Frequenzumformer

Frequenzumformer und Frequenzumrichter sind zentrale Komponenten in der elektrischen Antriebstechnik, die zur Anpassung von Frequenzen für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden. Während mechanische Frequenzumformer früher spezifische Netzfrequenzen bereitstellten, dominieren heute elektronische Frequenzumrichter dank ihrer Effizienz und Vielseitigkeit zahlreiche Anwendungsbereiche – von der Industrie bis zum Alltag. 

Was ist ein Frequenzumformer?

Frequenzumformer sind elektro-mechanische Geräte, die Wechselspannung mit einer bestimmten Frequenz in eine Spannung mit einer anderen Frequenz umwandeln. Dazu wird die eingehende Wechselspannung durch einen Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt und in einem Zwischenkreis zwischengespeichert. Ein Wechselrichter nutzt diese Gleichspannung, um die gewünschte Ausgangsfrequenz zu erzeugen. Diese mechanische Verbindung sorgt für eine konstante Drehzahl des Generators, die mit der des Motors übereinstimmt.

Abgrenzung zum Frequenzumrichter

Im Gegensatz zu Frequenzumformern sind Frequenzumrichter rein elektronische Stromrichter. Sie wandeln einphasige als auch dreiphasige Wechsel- oder Drehspannungen in eine variable Frequenz und Spannung. Dadurch können Elektromotoren drehzahlveränderbar betrieben werden – mit einer Bandbreite von null bis zur Nenndrehzahl der Netzfrequenz.

Arten von Frequenzumformern:

Je nach Bauart unterscheidet man zwischen verschiedenen Typen von Frequenzumformern:

• Asynchrone Frequenzumformer: Sie bestehen aus einem Drehstrom-Asynchronmotor und einem mechanisch gekuppelten Schleifringläufermotor. Üblich in Anwendungen, die hohe Ausgangsströme oder Spannungen erfordern.
• Synchrone Frequenzumformer: Angetrieben von einem Drehstrom-Synchronmotor bieten sie belastungsunabhängige Drehzahlen und eine konstante Spannung.
• Frequenzumformer mit Stromwender: Sie erzeugen sehr niederfrequentierte Wechselspannungen wie sie beispielsweise für den Antrieb langsam laufender Maschinen eingesetzt werden.

Einsatzbereiche von Frequenzumrichtern:

• Maschinenbau und CNC-Technik: Regulation von Geschwindigkeit und Drehmoment von Spindeln in Werkzeugmaschinen für exakte Bearbeitungen.
• Lebensmittelindustrie: Betrieb von Hochgeschwindigkeitsantrieben in Verpackungsmaschinen.
• Automobilindustrie: Steuerung von Produktionsanlagen und Prüfständen für gleichbleibend hohe Fertigungsqualität.
• Heizungstechnik, Lüftungstechnik und Klimatechnik: Anpassung der Lüfterdrehzahlen an die Umgebung.
• Wasser- und Abwasserwirtschaft: Steuerung von Pumpen zur Regulierung variabler Durchflussmengen, je nach Bedarf.

Frequenzumformer vs. Frequenzumrichter: Vor- und Nachteile im Vergleich

Vorteile

Frequenzumformer sind robust und bieten eine hohe Sicherheit, da Ein- und Ausgang elektrisch voneinander isoliert sind – ideal für sicherheitskritische Anwendungen und Anwendungen mit festen Frequenzanforderungen. Frequenzumrichter hingegen bieten eine präzise Steuerung von Drehzahl und Drehmoment, was sie vielseitig einsetzbar macht, reduzieren Energie- und Wartungskosten und schonen die angeschlossenen Motoren durch eine sanfte Betriebsweise.

Nachteile

Frequenzumformer verursachen durch ihre mechanischen Komponenten wie Motor und Generator höhere Energieverluste und erfordern regelmäßige Wartung. Ihre Größe und ihr Gewicht erhöhen zudem den Platzbedarf. Frequenzumrichter hingegen sind empfindlicher gegenüber rauen Umgebungsbedingungen wie Staub, Feuchtigkeit oder hohen Temperaturen , wodurch oft zusätzliche Schutzmaßnahmen nötig sind. Außerdem können sie elektromagnetische Störungen verursachen, die den Einsatz spezieller Filter erfordern.

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