Ein Frequenzumrichter ist ein Motorantrieb für elektromechanische Antriebssysteme, der die Drehzahl und das Drehmoment eines Wechselstrommotors regelt, indem er die Motoreingangsfrequenz variiert und die entsprechenden Spannungs- oder Stromänderungen je nach Topologie steuert. Er spielt eine wichtige Rolle bei der Drehzahlregelung mit variabler Frequenz, der Energieeinsparung und den Schutzfunktionen. Doch wie wählt man den richtigen VFD aus? Dieser Artikel ist ein grundlegender Leitfaden für die Auswahl eines VFD.

Im Allgemeinen ist es am besten, die Wahl des Frequenzumrichters nach der Art des zu regelnden Objekts, dem Bereich der Drehzahlregelung, der Genauigkeit der stationären Drehzahl und den Anforderungen an das Anlaufmoment zu treffen, so dass er sowohl praktisch als auch wirtschaftlich ist und gleichzeitig die Prozess- und Produktionsanforderungen erfüllt.

Je mehr Sie über den VFD wissen, den Sie für Ihre Anwendung benötigen, desto einfacher wird die Auswahl des richtigen Geräts sein.

Bevor Sie sich für einen VFD entscheiden, sollten Sie grundlegende Informationen über das Typenschild des Motors sammeln, damit Sie den richtigen VFD für Ihre Anwendung auswählen können.

Die spezifischen Informationen sind unten aufgeführt:
  • Pferdestärken
  • Volllaststrom (FLA)
  • Spannung
  • Drehzahl
  • Betriebsfaktor
  • Nennleistung des Umrichters (nicht auf dem Typenschild)

Weitere Informationen werden auf der Grundlage der Anforderungen Ihres Systems und Ihrer Anwendung festgelegt.

  • Lasttyp (konstantes Drehmoment oder variables Drehmoment)
  • Drehzahlbereich und Steuerungsmethode(PLC-Kommunikationsprotokoll erforderlich, 4-20mA-Signal usw.)
  • Besondere Anforderungen an das Gehäuse(wo der VFD montiert werden soll, Innen-/Außenbereich usw.)

Nachdem Sie die Informationen auf dem Typenschild des Motors und wie Sie den VFD installieren und steuern möchten, ist es nun an der Zeit, einige wichtige Spezifikationen für jeden VFD zu verstehen, die Ihnen helfen werden, zu entscheiden, welcher am besten für Sie geeignet ist.

Antriebsspezifikationen

Volllaststrom (FLA)

Der Volllaststrom wird verwendet, um die Größe des Frequenzumrichters zu bestimmen. Der Volllaststrom Ihres Motors muss mit dem Nennstrom des in Betracht gezogenen VFD übereinstimmen. Aus Sicherheitsgründen können Sie auch einen VFD mit einer höheren Stromstärke kaufen, als Ihr Motor benötigt, um so einen gewissen Puffer für Ihre Anwendung zu schaffen. Dies ist besonders wichtig, wenn Sie eine Last mit hohem Trägheitsmoment haben oder eine sehr schwer zu startende Last. Ein überdimensionierter Nennstrom des Frequenzumrichters ermöglicht einen besseren Betrieb und ist langfristig zuverlässiger, da Sie nicht mit der maximalen Kapazität des Frequenzumrichters arbeiten.

Pferdestärken (PS)

Die Kenntnis der PS-Leistung von Last oder Motor ist eine gute Möglichkeit, die Auswahl für Ihre Anwendung einzugrenzen, sollte aber nicht als direkte Referenz für die Bestimmung des VFD verwendet werden. Aufgrund der variablen Lastanforderungen, wie z. B. der Drehzahl (ein Motor mit 900 U/min hat einen ganz anderen Strombedarf als ein Motor mit 3600 U/min), kann die Dimensionierung eines VFD auf der Grundlage der Pferdestärken allein zu Problemen führen.

Spannung und Phase

Bei dreiphasigen Eingängen ist es wichtig, die Spannung des VFD und des Motors an die Spannung am Standort anzupassen. Bei Niederspannungsanwendungen in den USA sind dies in der Regel 208, 230 oder 460 VAC.

Bei einphasigen Eingängen sind noch ein paar weitere Dinge zu beachten. Wenn Sie einen dreiphasigen Motor, aber nur eine einphasige Stromversorgung haben, kann der VFD als Phasenwandler fungieren. Wenn Ihre Last 3 PS (ungefähr ein 230VAC-Motor mit einer FLA von weniger als 13,3 Ampere) oder weniger beträgt, gibt es mehrere einphasige Eingangsantriebe, die in Frage kommen. Wenn Ihr Motor mehr als 3 PS hat, können Sie einen Frequenzumrichter verwenden, der für einen 3-Phasen-Eingang ausgelegt ist, sofern er entsprechend herabgesetzt ist.

Die Verwendung einer Netzdrossel ist auch dann von Bedeutung, wenn der Umrichter einphasig gespeist wird. Dies liegt daran, dass VFDs die Versorgung verunreinigen können. Wenn VFDs als Phasenumwandler eingesetzt werden, können sie die Netzqualität noch stärker beeinträchtigen.

