Dreiphaseninverter
(1 329)Ein Wechselrichter dient zur Umwandlung von Gleichspannung in die Wechselspannung mit einstellbarer Frequenz und häufig auch mit einstellbarem Betriebszyklus.
Typischerweise wird ein Wechselrichter aus dem Energienetz des Wechselstroms eingespeist, was angesichts der angegebenen Definition zu Missverständnissen führen kann. Im Gehäuse eines Wechselrichters wird die Eingangsspannung mittels Dioden oder eines Synchron-Gleichrichters gleichgerichtet. Früher wurden in den Wechselrichtern Thyristoren eingesetzt, die durch diskrete digitale Systeme gesteuert wurden. In den heutigen Wechselrichtern kommen die Signalprozessoren zum Einsatz. In der Ausgangsstufe werden die MOS oder IGBT Transistoren eingesetzt.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Wechselrichter nicht nur zur Regelung der Motorendrehzahl dienen, sondern auch als Bestandteile von Spannungswandlern fungieren können. Normalerweise jedoch, wenn von einem „Wechselrichter“ die Rede ist, hat man es mit einem Gerät für die Motorsteuerung zu tun.
Funktionsweise eines Wechselrichters
Die Spannung in dem EU-Energienetz hat eine Frequenz von 50 Hz. Ein Wechselrichter ermöglicht die Frequenzänderung der Ausgangsspannung in einem Bereich von 0 bis zu 50 Hz, was wiederum die Regelung der Drehzahl eines Asynchronmotors vom Stillstand bis zum Maximum erlaubt. Fortgeschrittenere Wechselrichter ermöglichen die Regelung in einem weiteren Bereich, zum Beispiel von 0 bis zu 87 Hz, wodurch eine höhere Drehzahl, als bei der Einspeisung aus dem Energienetz erreicht werden kann.
Arten von Wechselrichtern
Bei der grundlegenden Einstufung von Wechselrichtern wird die Phasenzahl der Eingangs- und Ausgangsspannung berücksichtigt. Die einfachsten Wechselrichter haben eine Eingangsphase und eine Ausgangsphase. Sie dienen zur Regelung der Drehzahl bei Einphasenmotoren. Es gibt auch Wechselrichter mit einer Eingangsphase und drei Ausgangsphasen. Sie ermöglichen die Steuerung des Betriebs von Dreiphasenmotoren bei einphasiger Einspeisung. In den Industrieanwendungen werden normalerweise die Wechselrichter mit dreiphasiger Einspeisung und der dreiphasigen Ausgangsspannung eingesetzt.
Außer der Einstufung unter Berücksichtigung der Anzahl von Spannungsphasen, werden die Wechselrichter auch je nach der Einspeisungsart in Spannungswechselrichter (Einspeisung aus einer Spannungsquelle – auf der Eingangsseite befindet sich ein Kondensator mit hoher Kapazität) und Stromwechselrichter (Einspeisung aus einer Stromquelle – auf der Eingangsseite befindet sich eine Drossel) eingeteilt.
Wozu dient ein Wechselrichter
Dank einem Wechselrichter lässt sich der Betrieb eines Wechselstrommotors kontrollieren. Das einstellbare Drehmoment und die einstellbare Drehgeschwindigkeit ermöglichen ein sanftes Anlaufen bzw. Abbremsen des Motors, sowie die Anpassung der Drehgeschwindigkeit und des Drehmoments an die Anforderungen des Antriebs. Dank diesen Eigenschaften bietet ein Wechselrichter zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Normalerweise wird ein Wechselrichter für die Steuerung der Leistungsfähigkeit von Pumpen und Kompressoren, der Drehgeschwindigkeit von Ventilatoren, Waschmaschinen, Schleudern, Mischmaschinen verwendet. Er findet ferner auch in den landwirtschaftlichen Maschinen, Torantrieben (für stufenloses Öffnen und Schließen), Förderbändern usw. Anwendung.
Aufteilung hinsichtlich der Steuerungsart
Ein skalarer Wechselrichter zeichnet sich durch eine lineare Kennlinie U/f = const oder eine quadratische Kennlinie U/f2 = const. Skalare Wechselrichter finden in den Antriebssystemen mit wechselndem Drehmoment Anwendung. Sie versorgen den Motor mit einer minimalen Energiemenge, um dadurch noch keine Herabsetzung der Ausgangsfrequenz unterhalb des vorgegebenen Wertes zu verursachen.
DTC-Wechselrichter sind für Antriebe geeignet, die ein konstantes Drehmoment bei wechselnder Geschwindigkeit erfordern. Zwecks Steuerung benutzen diese Wechselrichter die Frequenz und den Betriebszyklus auf der Ausgangsseite.
Auswahl eines Wechselrichters für die jeweilige Anwendung
Bei der Auswahl des Wechselrichters für die jeweilige Anwendung sind nicht nur die elektrischen Parameter, sondern auch die erforderlichen Funktionen der Benutzerschnittstelle und die Art der Motorsteuerung zu beachten.
Erstens sind die Einspeisungsart des Wechselrichters und die Motorleistung zu bestimmen. Der Wechselrichter sollte eine Leistung von gleich oder mehr als die Motorleistung haben. Bei der Steuerung von mehreren Motoren durch einen Wechselrichter ist die Nennleistung aller Motoren zu summieren, anschließend ist ein Sicherheitsspielraum von ca. 15…20% hinzuzurechnen.
Dann ist die Art der Motorsteuerung zu bestimmen. Bei vielen Anwendungen ist eine Steuerung mittels des im Wechselrichter eingebauten Algorithmus ausreichend. Wenn ein Wechselrichter beispielsweise zur Steuerung eines Pumpenmotors mit konstanter bzw. einstellbarer Leistung verwendet wird, wird vermutlich die automatische Soft-Start-Funktion und die Geschwindigkeitsregelung mittels eines Potentiometers ausreichend sein. Sollte die Pumpe jedoch über ein HMI-Bedienfeld, einen PLC-Treiber oder einen Computer gesteuert werden, dann muss der Wechselrichter über eine geeignete digitale Schnittstelle verfügen.
Manche technisch fortgeschrittene Wechselrichter verfügen auch über Statusausgänge mit Anzeige über das Erreichen der vorgegebenen Drehgeschwindigkeit, Auftreten einer Störung des Motors oder der Speisequelle usw. Viele Modelle sind auch mit einem Leuchtfeld ausgestattet, was die Einführung von Einstellungen und die Anzeige von Betriebsparametern ermöglicht.
Ein wichtiges Kriterium ist ferner auch die Montageart des Wechselrichters in dem Steuerschrank oder an einem anderen Anwendungsort. Die meisten populären Wechselrichter sind für die Montage an einer DIN-Schiene ausgelegt, das ist jedoch keine Regel.
Der technologische Fortschritt hat inzwischen die Herabsetzung der Preise von Wechselrichtern ermöglicht, und zwar bei gleichzeitiger Erhöhung der Ausgangsleistung und Verbesserung der Funktionalität. Der Preis eines Wechselrichters hängt weitestgehend von dem Hersteller, der Leistungsentnahme, Anzahl von Phasen, Qualität der Bauteile, Art der Benutzerschnittstelle, der eingebauten Sicherungen usw. ab.
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