Die Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichtern bezeichnet üblicherweise ein elektromechanisches System, bestehend aus einem Induktionsmotor, einem Frequenzumrichter, einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) und weiteren intelligenten Geräten, Aktoren und Steuerungssoftware. Dieses System bildet ein Wechselstrom-Drehzahlregelungssystem mit offenem oder geschlossenem Regelkreis. Es ersetzt in beispiellosem Ausmaß die traditionelle mechanische und die Gleichstrom-Drehzahlregelung und verbessert dadurch den Automatisierungsgrad und die Produktionseffizienz erheblich. Gleichzeitig ermöglicht es die Miniaturisierung und Intelligenz von Anlagen.
Betrachtet man den Energieverbrauch aller Motoren in industriellen Anwendungen, so werden etwa 70 % davon in Lüftern und Pumpen eingesetzt. Die Vorteile von Energieeinsparung und Emissionsreduzierung bei solchen Lasten liegen auf der Hand: enorme wirtschaftliche Vorteile und nachhaltige soziale Auswirkungen. Allein aus diesem Grund findet die Frequenzumrichter-Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren breite Anwendung. Beispielsweise genügt es bei einer Inverter-Klimaanlage, die Motordrehzahl zu reduzieren und so die Antriebsleistung zu senken, wenn die eingestellte Temperatur reduziert wird.
Neben ihrer Energieeinsparung und einfachen Anwendbarkeit bieten drehzahlgeregelte Asynchronmotoren mit variabler Frequenz den Vorteil des Sanftanlaufs, sodass keine Prüfung des Anlaufverhaltens erforderlich ist. Die einzige zu lösende Herausforderung besteht darin, die Anpassungsfähigkeit des Motors an nicht-sinusförmige Netzspannung zu verbessern.
Funktionsprinzip des Frequenzumrichters
Der von uns verwendete Frequenzumrichter arbeitet hauptsächlich im AC-DC-AC-Modus (VVVF-Frequenzumrichter oder Vektor-Frequenzumrichter). Zunächst wird der Wechselstrom (Netzfrequenz) mittels eines Gleichrichters in Gleichstrom umgewandelt. Dieser Gleichstrom wird anschließend in Wechselstrom mit einstellbarer Frequenz und Spannung umgewandelt, um den Motor zu versorgen. Der Frequenzumrichter besteht im Allgemeinen aus vier Komponenten: Gleichrichter, Zwischenkreis, Wechselrichter und Steuerung. Der Gleichrichter ist ein dreiphasiger, ungesteuerter Brückengleichrichter, der Wechselrichter ein dreiphasiger IGBT-Brückenwechselrichter mit PWM-Ausgangssignal. Der Zwischenkreis dient der Filterung, der Speicherung von Gleichstromenergie und der Pufferung von Blindleistung.
Die Frequenzregelung hat sich als Standardverfahren zur Drehzahlregelung etabliert und findet breite Anwendung in stufenlosen Getrieben verschiedenster Branchen. Insbesondere mit dem zunehmenden Einsatz von Frequenzumrichtern in der industriellen Steuerungstechnik hat sich auch der Einsatz von Frequenzumrichtermotoren stark verbreitet. Aufgrund ihrer überlegenen Eigenschaften gegenüber herkömmlichen Motoren in der Frequenzumrichtersteuerung sind Frequenzumrichtermotoren überall dort anzutreffen, wo Frequenzumrichter verwendet werden.
Für die Prüfung von Motoren mit variabler Frequenz ist in der Regel ein Frequenzumrichter erforderlich. Da die Ausgangsfrequenz des Frequenzumrichters einen großen Frequenzbereich aufweist und das Ausgangssignal (PWM) zahlreiche Oberschwingungen enthält, genügen herkömmliche Transformatoren und Leistungsmesser den Messanforderungen nicht mehr. Daher werden Frequenzumrichter-Leistungsanalysatoren und Frequenzumrichter-Leistungstransmitter benötigt.
Der standardisierte Motorprüfstand ist ein neuartiges Testsystem, das im Rahmen des Programms zur Verbesserung der Energieeffizienz von Motoren entwickelt wurde, um Energie zu sparen und Emissionen zu reduzieren. Der standardisierte Motorprüfstand standardisiert und instrumentiert das komplexe System, verbessert dessen Zuverlässigkeit, vereinfacht die Installation und Inbetriebnahme und senkt die Systemkosten.
Spezielle Merkmale von Frequenzumrichtermotoren
Auslegung mit Temperaturanstiegsklasse B, Isolationsfertigung der Klasse F. Durch den Einsatz von Polymerisolationsmaterialien, ein Vakuumdruckimprägnierungsverfahren und eine spezielle Isolationsstruktur werden die Spannungsfestigkeit und die mechanische Festigkeit der Wicklungsisolierung deutlich verbessert. Dies gewährleistet einen reibungslosen Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Motors und schützt vor hochfrequenten Strom- und Spannungsspitzen des Wechselrichters. Beschädigungen der Isolation sind ausgeschlossen.
Der Frequenzumrichtermotor zeichnet sich durch hohe Auswuchtqualität und einen Vibrationspegel im R-Bereich aus. Die mechanischen Teile sind präzise gefertigt, und es kommen spezielle Hochpräzisionslager zum Einsatz, die einen Betrieb mit hohen Drehzahlen ermöglichen.
Der Frequenzumrichtermotor verfügt über ein System zur Zwangslüftung und Wärmeabfuhr. Alle importierten Axialventilatoren sind extrem leise, langlebig und leistungsstark. Sie gewährleisten eine effektive Wärmeabfuhr des Motors bei jeder Drehzahl und ermöglichen einen dauerhaften Betrieb sowohl im Hoch- als auch im Niedrigdrehzahlbereich.
Im Vergleich zu herkömmlichen Frequenzumrichtern bietet er einen größeren Drehzahlbereich und eine höhere Verarbeitungsqualität. Die spezielle Magnetfeldkonstruktion unterdrückt zudem die Oberwellen des Magnetfelds und erfüllt somit die Anforderungen an Breitbandigkeit, Energieeinsparung und Geräuscharmut. Er zeichnet sich durch einen breiten Bereich konstanter Drehmoment- und Leistungsdrehzahlregelung, stabile Drehzahlregelung und Drehmomentwelligkeit aus.
Es weist eine gute Parameteranpassung an verschiedene Frequenzumrichter auf. In Verbindung mit der Vektorregelung ermöglicht es die Realisierung von Drehzahlregelung mit vollem Drehmoment bei Stillstand, Drehmomentregelung bei niedrigen Frequenzen sowie hochpräziser Drehzahlregelung, Positionsregelung und schneller dynamischer Regelung.
Veröffentlichungsdatum: 05.12.2023