Was ist ein Umrichterantrieb?

Ein Umrichterantrieb, auch bekannt als AV-Antrieb oder frequenzvariabler Antrieb (VFD), ist eine Art von Motorsteuerung, die zur Regelung von Drehzahl und Drehmoment eines Elektromotors verwendet wird. Er wird in der Regel zwischen der elektrischen Versorgung und dem Motor platziert. [1]

Ein Umrichterantrieb besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten, die zusammenarbeiten. Zu diesen Komponenten gehören Leistungshalbleiter, eine Steuereinheit, ein Gleichrichter, ein Gleichstrombus und ein Ausgangswechselrichter.

Die Leistungshalbleiter spielen eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung des eingehenden Wechselstroms in Gleichstrom, der dann im Gleichstrombus gespeichert wird. Die Steuereinheit steuert den Betrieb des Wechselrichterantriebs und überwacht verschiedene Parameter wie Drehzahl, Strom und Spannung. Sie passt auch die Ausgangsfrequenz und -spannung an, um die gewünschte Motordrehzahl und das gewünschte Drehmoment zu erreichen.

Der Gleichrichter ist für die Umwandlung des eingehenden Wechselstroms in Gleichstrom zuständig, der dann im Zwischenkreis gespeichert wird. Diese gespeicherte Energie wird zur Versorgung des Ausgangswechselrichters verwendet, der die Gleichstromleistung wieder in Wechselstrom mit der gewünschten Frequenz und Spannung zur Steuerung der Motordrehzahl umwandelt.

Neben diesen Hauptkomponenten kann ein Umrichterantrieb auch zusätzliche Funktionen wie Bremswiderstände, Filter und Kommunikationsschnittstellen für den Anschluss an externe Geräte enthalten.

Umrichterantriebe werden in einer Vielzahl von Anwendungen in unterschiedlichen Branchen eingesetzt. Die Verwendung eines Umrichterantriebs zur Anpassung von Drehzahl und Beschleunigung eines Motors erweitert den Anwendungsbereich im Vergleich zu einem Motor, der mit konstanter Drehzahl arbeitet. [2] Sie werden häufig in der verarbeitenden Industrie eingesetzt, wo sie in Fördersystemen, Pumpen, Lüftern und Kompressoren verwendet werden, um die Drehzahl und das Drehmoment von Elektromotoren zu steuern. In der Automobilindustrie werden Umrichterantriebe in Montagelinien und Robotersystemen eingesetzt, um eine präzise Steuerung der Motordrehzahl und -position zu ermöglichen. Sie werden auch in HLK-Systemen eingesetzt, um die Drehzahl von Klimageräten und Kühlern zu regeln und so die Energieeffizienz zu verbessern und die Betriebskosten zu senken.

Im Bereich der erneuerbaren Energien spielen Umrichterantriebe eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung von Gleichstrom (DC) aus Solarzellen oder Windturbinen in Wechselstrom (AC) zur Nutzung in Haushalten und Unternehmen. Sie werden auch in netzgekoppelten und netzunabhängigen Systemen eingesetzt, um den Stromfluss zu steuern und eine stabile Stromversorgung zu gewährleisten.

Darüber hinaus werden Wechselrichterantriebe in der Schifffahrt und in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, um die Antriebssysteme von Schiffen und Flugzeugen zu steuern, sowie in Traktionsanwendungen wie elektrischen Zügen und Straßenbahnen. Im gewerblichen und privaten Bereich werden sie in Aufzügen, Rolltreppen und Garagentoröffnern eingesetzt, um eine reibungslose und zuverlässige Bewegungssteuerung zu gewährleisten.

Der Hauptunterschied zwischen einem Direktantrieb und einem Umrichterantrieb liegt in der Art und Weise, wie sie die Drehzahl eines Elektromotors steuern.

Ein Direktantrieb ist ein einfaches System, bei dem der Motor ohne Zwischenschaltung eines Getriebes direkt an die Last angeschlossen ist. Das bedeutet, dass die Motordrehzahl direkt proportional zur Drehzahl der Last ist. Bei einem Direktantriebssystem läuft der Motor mit einer konstanten Drehzahl und die Last wird an diese Drehzahl angepasst. Direktantriebssysteme werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen eine präzise Drehzahlregelung nicht erforderlich ist, z. B. bei Lüftern und Pumpen.

In Bezug auf die Leistung bietet ein Umrichterantrieb eine Reihe von Vorteilen gegenüber einem Direktantriebssystem. Zum einen ermöglicht er eine bessere Energieeffizienz, indem er die Motordrehzahl an die Lastanforderungen anpasst, anstatt unabhängig von der Last mit einer konstanten Drehzahl zu laufen. Dies kann zu erheblichen Energieeinsparungen führen, insbesondere bei Anwendungen, bei denen die Last im Laufe der Zeit schwankt.

Darüber hinaus ermöglicht ein Umrichterantrieb eine sanftere und präzisere Drehzahlregelung, wodurch er sich für Anwendungen eignet, die ein hohes Maß an Genauigkeit erfordern, wie z. B. CNC-Maschinen und Förderanlagen. Die Möglichkeit, die Motordrehzahl schrittweise zu erhöhen oder zu senken, verringert auch den Verschleiß des Motors und anderer mechanischer Komponenten und verlängert deren Lebensdauer.

Umrichterantriebe erfreuen sich aufgrund der zahlreichen Vorteile, die sie bieten, in verschiedenen Branchen zunehmender Beliebtheit. Dazu gehören:

1. Energieeinsparungen - Umrichterantriebe können dazu beitragen, Energie zu sparen, indem sie die Motordrehzahl entsprechend den Lastanforderungen steuern, was zu einem geringeren Stromverbrauch führt
2. Geringere mechanische Beanspruchung - Durch die Steuerung von Drehzahl und Drehmoment können Umrichterantriebe die mechanische Beanspruchung der Geräte reduzieren, was zu einer längeren Lebensdauer und geringeren Wartungskosten führt
3. Bessere Steuerung - Umrichterantriebe bieten eine präzise Steuerung der Motordrehzahl und des Drehmoments und ermöglichen so eine bessere Prozesssteuerung und eine höhere Produktqualität
4. Sanftes Anfahren und Anhalten - Umrichterantriebe ermöglichen ein sanftes Anfahren und Anhalten des Motors, wodurch der Verschleiß der Anlage verringert und Spannungsspitzen minimiert werden
5. Flexibilität - Umrichterantriebe können an unterschiedliche Lastbedingungen angepasst werden und bieten somit Flexibilität für verschiedene Anwendungen und Prozesse
6. Platzsparend - Umrichterantriebe sind kompakt und benötigen im Vergleich zu herkömmlichen Motorsteuerungsgeräten weniger Platz, wodurch sie sich für Installationen mit begrenztem Raum eignen

1. Umrichter-Antriebssysteme. (n.d.). Was ist ein Umrichter? Abgerufen am 30. Juli 2024, von: https://www.inverterdrivesystems.com/abb-products/abb-drives/what-is-an-inverter
2. OMRON Industrielle Automatisierung. (n.d.). Umrichter. Abgerufen am 30. Juli 2024, von: https://www.ia.omron.com/support/guide/9/introduction.html#:~:text=An%20inverter%20controls%20the%20frequency,applications%20for%20the%20motor%20limited.