DER KONSTRUKTEUR 11/2015

ANTRIEBSTECHNIK
Was man über
Umrichter wissen sollte
Aufbau und Aufgaben des Zwischenkreises bei
Frequenzumrichtern
Martin Cerny
Frequenzumrichter sparen Energie und dem Anwender erhebliche Kosten.
Wie aber häufig in der Technik, erkauft man die Vorteile der elektronischen
Drehzahlregelung mit einigen Nachteilen. So verursachen Frequenzumrichter
Nebeneffekte wie elektromagnetische Störungen, Netzrückwirkungen,
zusätzliche Verluste und Geräuschentwicklung. Neben den
Eingangsgleichrichtern und den Wechselrichtern am Ausgang hat auch
die Auslegung des Zwischenkreises dabei einen nicht unerheblichen
Einfluss auf die Eigenschaften des Frequenzumrichters.
Der Zwischenkreis dient der Entkopplung
zwischen netz- und motorseitigem
Gleichrichter. Er besteht typisch aus einer
Kombination von Kondensatoren und Spulen.
Die Kondensatoren dienen zur Glättung
der Zwischenkreisspannung und zur
Pufferung von Energie bei Lastsprüngen.
Die Spulen schützen die Kondensatoren vor
Stromstößen und reduzieren gleichzeitig
die Netzrückwirkungen, indem sie eine
glättende Wirkung auf den Zwischenkreisstrom
haben.Es lassen sich drei Typen
unterscheiden: Der variable Gleichstromzwischenkreis,
der konstante Gleichspannungszwischen
kreis und der variable
Gleichspannungszwischenkreis. Zwischen-
Martin Cerny, Danfoss GmbH VLT Antriebs technik,
Offenbach
kreise haben die Funktion eines Energiespeichers.
Im normalen Fall sind die Kondensatoren
bzw. Kondensatorbänke mit
Elektrolytkondensatoren aufgebaut. Sie
können am Ausgang die volle Netzspannung
generieren und so den Motor betreiben.
Bei Umrichtern mit schlankem
Zwischenkreis, die eine deutlich geringere
Speicherkapazität haben und häufig mit
günstigeren Folienkondensatoren bestückt
sind, liegt die maximale Motorspannung
teilweise bis zu 10 % unter der Nennspannung.
Erhöhte Stromaufnahme mit
stärkerer Erwärmung des Motors sind die
Folge, was die Lebensdauer der Motoren
eventuell deutlich senken kann.
Lastverhalten – normaler oder
schlanker Zwischenkreis
Die Auslegung des Zwischenkreises beeinflusst Netzrückwirkungen,
Lastverhalten und Energieeffizienz in der Anlage
Der Zwischenkreis in einem Umrichter
dient als Energiespeicher bei Lastwechseln
in der Anwendung. Daher kommt der Auslegung
des Zwischenkreises als vollwertigem
oder schlankem Zwischenkreis erhebliche
Bedeutung zu, bestimmt dies doch
das Verhalten des Geräts bei Lastwechsel,
Lastabwürfen oder kurzzeitigen Spannungseinbrüchen
im Netz.
Bei Umrichtern mit geringer Zwischenkreiskapazität
treten bei Laständerungen
wesentlich höhere Spannungsänderungen
auf, als bei Umrichtern mit konventionellem
Zwischenkreis. Die Begründung hierfür
liegt in der Wirkung der Zwischenkreiskondensatoren
als Energiespeicher. Eine
größere Kapazität kann größere Energiemengen
abgeben und aufnehmen. Dies
wirkt sich u. a. bei dynamischen Anwendungen
oder großen Lastwechseln bzw.
Schwungmassen aus. Beispielsweise
neigen Umrichter mit schlankem
Zwischenkreis bei Lastwechsel an der
Motorwelle eher zum Schwingen.
Bei Lastabwürfen erzeugt der Motor
generatorische Energie mit hohen Spannungsspitzen.
Um sich gegen eine Überlastung
bzw. aufgrund von auftretender Über-
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