DER KONSTRUKTEUR 11/2015

ANTRIEBSTECHNIK
01 Zwischenkreise bestehen typisch aus einer Kombination von Kondensatoren und Spulen. Dabei
lassen sich Zwischenkreise mit konstanter (oben) und variabler (unten) Spannung unterscheiden
Neben den Netzrückwirkungen durch die
Stromaufnahme belasten Umrichter mit
schlankem Zwischenkreis das Netz auch
mit der Taktfrequenz des motorseitigen
Wechselrichters. Aufgrund der fehlenden
bzw. geringen Kapazitäten im Zwischenkreis
ist diese auf der Netzseite deutlich
sichtbar. Diese Frequenz hat den Vorteil,
dass sie in der Regel fest ist und so im Bedarfsfall
einfach mit Filtern zu bedämpfen
ist. Auf den Einsatz von Funktionen, die die
Taktfrequenz variabel ändern, z. B. für ein
Akustikmanagement des Motors oder automatischer
Derating Funktionen, sollte der
Anwender unter diesem Aspekt aber
verzichten.
Dabei verbindet der Anwender die Gleichstromzwischenkreise
der einzelnen Geräte.
Erzeugte generatorische Energie steht so
allen gekoppelten Geräten direkt zur Verfügung.
Bremst eines, speist es die Energie
zurück, die dann ein anderer Motor wieder
zum Beschleunigen nutzen kann. In idealen
Anwendungen, beispielsweise Rundtakttische,
wo immer ein Motor bremst, während
ein anderer beschleunigt, sind so
Energiekosten deutlich zu senken. Denn,
einmal angefahren, verschiebt sich die
Energie permanent zwischen den einzelnen
Antrieben im Zwischenkreis, und der
Anwender muss nur die Energie zuführen,
die für den Ausgleich der Verluste im
System notwendig sind.
So schön die Theorie im ersten Augenblick
klingt, sind allerdings in der Praxis
einige Randbedingungen zu beachteten. So
sollte der Maschinen-/Anlagenbauer oder
der Betreiber sicherstellen, dass ein Kurzschluss
in einem Gerät nicht die anderen
Geräte beschädigt. Abhilfe schaffen Halbleitersicherungen,
die meist mit erheblichen
Kosten zu Buche schlagen und
ggfs. Drosseln zur Vermeidung zu hoher
Stromanstiegsgeschwindigkeiten.
Selbstverständlich muss der Anwender
auch beachten, was passiert, wenn alle
gekoppelten Geräte gleichzeitig generatorische
Energie abgeben. Denn dies führt zu
einem starken Anstieg der Zwischenkreisspannung,
die zu einem Abschalten des
gesamten Systems oder – ohne geeignete
Schutzmaßnahmen – zur Zerstörung führen
kann. Der Betreiber muss sicherstellen,
dass diese überschüssige Energie entweder
über Bremswiderstände in Form von
Wärme abgeführt wird, oder ein entsprechendes
System sie in das Versorgungsnetz
zurückspeist. Ideal ist zu diesem Zweck eine
zuschaltbare Rückspeiseeinheit, die Verluste
im Standby-Betrieb verringert, oder
einen der gekoppelten Umrichter mit
einem Active Front End auszustatten.
Generell gilt: Eine Zwischenkreiskopplung
bietet sich an, wenn viele Antriebe
häufig starten und stoppen. Bei einer
Energieeffizienz – Zwischenkreiskopplung
und Auswirkungen
Der Gedanke, generatorische Energie zu
nutzen, die beim Betrieb einer elektrischen
Maschine an einem Frequenzumrichter
entsteht, ist auf den ersten Blick äußerst
verlockend. In den meisten Fällen leitet der
Anwender die bei diesem Vorgang erzeugte
Energie in Bremswiderstände und wandelt
sie dort in Wärme um. Wäre es nicht sinnvoller,
diese Energie anderen Motoren in
der Maschine oder Anlage zur Verfügung zu
stellen? In diesem Fall bietet sich eine
Kopplung von mehreren Umrichtern über
ihren Zwischenkreis an.
02 Im Frequenzumrichter dient der
Zwischenkreis als Energiespeicher.
Im Beispiel sind die Kondensatorbank
mit Elektrolytkondensator (Pfeil
unten) sowie die Zwischenkreisdrosseln
(Pfeil oben) zu erkennen
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