Funktionsprinzip des Frequenzumrichters

AFrequenzumrichterist ein Leistungssteuergerät, dessen Kernprinzip auf der proportionalen Beziehung zwischen Motordrehzahl und Stromversorgungsfrequenz basiert (für Wechselstrom-Asynchronmotoren: n=60f/p, wobei n die Drehzahl, f die Frequenz und p die Anzahl der Polpaare ist).

Kernaufgabe

Wandelt den vom Stromnetz gelieferten konstanten Wechselstrom in Wechselstrom mit einstellbarer Frequenz und Spannung um, die der Motor benötigt, und steuert so die Drehzahl und das Drehmoment des Motors präzise.

Grundlegendes Funktionsprinzip eines Frequenzumrichters: Kernprozess: AC-DC-AC-Umwandlung
1. Gleichrichtung (AC zu DC)
Eingang: Der Frequenzumrichter erhält Wechselstrom mit einer festen Spannung und Frequenz (50 Hz oder 60 Hz) aus dem Stromnetz.
Prozess: Die interne Gleichrichterschaltung wandelt den Eingangswechselstrom in pulsierenden Gleichstrom um.
Schlüsselkomponente: Gleichrichtermodul.

2. DC (Filterung und Energiespeicherung)
Prozess: Der pulsierende Gleichstrom wird durch die Filterkondensatoren (und Drosseln) auf dem Gleichstrombus geglättet und wird zu einem stabilen Gleichstrom mit weniger Welligkeit.

Funktion: Spannungsschwankungen beseitigen und Energie speichern.

3. Umkehrung (DC zu einstellbarem AC)
Durch den Wechselrichter (unter Verwendung von Leistungsschaltgeräten wie IGBTs) werden diese IGBTs unter der Steuerung der Steuerschaltung regelmäßig mit extrem hohen Frequenzen (z. B. Tausende bis Zehntausende Hertz) ein- und ausgeschaltet.

Schlüsseltechnologie: PWM-Steuerung (Pulsweitenmodulation), die durch Anpassen der Schaltfrequenz einen Sinuswellenausgang simuliert.

4. Kontrolle
Kernsteuerung: V/F-Steuerung
Hält ein konstantes Spannungs-{0}zu--Frequenzverhältnis aufrecht und sorgt so für einen stabilen Motorfluss. Geeignet für Anwendungen mit geringen Präzisionsanforderungen, wie z. B. Lüfter und Pumpen.
Vektorkontrolle
Zerlegt die Drehmoment- und Magnetfeldkomponenten des Motorstroms mithilfe von Algorithmen und erreicht so eine präzise Drehmomentsteuerung ähnlich einem Gleichstrommotor. Geeignet für die hochpräzise Geschwindigkeitsregelung, beispielsweise in Hebezeugen und Werkzeugmaschinen.
Direkte Drehmomentregelung
Steuert direkt die Drehmoment- und Flussverknüpfung des Motors, bietet eine schnelle dynamische Reaktion und eignet sich für Stoßbelastungen mit hoher Geschwindigkeit.

Kernkomponenten
Gleichrichtereinheit:Wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um.
DC-Bus:Filtert und speichert Energie.
Wechselrichtereinheit:Wandelt Gleichstrom in Wechselstrom mit variabler Frequenz um.
Steuereinheit (CPU):Verarbeitet Signale und erzeugt PWM-Wellenformen.
Erkennungsschaltung:Überwacht Spannung, Strom, Temperatur usw.