AC-Umrichter werden auch als Inverter,
Regelantrieb , Verstellantrieb
und Frequenzumrichter bezeichnet.
AC-Umrichter dienen im Allgemeinen zum
Ansteuern von Drehstrom-Asynchronmotoren; dies ist die branchenweit
am häufigsten eingesetzte Technologie. Die Motoren sind robust,
erfordern nur wenig Wartungsaufwand und sind auf einfache Weise
umweltschonend herzustellen. Weitere Einsatzfälle für
Frequenzumrichter sind aber auch Photovoltaikanlagen und
Netzrückspeiseeinheiten.
Wenn ein AC-Motor direkt an die Netzversorgung
angeschlossen wird, beschleunigt er schnell und läuft dann mit
einer konstanten Drehzahl, deren Wert von der Netzfrequenz und dem
Motoraufbau abhängt.
Für einige Anwendungen reicht eine konstante
Drehzahl aus, und durch entsprechenden Einsatz eines Getriebes wird
die gewünschte Ausgangsdrehzahl erreicht. Für viele Anwendungen
stellen jedoch die schnelle Beschleunigung, der ungebremster
Auslauf und die fehlende Möglichkeit zum Einstellen verschiedener
Drehzahlen und Drehmomente jedoch ernste Probleme dar. Die Lösung
sind AC-Umrichter, welche die dem Motor zugeführte Betriebsspannung
und Frequenz ändern. Die Steuerung bzw. Regelung des Motors wird
durch Abschätzen der Motordrehzahl (Open
Loop-Regelung) oder durch Messung der Drehzahl
(Closed Loop-Regelung) erreicht. Beide
Verfahren besitzen Vor- und Nachteile:
Open Loop-Betrieb
Open Loop-Betrieb ist die einfachste Art der Ansteuerung von
Drehstrom-Asynchronmotoren, da die Motordrehzahl von der Frequenz
der Versorgungsspannung abhängt. Somit wird die gewünschte
Motordrehzahl einfach durch Ändern der Spannung und Frequenz
eingestellt. Dieses Verfahren wird als U/f-Regelung
bezeichnet. Der Hauptnachteil dieses Verfahrens besteht in
der geringen Präzision und dem ungünstigen Drehmoment bei geringen
Drehzahlen.
Zur Verbesserung des Open
Loop-Regelungsverhaltens von AC-Umrichtern wurden zahlreiche
Untersuchungen betrieben. Die Open Loop-Vektorregelung und direkte
Drehmomentregelung versuchen eine Motorsteuerung in Echtzeit, um
eine Reihe von Faktoren auszuschließen, die sich auf die Drehzahl
und das Drehmoment an der Motorwelle ungünstig auswirken. Das
Ergebnis dieser Verfahren ist eine beträchtlich höhere
Leistungsfähigkeit und Präzision; die Leistung bei niedrigen
Drehzahlen kann jedoch immer noch ein Problem darstellen.
Die Läuferflussregelung ist ein neues
Steuerungsverfahren für Antriebe im Open Loop-Betrieb, das eine
verbesserte Stabilität und höhere dynamische Leistung bietet.
Klicken Sie hier für weitere Informationen.
Open Loop-Umrichter kommen zum Einsatz, wenn
der Motor Lasten niemals im Stillstand bzw. bei niedrigen
Drehzahlen halten muss und wo Drehmoment- und Drehzahlgenauigkeit
eine geringere Rolle spielen. Zu den typischen Anwendungen
zählen:
- Pumpen
- Lüfter
- Förderbänder
- Mischer
- Zentrifugen
Closed Loop-Betrieb
Die Closed Loop-Regelung wird durch die Verwendung eines auf der
Motorwelle sitzenden Drehzahl- bzw. Positionssensors
realisiert.
Das Ergebnis ist eine stabile, genaue und
dynamische Drehzahl- und Drehmomentregelung vom Stillstand bis zur
Maximaldrehzahl. Zu den typischen Anwendungen gehören:
- Krane und Hebezeuge
- Aufzüge
- Wickelsysteme
- Materialtransport
- Prüfstände in der Kfz-Industrie
- Strangpressen
Intelligente Umrichter
Control Techniques ist der Marktführer für
intelligente Umrichter; der Begriff „Intelligenz” bezieht sich
hierbei auf Umrichter, bei denen programmierbare
Automatisierungsmodule bzw. Achsregler im Gerät integriert oder als
steckbare Zusatzmodule erhältlich sind. Intelligente Umrichter
bieten beträchtliche Vorteile. Da die Module in den Antrieben
integriert sind, werden Kommunikationsverzögerungen vermieden. Das
verbessert die Leistungsfähigkeit für komplexe Automatisierungs-
und Motionanwendungen und vermeidet die Notwendigkeit externer
Regelmodule, was wiederum Platz spart. Unidrive SP, Commander SK,
Digitax ST und Mentor II zählen alle zu den intelligenten
Umrichtern.
Energiesparfunktion
Es wird geschätzt, dass durch effektives
Installieren und Betreiben von Motoren eine Energieeinsparung von
bis zu 20 % erreicht werden kann. Durch Verwendung von
AC-Umrichtern, z.B. zur Ansteuerung von Lüftern und Pumpen, kann
eine erhebliche Energiemenge eingespart werden. Umrüstungen oder
neue Projekte dieser Art amortisieren sich in überschaubarer zeit.
Da Motoren schätzungsweise zwei Drittel der in der Industrie
benötigten elektrischen Energie verbrauchen, spielen Umrichter bei
der Verringerung des Kohlendioxidausstoßes eine wichtige Rolle.