Einphasen-Frequenzumrichter-Leitfaden: So betreiben Sie einen Drehstrommotor mit Einphasenstrom

Ein einphasiger Frequenzumrichter wandelt herkömmlichen Einphasenstrom in einen symmetrischen Dreiphasenstrom um, der industrielle Wechselstrommotoren antreiben kann. Er wandelt den eingehenden Einphasenstrom in eine stabile Gleichspannung um und erzeugt daraus einen gleichmäßigen Dreiphasenstrom. Dadurch können auch kleine Werkstätten schwere Maschinen betreiben, ohne in den Ausbau des öffentlichen Stromnetzes investieren zu müssen.

Kann man einen Drehstrommotor mit Wechselstrom betreiben?

Heimwerker und kleine Manufakturen stoßen immer wieder auf dieses Problem. Man kauft eine Drehstrom-Werkzeugmaschine und stellt dann fest, dass im Gebäude nur Wechselstrom verfügbar ist. Wechselstrom reicht nicht aus, um einen Drehstrommotor zu starten oder zu betreiben, da die für die Anlaufdrehung notwendigen Zeitverzögerungen fehlen.

Einphaseneingang → Interner Gleichstromgleichrichter → Stabiler Gleichstromkondensator → Dreiphasenwechselrichter → Laufender Dreiphasenmotor

Die Inkompatibilität wird durch den Einsatz eines speziellen Umrichters behoben. Dieser Umrichter bezieht die Leistung aus dem einphasigen Netz und glättet sie mithilfe interner Kondensatoren. Anschließend erzeugt er über schnelle elektronische Schalter einen dreiphasigen Ausgang. Das Ergebnis? Der Bediener hat die volle Kontrolle über Drehmoment und Drehzahl – und das ganz ohne Rücksprache mit dem Energieversorger. 

Leistungsreduzierung und die FLA-Regel

Beachten Sie diese goldene Regel bei der Dimensionierung von Einphasen- auf Dreiphasenstrom. Frequenzumrichter Aufbau: Kaufen Sie einen stark überdimensionierten Frequenzumrichter. Da weniger Leitungen den Strom transportieren, muss der Umrichter über die verbleibenden Leitungen deutlich mehr Strom ziehen, um Ihrem Motor die volle Drehleistung zu liefern.

Man kann sich das wie einen internen Stau vorstellen. In einem Standardantrieb verteilen etwa sechs elektronische Schalter (sogenannte Didos) die elektrische Last. Wird der Antrieb mit einphasigem Strom versorgt, bleiben zwei dieser Schalter ungenutzt, wodurch die gesamte Last über die verbleibenden Pfade geleitet wird. Hinzu kommt, dass der Strom bei einphasigem Strom nicht kontinuierlich, sondern in unregelmäßigen Wellen fließt. Die Kondensatoren des Antriebs müssen daher doppelt so viel leisten, um die ständigen Spannungsabfälle auszugleichen. Ist das Gerät zu klein, kann die zusätzliche Wärme es schnell beschädigen. 

Um Ihre Geräte vor Überhitzung zu schützen, verwenden Ingenieure eine strenge Regel zur Dimensionierung von Umrichtern: Die Stromstärke muss verdoppelt werden (genauer gesagt: Faktor 1,73 bis 2). Wenn auf dem Typenschild Ihres Motors 10 Ampere angegeben sind, muss Ihr Umrichter ausreichend dimensioniert sein, um eine Eingangslast von mindestens 17,3 bis 20 Ampere zu bewältigen. Eine ungenaue oder zu kleine Dimensionierung des Umrichters führt unweigerlich zu einem Totalausfall der internen Schaltkreise, sobald Ihre Maschine unter Volllast läuft. Um teure Fehler zu vermeiden, empfiehlt es sich, ein klares Foto des Typenschilds Ihres Motors zu machen und es an den technischen Support von Simply Buy Global zu senden. Sie erhalten dann kostenlos einen individuellen Auswahlplan, der die tatsächlichen elektrischen Grenzen Ihrer Werkstatt berücksichtigt.

Einstellungen, die Sie anpassen müssen

Das Anschließen des Antriebs ist nur die halbe Miete. Einige interne Einstellungen müssen angepasst werden, damit alles sicher mit einphasigem Strom betrieben werden kann.

Die meisten Industrieantriebe sind so programmiert, dass sie bei fehlender Stromklemme sofort einen Alarm wegen Phasenausfalls auslösen. Beim Betrieb eines Drehstrommotors mit einphasigem Eingang muss dieser Alarm daher in den Parametermenüs deaktiviert werden. Auch die Anlaufzeit ist wichtig: Da der einphasige Strom beim Anlauf des Motors stark ansteigt, reduziert eine Verlängerung des Anlauffensters auf 5 oder 10 Sekunden anstatt 1 oder 2 Sekunden diese Stromspitzen und verhindert Fehlauslösungen. Achten Sie außerdem auf die Restwelligkeit, da eine zu hohe Restwelligkeit bedeutet, dass der Antrieb seine thermische Belastbarkeit überschreitet. Ein zu langer Betrieb unter hoher Temperatur kann die internen Kondensatoren beschädigen.

