Wie reduziert VFD den Stromverbrauch?

Industrielle und gewerbliche elektrische Systeme benötigen Frequenzumrichter für Energieeffizienz. Da Nachhaltigkeit und Energieeinsparung weltweit immer wichtiger werden, helfen Frequenzumrichter Unternehmen, Stromkosten zu sparen und die Prozesssteuerung sowie die Motorleistung zu verbessern. Der Frequenzumrichter spart Strom, aber wie?

Um dieses Problem zu lösen, müssen wir VFDs, ihre Lasten und die Energieoptimierung verstehen. In diesem Artikel heißt es, dass VFDs viel Strom sparen.

Lernen Sie die VFD-Grundlagen

Ein Wechselstromantrieb oder Wechselrichter (VFD) steuert die Drehzahl und das Drehmoment eines Elektromotors durch Anpassung von Netzfrequenz und -spannung. Bei direktem Anschluss an das Stromnetz laufen die meisten Elektromotoren, insbesondere Industriemotoren, mit konstanter Drehzahl. In bestimmten Situationen muss ein Motor nicht unbedingt mit voller Drehzahl laufen.

Durch die Anpassung der Motordrehzahl an die Prozessanforderungen verbessert ein Frequenzumrichter die Motoreffizienz. Pumpen, Lüfter, Förderbänder und HLK-Systeme profitieren davon, da der Lastbedarf im Tagesverlauf schwankt.

Anpassung der Motordrehzahl an die Prozessanforderungen

Ein VFD spart Strom, indem er Motoren so schnell wie nötig laufen lässt. Herkömmliche Motorsysteme laufen in der Regel mit voller Geschwindigkeit, wenn sie nicht benötigt werden. Diese Systeme verschwenden Energie durch Drosseln oder Dämpfer.

Frequenzumrichter (VFDs) passen Drehzahl und Drehmoment elektronisch an die Prozessanforderungen in Echtzeit an. Aufgrund der Affinitätsgesetze kann eine Reduzierung der Motordrehzahl um 20 % bei einer Pumpenanwendung etwa 50 % Energie einsparen:

Bei Lasten mit variablem Drehmoment wird eine Leistung verwendet, die proportional zur dritten Potenz der Geschwindigkeit ist.

Somit sparen selbst geringe Geschwindigkeitsreduzierungen viel Energie.

Diese Energieoptimierung funktioniert gut in HLK-Systemen und anderen Anwendungen mit variabler Last.

Reduzierter Einschaltstrom, Sanftanlauf

Beim Starten eines Motors sparen Frequenzumrichter Energie. Herkömmliche Motorstarter starten bei maximaler Spannung und ziehen dabei das Sechs- bis Achtfache des Betriebsstroms. Dieser Anstieg erhöht die Betriebskosten und führt zum Verschleiß elektrischer Komponenten.

Sanftanlauf-VFDs erhöhen Frequenz und Spannung schrittweise, um die Motordrehzahl zu erhöhen. Das Ergebnis sind geringere Spitzenlast, niedrigere Einschaltströme und eine längere Motorlebensdauer. Dies reduziert den Stromverbrauch und den Geräteverschleiß in Systemen mit häufigen Motorstarts und -stopps.

Besserer Leistungsfaktor

Der Leistungsfaktor ist ein Maß für die Effizienz der elektrischen Leistung. Ein niedriger Leistungsfaktor bedeutet, dass für die gleiche Aufgabe mehr Scheinleistung benötigt wird. Dies führt zu Ineffizienz und Bußgeldern für den Energieversorger.

Frequenzumrichter haben typischerweise einen Leistungsfaktor nahe 1,0 bei allen Drehzahlen und Lasten. Dies reduziert die Blindleistung und steigert die Systemeffizienz. Frequenzumrichtergesteuerte Motoren arbeiten gut bei niedrigen Drehzahlen, im Gegensatz zu Induktionsmotoren, die bei geringer Last einen schlechten Leistungsfaktor aufweisen.

Beseitigung mechanischer Kontrollverluste

Ältere Systeme regeln Durchfluss und Geschwindigkeit über Ventile, Dämpfer und Getriebe. Diese Ansätze blockieren oder leiten den Durchfluss um, um die Leistung zu regulieren, nicht die Motorenergie. Der Motor läuft mit maximaler Leistung und gibt überschüssige Energie in Form von Wärme oder mechanischer Belastung ab.

Durch die direkte Anpassung der Motordrehzahl vermeidet ein Frequenzumrichter solche verschwenderischen Steuerungstechniken. Dadurch zieht der Motor nur die benötigte Leistung, wodurch Verschwendung und Komponentenverschleiß vermieden werden.

Systemoptimierung und Ausfallzeitreduzierung

Programmierbare Logik, Sensoren und Feedbacksysteme in VFDs ermöglichen eine intelligentere und automatisiertere Steuerung motorbetriebener Geräte. Dank dieser Funktion können Systeme dynamisch auf Lastschwankungen reagieren, optimale Betriebszeiten festlegen und Geräte bei geringer Nachfrage abschalten.

Ein mit Frequenzumrichter ausgestattetes HLK-System kann den Luftstrom bei unbesetztem Gebäude drosseln oder eine Pumpe kann die Durchflussrate je nach Echtzeit-Druckrückmeldung anpassen. Diese intelligenten Steuerungen sparen Energie und verlängern die Lebensdauer der Geräte, was die langfristigen Betriebskosten senkt.

Energieeinsparungen in der Praxis

In mehreren Branchen konnten durch den Einsatz von Frequenzumrichtern erhebliche Energieeinsparungen erzielt werden. In Kläranlagen passen Frequenzumrichter die Pumpendrehzahl je nach Durchflussbedarf an und sparen so 30 bis 60 Tonnen Energie. Produktionsförderer mit Frequenzumrichtermotoren laufen nur, wenn Material vorhanden ist, und sparen so Energie. Frequenzumrichter in HLK-Anlagen am Arbeitsplatz regeln Luftstrom und Temperatur effektiver und sparen so Tausende von Dollar an Stromkosten.

Abschluss

Frequenzumrichter sparen Energie und Geld – mehr als Motorsteuerungen. In vielen Anwendungen minimieren sie den Stromverbrauch, indem sie die Motordrehzahl an den Lastbedarf anpassen, sanfte Starts ermöglichen, einen hohen Leistungsfaktor aufrechterhalten und verschwenderische mechanische Steuerungen überflüssig machen.

Angesichts steigender Energiepreise und zunehmender Nachhaltigkeit bietet die VFD-Technologie unmittelbare und langfristige Vorteile. Für das Energiemanagement und die Motorsteuerung in Industrieanlagen, Gewerbegebäuden und öffentlichen Versorgungsunternehmen sind VFDs intelligent, skalierbar und kostengünstig.