Der Lieferant der Bremsanlage für Frequenzumrichter weist darauf hin, dass die Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichter in den meisten Motorantriebssituationen Anwendung findet. Dank ihrer Fähigkeit zur präzisen Drehzahlregelung ermöglicht sie die einfache Steuerung von Drehzahländerungen (Auf- und Abwärtsbewegung) sowie von variablen Drehzahlen in mechanischen Getrieben. Der Einsatz von Frequenzumrichtern kann die Effizienz des Prozesses steigern (da die variable Drehzahl unabhängig von mechanischen Teilen ist) und gleichzeitig den Energieverbrauch im Vergleich zu Motoren mit konstanter Drehzahl erhöhen. Im Folgenden werden zehn Gründe für die Verwendung von Frequenzumrichtern aufgeführt, die das grundlegende Verständnis für die zunehmende Beliebtheit von Frequenzumrichtern verdeutlichen:
1. Den Anlaufstrom des Motors steuern.
Wird der Motor direkt mit Netzfrequenz angelaufen, erzeugt er den 7- bis 8-fachen Nennstrom. Dies führt zu einer stark erhöhten elektrischen Belastung der Motorwicklung und starker Wärmeentwicklung, was die Lebensdauer des Motors verkürzt. Mit frequenzgeregelter Drehzahlregelung kann der Motor bei Nulldrehzahl und Nullspannung anlaufen (oder das Drehmoment entsprechend erhöht werden). Sobald das Verhältnis zwischen Frequenz und Spannung hergestellt ist, kann der Frequenzumrichter die Last im V/f- oder Vektorregelungsmodus betreiben. Durch die frequenzgeregelte Drehzahlregelung lässt sich der Anlaufstrom deutlich reduzieren und die Wicklungskapazität erhöhen. Der größte Vorteil für den Anwender besteht in den sinkenden Wartungskosten und der entsprechend längeren Lebensdauer des Motors.
2. Spannungsschwankungen in Stromleitungen reduzieren.
Beim Anlauf eines Motors mit Netzfrequenz steigt der Strom sprunghaft an, wodurch auch die Spannung stark schwankt. Die Höhe des Spannungsabfalls hängt von der Leistung des Anlaufmotors und der Kapazität des Verteilungsnetzes ab. Dieser Spannungsabfall kann zu Fehlfunktionen, Auslösungen oder Störungen spannungsempfindlicher Geräte im selben Netz führen, beispielsweise von PCs, Sensoren, Näherungsschaltern und Schützen. Durch den Einsatz einer Drehzahlregelung mit variabler Frequenz, die einen stufenlosen Anlauf bei Nullfrequenz und Nullspannung ermöglicht, lässt sich der Spannungsabfall weitestgehend eliminieren.
3. Geringerer Stromverbrauch beim Start
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 Kapazität erreichen, und die durch den direkten Netzfrequenzanlauf erzeugte Stoßbelastung kann andere Nutzer im selben Netz erheblich beeinträchtigen. Wird für den Motorstart und -stopp ein Frequenzumrichter verwendet, treten diese Probleme nicht auf.
4. Niedrige, steuerbare Beschleunigungsfunktion
Die Drehzahlregelung mit variabler Frequenz ermöglicht einen Start bei Stillstand und eine gleichmäßige Beschleunigung gemäß den Anforderungen des Anwenders. Die Beschleunigungskurve ist wählbar (lineare, S-förmige oder automatische Beschleunigung). Beim Anlauf mit Netzfrequenz entstehen 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 von Frequenzumrichtern lässt sich der Prozess optimieren und schnell an die jeweiligen Prozessanforderungen anpassen. Drehzahländerungen können zudem per Fernsteuerung über eine SPS oder andere Regler realisiert werden.
6. Einstellbare Drehmomentbegrenzung
Nach der Drehzahlregelung mittels variabler Frequenz lassen sich entsprechende Drehmomentgrenzen einstellen, um die Maschine vor Beschädigungen zu schützen und so die Prozesskontinuität und Produktzuverlässigkeit zu gewährleisten. Die aktuelle Frequenzumwandlungstechnologie ermöglicht nicht nur die Einstellung von Drehmomentgrenzen, sondern auch eine Drehmomentregelungsgenauigkeit von ca. 3 % bis 5 %. Im Netzfrequenzbetrieb kann der Motor lediglich über die Strommessung oder den Überhitzungsschutz gesteuert werden und lässt sich nicht wie bei der Drehzahlregelung mit variablen Drehzahlen präzise mit Drehmomentwerten betreiben.
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 mit Gleichstrombremsung). Ebenso kann die Belastung mechanischer Bauteile und Motoren reduziert werden, wodurch das Gesamtsystem zuverlässiger wird und seine Lebensdauer entsprechend verlängert wird.
8. Energieeinsparung
Der Einsatz von Frequenzumrichtern in Radialventilatoren oder Wasserpumpen kann den Energieverbrauch deutlich senken, wie über ein Jahrzehnt praktische Erfahrung belegt. Da der Endenergieverbrauch proportional zur Motordrehzahl ist, amortisiert sich die Investition in Frequenzumrichter schneller.
9. Umkehrbare Betriebssteuerung
Bei der Frequenzumrichtersteuerung sind keine zusätzlichen reversiblen Steuergeräte für den reversiblen Betrieb erforderlich. Lediglich die Phasenfolge der Ausgangsspannung muss geändert werden, wodurch Wartungskosten gesenkt und Platz gespart werden kann.
10. Reduzierung der mechanischen Getriebekomponenten
Durch die Kombination des aktuellen Vektor-Frequenzumrichters mit dem Synchronmotor lässt sich ein effizientes Drehmoment erzielen. Dadurch können mechanische Getriebekomponenten wie Getriebe eingespart werden, was letztendlich zu einem direkten variablen Frequenzumrichtersystem führt. Dies reduziert Kosten und Platzbedarf und verbessert die Stabilität.