungsabfalls hängt von der Leistung des Anlassermotors und der Kapazität des Verteilungsnetzes ab. Spannungsabfall kann zu Fehlfunktionen, Auslösungen oder Störungen spannungsempfindlicher Geräte im selben Netz führen. Auch die Annäherung an oder die Verwendung von Schützen kann Bedienungsfehler verursachen. Durch den Einsatz einer Drehzahlregelung mit variabler Frequenz und der Möglichkeit des stufenlosen Anlaufs bei Nullfrequenz und Nullspannung lässt sich der Spannungsabfall weitestgehend eliminieren.
(3) Geringerer Energiebedarf beim Anlaufen
Die Leistung eines Motors ist direkt proportional zum Produkt aus Stromstärke und Spannung. Daher ist die Leistungsaufnahme eines Motors, der direkt mit Netzfrequenz anläuft, deutlich höher als die für einen Frequenzumrichter benötigte Leistung. Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann das Stromverteilungsnetz seine maximale Belastungsgrenze erreichen, und die durch den direkten Netzfrequenzanlauf erzeugte Stoßwelle kann andere Geräte im selben Netz erheblich beeinträchtigen und zu Warnungen und sogar Bußgeldern seitens des Netzbetreibers führen. Wird für den Motorstart und -stopp ein Frequenzumrichter verwendet, treten diese Probleme nicht auf.
(4) Steuerbare Beschleunigungsfunktion
Die Drehzahlregelung mit variabler Frequenz ermöglicht einen stufenlosen Start bei Stillstand und eine sanfte Beschleunigung gemäß den Benutzeranforderungen. Die Beschleunigungskurve ist wählbar (lineare, S-förmige oder automatische Beschleunigung). Beim Anlauf mit Netzfrequenz entstehen hingegen starke Vibrationen am Motor und an angeschlossenen mechanischen Teilen wie Wellen oder Zahnrädern. Diese Vibrationen verstärken den Verschleiß und verkürzen die Lebensdauer von Komponenten und Motoren. Darüber hinaus kann die variable Frequenzregelung auch bei ähnlichen Abfüllanlagen eingesetzt werden, um das Umkippen oder Beschädigen von Flaschen zu verhindern.
(5) Einstellbare Betriebsgeschwindigkeit
Durch den Einsatz einer mehrstufigen Drehzahlregelung mit variabler Frequenz lässt sich der Prozess optimieren und schnell an die jeweiligen Prozessanforderungen anpassen. Drehzahländerungen können auch über eine SPS oder andere Steuerungen realisiert werden.
(6) Einstellbares Drehmomentlimit
Nach der Drehzahlregelung mittels variabler Frequenz können entsprechende Drehmomentgrenzen eingestellt werden, um die Maschine vor Beschädigungen zu schützen. Dies gewährleistet die Prozesskontinuität und die Zuverlässigkeit des Produkts. Die aktuelle Frequenzumwandlungstechnologie ermöglicht nicht nur einstellbare Drehmomentgrenzen, sondern auch eine hochpräzise Drehmomentregelung. Im Netzfrequenzbetrieb kann der Motor lediglich über die Strommessung oder den Überhitzungsschutz gesteuert werden; die präzise Einstellung von Drehmomentwerten wie bei der Drehzahlregelung ist nicht möglich.
(7) Kontrolliertes Stoppverfahren
Ähnlich wie bei der steuerbaren Beschleunigung lässt sich bei der Drehzahlregelung mit variabler Frequenz der Bremsmodus steuern. Dabei stehen verschiedene Bremsmodi zur Auswahl (Verzögerungsparken, freies Parken, Verzögerungsparken, Gleichstrombremsung). Ebenso kann die Belastung mechanischer Bauteile und Motoren reduziert werden, wodurch das Gesamtsystem zuverlässiger wird und seine Lebensdauer entsprechend verlängert wird.
(8) Energieeinsparung
Energieeinsparung: Bei Anfahren, Bremsen, Beschleunigen und Verzögern mit variabler Drehzahlregelung ist der Betriebsstrom des Motors gering. Unter gleichen Produktionsbedingungen sind Stromverbrauch und Wartungskosten im Vergleich zum Betrieb mit Netzfrequenz um etwa 20 % geringer.
(9) Umkehrbare Betriebssteuerung
Um eine reversible Betriebssteuerung bei Frequenzumrichtern zu erreichen, sind keine zusätzlichen reversiblen Steuereinrichtungen erforderlich. Es muss lediglich die Phasenfolge der Ausgangsspannung geändert werden, wodurch Wartungskosten gesenkt und Installationsplatz gespart werden.
(10) Reduzierung der mechanischen Getriebekomponenten
Durch den aktuellen Vektor-Frequenzumrichter in Kombination mit dem Synchronmotor kann eine effiziente Drehmomentabgabe erzielt werden, wodurch mechanische Übertragungskomponenten wie Getriebe eingespart werden und letztendlich ein direktes Frequenzumwandlungs-Übertragungssystem entsteht, das Kosten und Platz reduziert und die Stabilität verbessert.
Die Frequenzumrichtersteuerung verlängert nicht nur die sichere Betriebszeit von Hebezeugen, sondern reduziert auch Wartungskosten und Arbeitsaufwand erheblich. Daher dient der Einsatz der Frequenzumrichter-Drehzahlregelung bei Kranen der Steigerung der Arbeitseffizienz, der Senkung des Energieverbrauchs und der Gewährleistung der Arbeitssicherheit.