Robustes Frequenzumrichter-System (VFD) für optimale Leistung designen

Variable Frequenzumrichter (VFDs) sind langsam zum Industriestandard für die Steuerung der Ausgabe von dreiphasigen Wechselstrommotoren geworden. Durch Variation von Spannung und Frequenz erreichen VFDs sanfte und zuverlässige Steuerung des Motordrehmoments und der Drehzahl. Von Motion-Control-Anwendungen über Lüftungssysteme bis hin zu Schwerindustrie – VFDs sind in der Industrielandschaft unverzichtbar geworden.

Die Gesamteffizienz von VFDs hängt jedoch stark von ihrer Installation und der Qualität der bei der Designphase verwendeten Ausrüstung ab. Der Motor, die Kabel und alle anderen angeschlossenen Geräte sollten vollständig kompatibel mit den Spezifikationen des zu installierenden Antriebs sein.

Wie funktionieren VFDs?

VFDs sind ein Essential der Festkörpertechnologie und wandeln 3-Phasen-Netzspannung in ein sinusförmiges PWM-Signal um, durch das Frequenz und Spannung variiert werden können. Intern bestehen VFDs aus:

• AC-zu-DC-Wandler
• DC-Zwischenkreis zum Filtern des Gleichrichterausgangs
• DC-zu-AC-Wechselrichter

Der Wechselrichter ist für einen gleichmäßigen Strom variabler Spannung und Frequenz verantwortlich, der dann den Motor antreibt. Für zentrale Steuerung ist ein Mikroprozessor im VFD installiert, der den Gesamtbetrieb und die Parameter steuert.

Voraussetzungen

Bevor ein VFD in Ihr System integriert werden kann, sollten Sie sich einige Fragen stellen, um sicherzustellen, dass Sie einen Antrieb mit den richtigen Spezifikationen auswählen:

Wie hoch sind die Drehmomentanforderungen der Lasten?

• VFDs haben begrenzte Überstromkapazität, daher erfordern schwere Lasten ein ausreichend überdimensioniertes Gerät.

Wie viele Motoren wird der Antrieb steuern?

• Die Spitzenströme aller Motoren sollten berechnet werden, um auf den Worst Case vorbereitet zu sein.

Erfordert die Anwendung sofortige Drehzahländerung?

• Eine Überdimensionierung des Antriebs kann je nach dieser Anforderung notwendig sein.

Muss der Motor mit Problemen wie Überhitzung umgehen?

• Ein häufiges Problem bei reduzierter Drehzahl, konstantem Drehmoment.

Bleibt die Stromversorgung konstant?

• Viele Industrieanlagen nutzen Lastabwurf zur Energieeinsparung – in diesem Fall müsste ein Antrieb mit Backup-Fähigkeit gewählt werden.

Sind externe Gehäuse erforderlich?

• Dies hängt von den Bedingungen ab, denen der Antrieb ausgesetzt ist. Zu viel Staub, Wasser oder Chemikalien können die Fähigkeiten eines VFD ernsthaft beeinträchtigen.

Kabelauswahl

Impedanzmissmatch zwischen Kabel und Motor kann in VFDs reflektierte Wellen verursachen, die die Spannung effektiv verdoppeln und zu beschädigten Kabeln und Komponenten führen können. Die bevorzugte Lösung ist der Einsatz von XLPE-Kabelisolation, die solchen reflektierten Wellen standhält, im Gegensatz zu PVC, das in solchen Anwendungen gefährlich ist. Der Einsatz solcher Kabel hat weitere Vorteile für das VFD-System, wie reduzierte Kapazität, was die Lebensdauer des Motors verbessern kann. Die thermische Isolationseigenschaft sorgt zudem dafür, dass Wärme aus Korona-Verlusten andere Geräte nicht beeinträchtigt oder Gefahren wie Isolationsschmelze oder Brände verursacht.

Zusätzlich strahlt ein VFD-Kabel Störungen aus, die proportional zum variierenden Strom sind. Je länger das Kabel, desto stärker die Störung, daher ist eine ordnungsgemäße Abschirmung erforderlich. Bleibt dies unberücksichtigt, können kapazitive Kopplungen zwischen Motorwicklungen und Rahmen auftreten, die benachbarte Geräte wie Thermoelemente, Encoder und niedrigpegelige Kommunikationssignale stören.

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