Der Lieferant der Energierückkopplungseinheit weist darauf hin, dass die Hauptfunktion des Frequenzumrichters darin besteht, die Steuerungseinrichtung des Wechselstrommotors durch Änderung der Frequenz der Betriebsstromversorgung des Motors zu regeln. Kennen Sie die verschiedenen Arten von Frequenzumrichtern? Worin unterscheiden sich vektorspezifische Frequenzumrichter und universelle Frequenzumrichter?
Es gibt zwei wesentliche Unterschiede zwischen vektorspezifischen Frequenzumrichtern und herkömmlichen Frequenzumrichtern. Der erste Unterschied liegt in der hohen Regelgenauigkeit, der zweite im hohen Ausgangsdrehmoment bei niedrigen Drehzahlen.
Vektorspezifischer Frequenzumrichter:
Das Funktionsprinzip eines vektorspezifischen Frequenzumrichters besteht darin, das Signal zunächst gleichzurichten und es dann zu invertieren, um die gewünschte Frequenz und Spannung zu erhalten.
Die Vektorregelungstechnik nutzt die Koordinatentransformation, um ein Dreiphasensystem äquivalent in ein MT-Zweiphasensystem umzuwandeln, indem sie den Statorstromvektor eines Wechselstrommotors in zwei Gleichstromkomponenten (d. h. magnetische Flusskomponente und Drehmomentkomponente) zerlegt. Dadurch wird das Ziel erreicht, den magnetischen Fluss und das Drehmoment des Wechselstrommotors separat zu steuern und somit die gleiche gute Regelwirkung wie bei einem Gleichstrom-Drehzahlregelungssystem zu erzielen.
Die Vektorregelung, auch bekannt als „Geschwindigkeitsregelung“, weist einige Unterschiede zu ihrer wörtlichen Bedeutung auf.
V/F-Regelung: Wie beim Autofahren bleibt die Gaspedalstellung konstant, während sich die Fahrzeuggeschwindigkeit ändert! Da die Straße uneben ist, ändert sich auch der Fahrwiderstand. Bergauf verringert sich die Geschwindigkeit, bergab erhöht sie sich, richtig? Bei einem Frequenzumrichter entspricht der eingestellte Frequenzwert der Gaspedalstellung beim Fahren; diese ist im V/F-Regelungsmodus fixiert.
Vektorregelungsmethode: Sie ermöglicht es, das Fahrzeug so zu steuern, dass es unter wechselnden Straßenverhältnissen, Widerstand, Steigungen, Gefällen und anderen Bedingungen eine möglichst konstante Geschwindigkeit beibehält und so die Genauigkeit der Geschwindigkeitsregelung verbessert.
Universeller Frequenzumrichter:
Ein Universal-Frequenzumrichter kann für alle Lasten eingesetzt werden. Ist jedoch ein lastspezifischer Frequenzumrichter verfügbar, empfiehlt sich dessen Verwendung. Lastspezifische Frequenzumrichter sind auf die jeweiligen Lastcharakteristika optimiert und zeichnen sich durch einfache Parametereinstellung, präzisere Drehzahlregelung und Energieeinsparung aus.
Die korrekte Auswahl des Frequenzumrichters ist entscheidend für den ordnungsgemäßen Betrieb des Steuerungssystems. Bei der Auswahl eines Frequenzumrichters ist es unerlässlich, die Lastcharakteristika, die vom Frequenzumrichter angetrieben werden, genau zu verstehen. In der Praxis werden Produktionsmaschinen häufig in drei Typen unterteilt: Lasten mit konstantem Drehmoment, Lasten mit konstanter Leistung und Lüfter-/Pumpenlasten.
Konstante Drehmomentbelastung:
Das Lastmoment TL ist unabhängig von der Drehzahl n und bleibt bei jeder Drehzahl konstant oder nahezu konstant. Beispiele hierfür sind Reibungslasten wie Förderbänder, Mischer und Extruder sowie potenzielle Lasten wie Kräne und Hebezeuge.
Beim Betrieb einer Last mit konstantem Drehmoment durch einen Frequenzumrichter muss das Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen ausreichend hoch sein und eine ausreichende Überlastfähigkeit aufweisen. Ist ein stabiler Betrieb bei niedrigen Drehzahlen erforderlich, muss die Wärmeabfuhrkapazität von Standard-Asynchronmotoren berücksichtigt werden, um einen übermäßigen Temperaturanstieg des Motors zu vermeiden.
Konstante Leistungslast:
Das erforderliche Drehmoment für Werkzeugmaschinenspindeln, Walzwerke, Papiermaschinen und Produktionslinien für Kunststofffolien (z. B. Auf- und Abwickler) ist im Allgemeinen umgekehrt proportional zur Drehzahl – ein Phänomen, das als Konstantleistungslast bezeichnet wird. Die Konstantleistungslast ist auf einen bestimmten Drehzahlbereich begrenzt. Bei sehr niedrigen Drehzahlen kann die Last aufgrund der mechanischen Belastbarkeit nicht unbegrenzt ansteigen und geht in eine Konstantdrehmomentlast über. Die Bereiche konstanter Leistung und konstanten Drehmoments der Last haben einen wesentlichen Einfluss auf die Wahl des Antriebssystems. Bei Drehzahlregelung mit konstantem Fluss bleibt das maximal zulässige Ausgangsdrehmoment unverändert (Konstantdrehmomentregelung). Bei Drehzahlregelung mit schwachem Magnetfeld ist das maximal zulässige Ausgangsdrehmoment umgekehrt proportional zur Drehzahl (Konstantleistungsregelung). Stimmen die Bereiche der Konstantdrehmoment- und Konstantleistungsregelung des Elektromotors mit den Bereichen konstanter Drehmoment- und Konstantleistungsregelung der Last überein (sogenannte „Anpassung“), werden sowohl die Leistung des Elektromotors als auch die des Frequenzumrichters minimiert.
Lüfter- und Pumpenlasten:
Bei verschiedenen Ventilatoren, Wasserpumpen und Ölpumpen ist der durch Luft oder Flüssigkeit erzeugte Widerstand innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereichs bei Rotation des Laufrads annähernd proportional zur zweiten Potenz der Drehzahl n. Mit sinkender Drehzahl nimmt die Drehzahl proportional zur zweiten Potenz ab. Die für diese Last benötigte Leistung ist proportional zur dritten Potenz der Drehzahl. Bei sinkendem Luftvolumenstrom und Durchfluss kann durch die Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichter die Energie deutlich reduziert werden. Da der Leistungsbedarf bei hohen Drehzahlen rapide ansteigt und proportional zur dritten Potenz der Drehzahl ist, wird generell davon abgeraten, Lasten wie Ventilatoren und Pumpen oberhalb der Netzfrequenz zu betreiben.