Lernfeld 8 · Prüfung Teil 2

Frequenzumrichter und Stromrichter

Frequenzumrichter und Stromrichter erklärt: Gleichrichter, Zwischenkreis, Wechselrichter, U/f-Kennlinie, Bremschopper, RCD und Oberschwingungen.

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Darum geht es

Ein Frequenzumrichter mit Spannungszwischenkreis besteht in Richtung des Energieflusses aus drei Baugruppen. Der Gleichrichter, meist eine ungesteuerte B6-Brücke, erzeugt aus dem Drehstromnetz Gleichspannung. Der Zwischenkreis glättet sie mit Kondensatoren. Der Wechselrichter mit IGBT erzeugt daraus durch Pulsweitenmodulation eine Ausgangsspannung mit veränderbarer Frequenz und Höhe.

Bei der U/f-Steuerung steigt die Ausgangsspannung proportional zur Frequenz. So bleibt der magnetische Fluss im Motor konstant und der Motor kann sein Bemessungsmoment über einen weiten Drehzahlbereich abgeben. Unterhalb kleiner Frequenzen hilft eine Spannungsanhebung (Boost).

Bremst ein Motor schnell ab, arbeitet er als Generator und speist Energie in den Zwischenkreis zurück. Die Spannung steigt. Ein Bremschopper schaltet dann einen Bremswiderstand zu und wandelt die Energie in Wärme um; ohne ihn schaltet der Umrichter mit Überspannung ab.

Umrichter erzeugen Ableitströme mit Gleichanteil und hoher Frequenz. Vor einem dreiphasigen Umrichter brauchst du daher eine allstromsensitive RCD Typ B. Der Gleichrichter verursacht Oberschwingungen im Netz, vor allem die 5. und 7. Netzdrosseln und Filter verringern sie. Nach dem Freischalten bleibt der Zwischenkreis eine Zeit lang geladen; die Entladezeit auf dem Gerät musst du abwarten.

Das solltest du dir merken

Reihenfolge Gleichrichter, Zwischenkreis, Wechselrichter.
Konstantes Verhältnis U/f hält den Fluss und das Moment konstant.
Bremschopper mit Bremswiderstand nimmt die Rückspeiseenergie auf.
Dreiphasige Umrichter brauchen eine RCD Typ B.
Zwischenkreis nach dem Freischalten entladen lassen und spannungsfrei prüfen.

Formeln

Zwischenkreisspannung (Näherung, B6 geglättet): $U_{ZK} \approx 2 \cdot U_{L}$; $U_{ZK}$ Zwischenkreisspannung in V, $U_{L}$ Außenleiterspannung in V; bei 400 V rund 565 V
U/f-Kennlinie: $\frac{U}{f} = \frac{U _{N}}{f _{N}}$; $U_{N}$ und $f_{N}$ Bemessungsspannung und Bemessungsfrequenz des Motors
Leistung am Bremswiderstand: $P = \frac{U ^{2}}{R}$; $U$ Einschaltspannung des Choppers in V, $R$ Bremswiderstand in Ω

Typische Fehler in der Prüfung

Die drei Baugruppen in falscher Reihenfolge genannt.
Vor einem Drehstromumrichter eine RCD Typ A vorgesehen.
Angenommen, nach dem Abschalten sei der Umrichter sofort spannungsfrei.

Tipps aus der Werkstatt

Gleichrichter-Mittelwerte ohne Glättung: B2 liefert 0,9 · U (207 V aus 230 V), B6 1,35 · U (540 V aus 400 V, daher „540-V-Zwischenkreis“); mit Kondensator steigt der Wert Richtung Scheitelwert. Der Kondensator bleibt nach dem Abschalten geladen: Entladezeit laut Hersteller abwarten und Spannungsfreiheit messen.
Rampenzeit bezieht sich immer auf die Bezugsfrequenz: 8 s für 50 Hz heißt 6,25 Hz/s, 35 Hz sind nach 5,6 s erreicht. Störung „Überspannung Zwischenkreis“ beim Herunterfahren → Bremsrampe verlängern oder Bremswiderstand; „Überstrom“ beim Hochfahren → Hochlauframpe verlängern.
Der Frequenzumrichter mit Spannungszwischenkreis ist eine Kette: Gleichrichter macht aus dem Netz Gleichspannung, der Zwischenkreis mit Kondensator glättet und speichert, der Wechselrichter mit IGBTs baut daraus die neue Drehspannung mit einstellbarer Frequenz. Störungen ordnest du immer einem dieser drei Teile zu.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

32 Aufgaben zu „Frequenzumrichter und Stromrichter“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: Rahmenlehrplan Elektroniker/-in (KMK), Lernfeld 8; DIN EN 61800-5-1, DIN VDE 0100-530. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.