Anbieter von energiesparenden Aufzugsanlagen weisen darauf hin, dass Frequenzumrichter mit der fortschreitenden technologischen Entwicklung zunehmend in Bereichen des täglichen Lebens wie Klimaanlagen, Aufzügen und der Schwerindustrie eingesetzt werden. Während der Einsatz von Frequenzumrichtern in Klimaanlagen weithin bekannt ist, herrscht über deren Anwendung in Aufzügen noch wenig Wissen.
Aktuell nutzen die meisten Aufzüge Drehzahlregelung mittels variabler Frequenz oder variabler Spannung, wobei Frequenzumrichter fast die Hälfte aller Aufzüge ausmachen. Der gängigste Aufzugsstandard besteht aus einer Logikplatine und einem Frequenzumrichter. Die Logikplatine dient dem Bediener zur Überwachung der Rückmeldung jedes Signals im Aufzug, während der Frequenzumrichter die Anlauf- und Bremsvorgänge des Motors steuert. Beginnen wir mit dem intuitivsten externen Schaltkreis. Der Frequenzumrichter ermöglicht eine stufenlose Drehzahlregelung des Motors durch einfaches Verbinden der drei Hauptleitungen R, S und T. Um das Prinzip der Drehzahlregelung mittels Frequenzumwandlung besser zu verstehen, betrachten wir einen Drehstrom-Asynchronmotor als Beispiel. In der dreiphasigen Symmetrie der Statorwicklung des Drehstrom-Asynchronmotors entsteht ein rotierendes Magnetfeld, das den Rotorleiter durchdringt und einen Strom in der Rotorwicklung induziert. Dieser Strom erzeugt in der Rotorwicklung ein rotierendes Magnetfeld, das den Rotor in Rotation versetzt. Die Ausgangsfrequenz bestimmt die Drehzahl dieses rotierenden Magnetfelds und ermöglicht so die Drehzahlregelung des Rotors. Es gibt eine Formel für die Synchrondrehzahl n = 60f/p, die damit zusammenhängt. Dieser Wert bezieht sich natürlich auf die Anzahl der Statorwicklungen. Im Überwachungsmenü des Wechselrichters ist die Spannung üblicherweise proportional zu hoch oder zu niedrig, da bei Nennbetriebsfrequenz eine zu niedrige Spannung in bestimmten Situationen zu starkem Magnetismus und sogar zu einem Brand führen kann. Umgekehrt beeinträchtigt ein zu geringer Durchfluss das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors.
Der Hauptstromkreis eines typischen Frequenzumrichters besteht aus drei Teilen: einem Gleichrichterkreis, einem Zwischenkreis und einem Wechselrichterkreis. Der Gleichrichterkreis ist relativ einfach und leitet den Gleichstrom, auch bekannt als Zwischenkreisspannung, direkt über eine dreiphasige Gleichrichterbrücke (Leistungsdioden- oder Thyristor-gesteuerter Gleichrichter) weiter. Im Zwischenkreis zwischen Gleichrichterkreis und Wechselrichterkreis, der allgemeine Schaltungen, Filterschaltungen und Bremswiderstände umfasst, befindet sich ein großer Kondensator, der als Filterregler dient. Da die Gleichstrompulsationen des Gleichrichters weiterhin gefiltert werden müssen, wird eine relativ stabile Gleichstromversorgung gewährleistet. Zusätzlich wird ein externer Bremswiderstand am Wechselrichtermodul verwendet. Bei Verzögerungen und Bremsvorgängen des Motors schaltet dieser in den Generatorbetrieb, und der Wechselrichterkreis speichert elektrische Energie im Kondensator. Bei zu hohen Leistungsstufen steuert der Wechselrichter den externen Bremswiderstand, um überschüssige Energie abzubauen und so eine Überspannung zu vermeiden. Der Wechselrichterkreis ist schließlich der wichtigste und empfindlichste Teil eines Wechselrichters. Die allgemeinen Frequenzmodulationsverfahren lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: PAM (Pulsamplitudenmodulation) und PWM (Pulsweitenmodulation). PAM erfordert jedoch in einigen Frequenzumrichtern die Kombination mit steuerbaren Gleichrichterschaltungen, was hohe Anforderungen an die Triggerung stellt und mit größeren Nachteilen verbunden ist. Die PWM-Steuerung ist das am häufigsten verwendete Verfahren. Die PWM-Modulation basiert auf einem Schaltgerät mit Hochfrequenz-Wechselrichterschaltungen, das die Frequenzmodulationsperiode durch Änderung der Spannungsimpulsbreite steuert. Sie wird heutzutage in immer mehr Schaltgeräten wie IGBTs eingesetzt und beeinflusst den Motor (induktive Last) mit Hochfrequenzimpulsen. Dadurch werden Sinuswellen erzeugt und Spannung und Frequenz gesteuert, was eine stufenlose Drehzahlregelung ermöglicht.
Der Aufzugsfrequenzumrichter ist nicht nur ein Spezialinstrument zur Aufzugssteuerung, sondern auch ein High-End-Produkt unter den Frequenzumrichtern für kleine und mittlere Leistungen. Er verbessert die Effizienz des Aufzugs, sorgt für einen reibungslosen Betrieb und verlängert die Lebensdauer der Anlage. In Kombination mit einer SPS- oder Mikrocomputersteuerung demonstriert er zudem die Vorteile der kontaktlosen Steuerung: vereinfachte Verkabelung, flexible Steuerung, zuverlässiger Betrieb sowie komfortable Wartung und Fehlerüberwachung. Durch die Installation eines Energiespar-Rückkopplungssystems am Aufzugsfrequenzumrichter kann die im Kondensator des Umrichters gespeicherte, regenerierte elektrische Energie effektiv in Wechselstrom umgewandelt und ins Stromnetz zurückgespeist werden. So wird der Aufzug zu einem umweltfreundlichen „Kraftwerk“, das andere Geräte mit Strom versorgt und Energie spart.