Lernfeld 10 · Prüfung Teil 2

Antriebe und Frequenzumrichter parametrieren

Asynchronmotor am Frequenzumrichter: Drehzahl, Schlupf, Moment, U/f-Kennlinie und Parameter kurz erklärt für die Abschlussprüfung.

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Darum geht es

Ein Frequenzumrichter mit Spannungszwischenkreis besteht aus Gleichrichter, Zwischenkreis mit Kondensatoren und Wechselrichter. Der Wechselrichter erzeugt aus der Gleichspannung per Pulsweitenmodulation eine Drehspannung mit einstellbarer Frequenz und Spannung. Damit stellst du die Drehzahl eines Asynchronmotors stufenlos ein.

Die synchrone Drehzahl hängt von Frequenz und Polpaarzahl ab, der Läufer bleibt um den Schlupf dahinter zurück. Im Grundstellbereich hebt der Umrichter die Spannung im gleichen Verhältnis wie die Frequenz an (U/f-Kennlinie). So bleibt der magnetische Fluss und damit das verfügbare Moment etwa konstant. Oberhalb der Nennfrequenz kann die Spannung nicht weiter steigen, der Motor arbeitet im Feldschwächbereich mit sinkendem Moment.

Bei der Inbetriebnahme gibst du die Typenschilddaten des Motors ein und stellst Rampenzeiten, Minimal- und Maximalfrequenz sowie den Motorschutz ein. Bremst eine große Schwungmasse schnell ab, speist der Motor Energie zurück und die Zwischenkreisspannung steigt. Abhilfe schaffen eine längere Rücklauframpe oder ein Bremswiderstand mit Bremschopper. Eigenbelüftete Motoren kühlen bei kleiner Drehzahl schlechter, bei Dauerbetrieb mit niedriger Frequenz brauchen sie einen Fremdlüfter oder eine Reduzierung des Moments.

Das solltest du dir merken

Die synchrone Drehzahl ist $n_{s} = f / p$ , der Läufer dreht immer etwas langsamer.
Konstantes U/f hält den Fluss und damit das Moment im Grundstellbereich konstant.
Überspannung im Zwischenkreis beim Bremsen deutet auf zu kurze Rampe oder fehlenden Bremswiderstand.
Die Drehrichtung am Umrichter änderst du per Parameter oder Steuerbefehl, nicht durch Umklemmen am laufenden System.

Formeln

Synchrone Drehzahl: $n_{s} = \frac{f}{p}$; $n_{s}$ in 1/s (mal 60 ergibt 1/min), $f$ Frequenz in Hz, $p$ Polpaarzahl (vierpolig heißt $p = 2$ )
Schlupf: $s = \frac{n _{s} - n}{n _{s}} \cdot 100 %$; $s$ Schlupf in %, $n_{s}$ synchrone Drehzahl, $n$ Läuferdrehzahl in 1/min
Drehmoment aus Leistung: $M = \frac{P}{2 π \cdot n} \approx \frac{9550 \cdot P}{n}$; $M$ Moment in Nm; links $P$ in W und $n$ in 1/s, rechts $P$ in kW und $n$ in 1/min

Typische Fehler in der Prüfung

Polzahl und Polpaarzahl verwechselt, die Drehzahl ist dann doppelt oder halb so groß.
Beim Moment die Drehzahl in 1/min eingesetzt, aber mit $2 π$ gerechnet, ohne durch 60 zu teilen.
Schlupf auf die Läuferdrehzahl statt auf die synchrone Drehzahl bezogen.
Bremsfehler mit längerer Hochlauframpe statt mit längerer Rücklauframpe behoben.

Tipps aus der Werkstatt

U/f-Kennlinie heißt: Spannung und Frequenz steigen im gleichen Verhältnis, damit der magnetische Fluss im Motor konstant bleibt. Oberhalb der Nennfrequenz bleibt die Spannung stehen, der Fluss sinkt, das Drehmoment nimmt ab (Feldschwächbereich).
Beim Abbremsen großer Schwungmassen arbeitet der Motor als Generator und lädt den Zwischenkreis auf. Wenn der Umrichter dann abschaltet, hilft eine längere Rampe oder ein Bremswiderstand, nicht ein größerer Motor. Rampenzeiten und Motordaten vom Typenschild sind die wichtigsten Parameter.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

16 Aufgaben zu „Antriebe und Frequenzumrichter parametrieren“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Automatisierungstechnik 18.12.2020, Lernfeld 10; DIN EN 60034-1 (Drehende elektrische Maschinen). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.