Anbieter von Vierquadranten-Frequenzumrichtern weisen darauf hin, dass die meisten herkömmlichen Frequenzumrichter Diodengleichrichterbrücken zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom und anschließend IGBT-Wechselrichtertechnologie zur Umwandlung des Gleichstroms in Wechselstrom mit einstellbarer Spannung und Frequenz verwenden. Dieser Frequenzumrichtertyp kann nur im elektrischen Betrieb arbeiten und wird daher als Zweiquadranten-Frequenzumrichter bezeichnet. Aufgrund der Verwendung einer Diodengleichrichterbrücke ist ein bidirektionaler Energiefluss nicht möglich, wodurch die Rückspeisung von Motorenergie ins Stromnetz nicht realisierbar ist. In Anwendungen, in denen Elektromotoren Energie zurückspeisen müssen, wie beispielsweise in Aufzügen und Zentrifugen, kann dem Zweiquadranten-Frequenzumrichter lediglich eine Widerstandsbremse hinzugefügt werden, um die vom Elektromotor zurückgespeiste Energie zu nutzen. Darüber hinaus verursachen Diodengleichrichterbrücken in manchen Hochleistungsanwendungen erhebliche Oberwellenbelastungen im Stromnetz.
Um den Frequenzumrichter im Stromerzeugungszustand zu betreiben, die Bremsenergie ins Netz zurückzuspeisen, den Energieverbrauch zu reduzieren und einen Vierquadrantenbetrieb zu erreichen, gibt es üblicherweise zwei Methoden:
1. Der Frequenzumrichter wird mit einer oder mehreren Energierückkopplungseinheiten ausgestattet, die parallel geschaltet werden können, um Energie in das Netz zurückzuspeisen. Allerdings können sie die Busspannung, Oberschwingungen und Leistungsfaktoren nicht automatisch anpassen. Diese Methode ist kostengünstig und kann den Energieverbrauch bis zu einem gewissen Grad reduzieren, die Wirkung ist jedoch relativ gering, und sie bietet keine Optimierungs- oder Schutzfunktion für den Betrieb des Frequenzumrichters.
2. Durch die Ausstattung eines Frequenzumrichters mit einem aktiven Eingangssignal (AFE) lassen sich eine steuerbare Gleichrichtung und Energierückführung realisieren. Die Busspannung und der Leistungsfaktor können angepasst werden, wodurch Oberschwingungen effektiv reduziert werden. Innerhalb eines bestimmten Bereichs ist der Einfluss von Busspannungsschwankungen vernachlässigbar. Diese Methode ist zwar effektiv, aber relativ kostenintensiv. Sie kommt üblicherweise dort zum Einsatz, wo hohe Anforderungen an den Leistungsfaktor gestellt werden oder häufiges Bremsen erforderlich ist, beispielsweise bei Aufzügen, Förderanlagen im Bergbau und Hebe- und Senkanlagen.
Einführung in Active Front End (AFE)
Die aktive Eingangsstufe ermöglicht eine steuerbare Gleichrichtung und Energierückführung. Unser MD050 ist eine solche aktive Eingangsstufe und unterscheidet sich damit von herkömmlichen Energierückführungseinheiten. Der Prozessor der aktiven Eingangsstufe ist ein Hochgeschwindigkeits-DSP-Chip, der eine steuerbare Gleichrichtung ermöglicht. Der Leistungsfaktor ist sehr hoch, üblicherweise bis zu 99 %, und die Oberschwingungen sind sehr gering, üblicherweise unter 5 %. Die Busspannung ist einstellbar und gewährleistet selbst bei Schwankungen der Eingangsspannung eine konstante Busspannung innerhalb eines bestimmten Bereichs.