Lasttyp (konstantes oder variables Drehmoment)

Je nach Anwendung müssen Sie einen Antrieb mit variablem oder konstantem Drehmoment wählen. Wenn es sich bei dem anzutreibenden Gerät um ein einfaches Zentrifugalgerät handelt, wie z. B. einen Lüfter oder eine Pumpe, dann ist ein Antrieb mit variablem Drehmoment besser geeignet. Zentrifugalanwendungen werden den Nennstrom nur selten überschreiten, so dass Antriebe mit variablem Drehmoment nur 120 % des Überlaststroms für eine Minute benötigen. Darüber hinaus können Antriebe mit variablem Drehmoment zu maximalen Energieeinsparungen führen. So benötigt ein Lüfter bei einer Drehzahl von 50 % weniger Drehmoment als bei voller Drehzahl. Der Betrieb mit variablem Drehmoment ermöglicht es dem Motor, nur das erforderliche Drehmoment aufzubringen, wodurch der Energieverbrauch gesenkt wird, was einer der vielen Vorteile von VFDs ist.

VFDs mit konstantem Drehmoment sind für schwerere Anwendungen erforderlich, die ein konstantes Drehmoment bei allen Drehzahlen erfordern, wie z. B. Förderanlagen, Verdrängerpumpen, Stanzpressen und Extruder. Ein Förderband läuft zum Beispiel konstant, aber wenn das Band mit Gewicht belastet wird, benötigt es mehr Leistung, so dass Ihr Antrieb in der Lage sein muss, diesen Unterschied zu bewältigen. Aus diesem Grund benötigen VFDs mit konstantem Drehmoment mindestens 150 % der Überlaststromkapazität für eine Minute, um Lastspitzen zu vermeiden.

Drehzahlbereich

VFDs ermöglichen es dem Motor, mit niedrigen und hohen Drehzahlen zu laufen. In der Regel sollte ein Motor nicht mit weniger als 20 % der angegebenen Höchstdrehzahl betrieben werden. Wenn ein Motor mit einer geringeren Drehzahl betrieben wird und keine Schutzvorkehrungen getroffen werden, wird der Motor überhitzt. Wenn Sie beabsichtigen, den Motor mit niedriger Drehzahl zu betreiben, sollten Sie geeignete Vorkehrungen zum Schutz des Motors treffen, z. B. durch Verwendung eines separaten Zusatzlüfters.

Ein VFD kann einen Motor auch schneller laufen lassen als auf dem Typenschild angegeben. In der Regel sollte ein Motor nicht mit mehr als 20 % seiner Nenndrehzahl betrieben werden. Bitte beachten Sie, dass bei Überschreitung der Auslegungsdrehzahl ein Drehmomentverlust eintritt. Außerdem sollten Sie darauf achten, dass Ihr Motor nicht ständig über der FLA-Nennleistung läuft.

Kontrollverfahren

Wenn Sie einen VFD kaufen, müssen Sie sich über Ihre Kontrollverfahren im Klaren sein. Viele Anwender benötigen Ethernet-Kommunikation, um die richtigen Informationen von ihren Antrieben zu SPS und Produktionsautomatisierungssystemen zu erhalten. Immer mehr Betriebe gehen zu diesen fortschrittlichen Kommunikationssystemen über, aber einige preiswerte Laufwerke verfügen nicht über diese Optionen.

Nachfolgend finden Sie Informationen zu einigen der Kontrollverfahren:
  • 2-Draht-Steuerung oder 3-Draht-Steuerung (Bei der 2-Draht-Steuerung handelt es sich in der Regel um einen Halteschalter, wobei die Aus-Stellung den Antrieb stoppt und die Ein-Stellung den Antrieb startet. Die 3-Draht-Steuerung ermöglicht die Verwendung einer Start- und einer Stopptaste).
  • Drehzahlpotentiometer - Ermöglicht dem Bediener die Einstellung der Motordrehzahl mit einem Potentiometer.
  • Digitale Programmierung / Anzeigeeinheit - Ermöglicht dem Bediener die Programmierung und Fehlerbehebung des Frequenzumrichters durch Eingabe von Werten über ein Tastenfeld und eine LED- oder LCD-Anzeigeeinheit. Die Anzeigeeinheit kann auch zur Überwachung des Betriebs des Antriebs verwendet werden.
  • Steckplätze für Systemintegrationsmodule können zur Installation zusätzlicher Feldbusse, Ethernet, Positionsrückmeldung, Maschinensteuerung und erweiterter E/A-Optionen verwendet werden.

Kundenspezifische VFD-Produkte

Wie bei anderen Geräten ist auch für VFD-Antriebe eine ausreichende Anzahl von Zubehörteilen erhältlich, die im Folgenden aufgeführt sind:

  • Trennschalter
  • HOA (Hand/Off/Auto-Schalter)
  • Pilotlampen
  • Bypass
  • Netzdrossel
  • Oberschwingungsdämpfung
  • TVSS
  • dV/dt-Filter

Es kann schwierig sein, die perfekte Kombination von Umrichtern und Zubehör zu bestimmen, da sie stark von Umwelt-, Anwendungs- und rechtlichen Aspekten abhängt.

Abschließende Empfehlungen

Dieser Leitfaden dient der allgemeinen Auswahl von Anwendungen und erhebt nicht den Anspruch, ein umfassender Leitfaden zu sein. Für bestimmte Anwendungen und Lasten können spezielle Dimensionierungen und Überlegungen erforderlich sein. Wenn Sie einen VFD für eine Anwendung dimensionieren oder spezifizieren, müssen Sie konservativ vorgehen und einen gewissen Puffer bei den FLA- und Überlastwerten einkalkulieren. Dies gilt insbesondere, wenn Sie eine Last haben, die schwer zu starten ist oder während des Betriebs stark belastet wird. Wenn Sie Fragen zur Auswahl eines VFD haben oder kundenspezifische Anforderungen haben, wenden Sie sich bitte vor dem Kauf an den technischen Support von STEPPERONLINE.