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Umrichter können durch Parametrierung dem jeweils anzutreibenden Motor angepasst werden, um diesen optimal zu betreiben und zu schützen. Dies geschieht heute kaum noch durch Potentiometer und DIP-Schalter, sondern durch eine geeignete Tastatur/Anzeigeeinheit, die sich am Umrichter befindet und die die Navigation in einer Menüstruktur zulässt. Besonders komplexe Umrichter ermöglichen die Programmierung in einer eigenen Programmiersprache oder durch ein entsprechendes grafisches Programm am PC. Fertige Datensätze werden dann über eine Schnittstelle in den Umrichter geladen.

Ebenfalls ist es heutzutage üblich, den fertigen Parametersatz auf einem Speichermedium (z. B. Chip- und Flashkarten) zu speichern, das dann anschließend in den Frequenzumrichter gesteckt wird.

Einige Modelle können selbst die Antriebseigenschaften messen (häufig als „Autotune“ bezeichnet) und ihre eigenen Regelparameter im Rahmen der Inbetriebnahme selbständig einstellen. Zuweilen können sie auch programmierte Verfahrbewegungen selbstständig abarbeiten (Motion Control).

Anwendungsgebiete

Bei Frequenzumrichtern unterscheidet man im Großen und Ganzen zwischen zwei Hauptanwendungsgebieten, welche auch entscheiden, welcher Typ Frequenzumformer, also mit welcher Charakteristik, verwendet wird:

1) Pumpen- und Lüfteranwendungen
Hier wird zu Beginn (ab 0 Hz) fast kein Drehmoment benötigt, welches jedoch ungefähr quadratisch ansteigt und bei der Bemessungsdrehzahl dem Bemessungsdrehmoment entspricht.
Das Antriebsmoment sinkt quadratisch zur Drehzahl, damit sinkt die erforderliche Antriebsleistung bei einer Halbierung des Volumenstroms auf 25 %. Eventuelle Verluste des Umrichters sind dabei nicht berücksichtigt.

2) Hebe- und Fortbewegungsanwendungen
Hier wird zu Beginn (ab 0 Hz) ein hohes Losbrechmoment benötigt, das das Bemessungsmoment weit übersteigt (je nach Anwendung ca 125 % - 200 %). Da sich der Rotor des Motors danach gleichmäßig dreht bzw. gleichmäßig beschleunigt, bleibt das benötigte Drehmoment konstant. Dieses Drehmoment bewegt sich meistens etwas unter der Bemessungsmomentenlinie des Motors.
Über den Umrichter kann hier auch ein Sanftanlauf der Anlage realisiert werden.

Technischer Hintergrund

Werden Asynchronmotoren direkt am Wechselspannungsnetz betrieben, haben sie eine von ihrer Polzahl und der Netzfrequenz abhängige feste Nenndrehzahl. Beim Anlauf entstehen hohe Stromspitzenwerte und das Drehmoment ist gering.

Dem wird konventionell mit verschiedenen Mitteln entgegen gewirkt.

Dazu gehören Stern-Dreieck-Schaltung, KUSA-Anlasser, Anlasstransformator und Thyristor-Anlasser mit Phasenanschnittsteuerung. Auf diese Weise kann jedoch kein höheres Drehmoment unterhalb der Nenndrehzahl erreicht werden, ein Betrieb oberhalb der Nenndrehzahl ist ebenfalls nicht möglich.

Erweiterter Drehzahlbereich

Frequenzumrichter ermöglichen es demgegenüber, stufenlos Drehzahlen von null bis zur Nenndrehzahl zu erreichen, ohne dass das Drehmoment sinkt (Grundstellbereich). Der Motor kann auch über Nenndrehfrequenz (Feldschwächbetrieb) betrieben werden, dann sinkt das abgegebene Moment jedoch ab, da die Betriebsspannung nicht weiter der erhöhten Frequenz angepasst werden kann (Siehe U/f Betrieb). Aufgrund dieser Eigenschaften sind Frequenzumrichter in der Industrie weit verbreitet und gestatten den Einsatz von preiswerten Standard-Asynchronmotoren in einem erweiterten Drehzahlbereich. Der Drehzahlbereich kann bei Motoren mit Stern-Dreieckwicklung, z. B. Sternschaltung 400 V 50 Hz / Dreieckschaltung 230 V 50 Hz, bei einem 400 V Umrichter in Dreieckschaltung bis 87 Hz (Wurzel 3) damit höherer Drehzahl mit Nennmomen höherer Leistung betrieben werden. Zu beachten ist jedoch, dass der Eigenlüfter eine höhere Belastung darstellt und die Eisenverluste (frequenzabhängig) steigen und dadurch der Motor das thermisch nicht, bzw. auch mechanisch nicht voll zuläßt.

Anlauf mit hohem Drehmoment

Durch Programmierung einer Frequenzrampe zum Anlauf sind auch schwierige Anlaufbedingungen ohne starke Überstromspitzen zu bewältigen.

Mit einer absteigenden Frequenzrampe ist auch das Abbremsen möglich. Viele Frequenzumrichter können dabei selbst überwachen, ob der Motor noch innerhalb eines zulässigen Schlupfes läuft und somit ein „Abreißen“ des Drehfeldes verhindern. Umrichter mit Raumzeigermodulation (Space Vector Control) ermöglichen bei einem Asynchronmotor die getrennte Regelung von Drehmoment und Drehzahl, indem die Istfrequenz anhand der registrierten Rückwirkungen des Motors nachgeführt wird.

Rückspeisung und Vierquadrantenbetrieb

Prinzipschaltbild einer Energie-Rückspeisung

Ist der Umrichter in der Lage, in beiden Drehrichtungen Energie vom Netz zum Motor und beim Bremsen auch zurück ins Netz zu übertragen, spricht man von Vierquadrantenbetrieb. Durch solche Wechselrichter lässt sich die Bremsenergie des Motors aus dem Zwischenkreis wieder in das Netz zurückspeisen.
Asynchronmotoren mit rückspeisefähigen Umrichtern können so auch bei wechselnden Drehzahlen als Generator betrieben werden. Dies ist insbesondere für Fahrzeuge und sonstige Antriebe interessant, die zyklisch bremsen müssen. Bei Lokomotiven oder anderen Fahrzeugen kann dadurch die Bremsenergie genutzt werden (Nutzbremsung). Hybrid-PKW speisen dabei in ihre Batterien.

Bei Windkraftanlagen und in kleinen Wasserkraftwerken kann auf diese Weise ein preiswerter Asynchrongenerator verwendet werden, ohne dass dessen Drehzahl an die Netzfrequenz gekoppelt ist.

Aber auch andere große Motoren speisen sinnvollerweise in das Netz zurück, z. B. Zentrifugen in Zuckerfabriken, Antriebe von Fahrstühlen und Kränen oder Belastungseinrichtungen auf Motorprüfständen.

Einfache Frequenzumrichter (2-Quadrantenbetrieb) wandeln die Bremsenergie mit einem Brems-Chopper in einem Bremswiderstand in Wärme um. Um die Energie aus dem Zwischenkreis stattdessen zurück ins Netz speisen zu können, benötigt man einen netzgeführten Wechselrichter, der bei steigender Kondensatorspannung aus jenen gespeist wird. Solche Energierückspeise-Geräte können auch nachgerüstet werden. Sie werden dazu an einem oder mehreren 2-Quadranten-Frequenzumrichtern anstelle der Brems-Chopper angeschlossen. Dadurch wird Vierquadrantenbetrieb erzielt.

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