Lernfeld 11 · Prüfung Teil 2

Umrichtergespeiste Antriebe und EMV

Umrichtergespeiste Antriebe: Sicherheitsfunktionen STO und SLS, Drehgeber, Energieeinsparung bei Pumpen und EMV-gerechter Aufbau erklärt.

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Darum geht es

Frequenzumrichter und Servoumrichter machen Antriebe drehzahlveränderbar und genau positionierbar. Moderne Umrichter haben integrierte Sicherheitsfunktionen nach DIN EN 61800-5-2. Safe Torque Off (STO) schaltet die Energiezufuhr zum Motor sicher ab, der Motor erzeugt kein Moment mehr und läuft aus. STO trennt aber nicht vom Netz; für Arbeiten am Antrieb musst du trotzdem freischalten. Safe Stop 1 (SS1) bremst erst geregelt und schaltet dann STO, Safely Limited Speed (SLS) begrenzt etwa im Einrichtbetrieb die Geschwindigkeit sicher.

Zur Lage- und Drehzahlerfassung dienen Drehgeber. Ein Inkrementalgeber liefert je Umdrehung eine feste Zahl von Impulsen; nach dem Einschalten muss die Achse eine Referenzfahrt machen. Ein Absolutwertgeber kennt seine Lage sofort. Aus Spindelsteigung und Impulszahl ergibt sich die Auflösung der Achse; mit Vierfachauswertung der beiden Spuren wird sie viermal feiner.

Bei Pumpen und Lüftern spart ein Umrichter viel Energie, weil die Leistung mit der dritten Potenz der Drehzahl sinkt. Schon eine kleine Drehzahlsenkung statt Drosselung bringt deutliche Ersparnis. Zusätzlich lohnt ein Motor höherer Effizienzklasse.

Für den EMV-gerechten Aufbau gelten geschirmte Motorleitungen mit beidseitig großflächig aufgelegtem Schirm, getrennte Verlegung von Signal- und Leistungsleitungen und ein guter Potenzialausgleich.

Das solltest du dir merken

STO schaltet das Moment sicher ab, aber trennt nicht vom Netz.
Inkrementalgeber brauchen nach dem Einschalten eine Referenzfahrt.
Bei Pumpen und Lüftern sinkt die Leistung mit der dritten Potenz der Drehzahl.
Vierfachauswertung macht die Geberauflösung viermal feiner.

Formeln

Weg je Geberimpuls: $Δ s = \frac{h}{z \cdot k}$; $h$ Spindelsteigung in mm, $z$ Impulse je Umdrehung, $k$ Auswertefaktor (1, 2 oder 4)
Affinitätsgesetz Leistung: $\frac{P _{2}}{P _{1}} = (\frac{n _{2}}{n _{1}})^{3}$; $P$ Wellenleistung, $n$ Drehzahl; gilt näherungsweise für Kreiselpumpen und Lüfter
Energieeinsparung: $Δ W = Δ P \cdot t$; $Δ P$ Leistungsdifferenz in kW, $t$ Betriebszeit in h, $Δ W$ in kWh

Typische Fehler in der Prüfung

STO als Freischalten verstanden und am Leistungsteil ohne Freischalten gearbeitet.
Beim Affinitätsgesetz quadratisch statt mit der dritten Potenz gerechnet.
Bei der Geberauflösung die Vierfachauswertung nicht berücksichtigt.

Tipps aus der Werkstatt

Oberhalb der Nennfrequenz kann der Umrichter die Spannung nicht weiter erhöhen, also sinkt der Fluss im Motor und mit ihm das maximale Drehmoment, die Leistung bleibt etwa konstant. Drehzahl rechnest du weiter mit n = 60 · f / p und der Polpaarzahl, nicht mit der Polzahl.
EMV am Umrichter ist eine Checkliste: geschirmte Motorleitung so kurz wie möglich, Schirm beidseitig großflächig auf Montageplatte, Netzfilter und Drossel, Leistungs- und Signalleitungen getrennt führen, Motorleitung nie neben Busleitungen. Beim Bremsen großer Massen braucht die Energie einen Weg: Bremswiderstand oder Rückspeisung.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

17 Aufgaben zu „Umrichtergespeiste Antriebe und EMV“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

Jetzt üben

Grundlage: Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Betriebstechnik (KMK), Lernfeld 11; DIN EN 61800-5-2, DIN EN 61800-3, DIN EN 60204-1. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.