Wie man den richtigen Frequenzumrichter auswählt – Schritt für Schritt

In vier Schritten gelingt ein Umbauprojekt, ohne die Ausrüstung zu gefährden.

Schritt 1: Dokumentieren Sie die Werte auf dem Typenschild des Motors.

Notieren Sie sich die Kilowatt (kW), die Pferdestärke (HP) und die Volllaststromstärke (FLA), je nachdem, wie Sie den Anschlusskasten verdrahten möchten.

Schritt 2: Die Größenregel anwenden

Nehmen Sie nun den auf dem Typenschild angegebenen Nennstrom (FLA) und multiplizieren Sie ihn mit zwei. Vergleichen Sie diesen Wert anschließend mit der Nennstromstärke des Umrichters. Dadurch wird eine ausreichende elektrische Reserve sichergestellt. Vergleichen Sie ihn nicht mit der PS-Angabe auf dem Typenschild. 

Schritt 3: Überprüfen Sie die Übereinstimmung der Leitungsspannung

Prüfen Sie, ob die Eingangsspannung den Antriebsanforderungen entspricht. Für kleine Werkstätten an Standard-Stromkreisen ermöglicht ein spezieller 220-V-Einphasen-Frequenzumrichter die Anpassung der Ausgangsparameter, um passende Niederspannungs-Drehstrommotoren sauber zu betreiben.

Schritt 4: Berücksichtigung schwieriger Lasten

Maschinen wie Stanzpressen und Vertikalhebezeuge bewältigen hohe Lasten. Daher benötigen sie eine zusätzliche Sicherheitsreserve von 25% auf der Dauerleistungsnennleistung, um das hohe Anlaufdrehmoment aufzunehmen.

Wo man die richtige Konverterhardware beziehen kann

Die Berücksichtigung von Umrechnungsfaktoren bei unterschiedlichen Maschinenkonfigurationen kann den Beschaffungsplan eines Betriebs schnell verkomplizieren. Simply Buy Global führt ein breites Portfolio an Originalprodukten verschiedener Marken. Motorsteuerungen und Antriebskomponenten, die für die sofortige internationale Lieferung bereit sind.

Dies umfasst die Allen-Bradley PowerFlex 523 Die Produktlinie zeichnet sich durch ein modulares Design mit integrierter USB-Konfiguration, Unterstützung für Connected Components Workbench und Stromregelung über Spannungsklassen von 100 V bis 600 V aus und deckt damit die meisten leichten industriellen Einphasen-Umwandlungskonfigurationen ab.

Wenn Ihre Anwendung eher auf hochpräzise Positionierung als auf Standard-Motorsteuerung ausgelegt ist, führen wir auch die Servomotoren von Inovance. SV630 bietet eine 2-kHz-Schleife mit EtherCAT- und CANopen-Unterstützung für kostengünstige Nachrüstungen, während die SV660 Für eine präzisere Steuerung bei schnelleren Produktionslinien wird ein 23-Bit-Encoder eingesetzt. Es handelt sich hierbei um Servoantriebe und nicht um Frequenzumrichter, weshalb sie sich eher für die Bewegungssteuerung als für eine einfache Einphasen-Dreiphasen-Umwandlung eignen.

Egal, ob Sie eine kleine gewerbliche CNC-Fräsmaschine modernisieren oder Teile für eine größere OEM-Produktionslinie beschaffen, jede Bestellung wird mit einer 100%-Echtheitsgarantie, vollen Werksgarantien und zuverlässiger globaler Logistik geliefert.

Allen‑Bradley PowerFlex 523

Hersteller: Allen‑Bradley
Modell: PowerFlex 523
Leistung: 0,2…22 kW / 0,25…30 PS
Spannungspegel100-600 V

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Häufig gestellte Fragen

Kann man einen Standard-Frequenzumrichter zur Steuerung von Einphasenmotoren verwenden?

Nein. Ein herkömmlicher Drehstromumrichter kann keinen einphasigen Motor, wie beispielsweise einen Spaltphasen- oder Kondensatoranlaufmotor, ansteuern. Diese Umrichter liefern ausschließlich symmetrischen Drehstrom. Der Versuch, einen einphasigen Motor damit zu betreiben, führt aufgrund der fehlenden Phasenanpassung des Anlaufkondensators zum Durchbrennen der Wicklungen und löst den Umrichter in der Regel ohnehin sofort aus.

Worin besteht der Unterschied zwischen der Delta- und der Sternverdrahtung von Motoren?

Die meisten Drehstrommotoren mit zwei Spannungen ermöglichen die Änderung der internen Verdrahtung im Klemmenkasten. Bei einem 220-V-Niederspannungsanschluss (einphasig) muss der Motor in Dreieckschaltung parallelgeschaltet werden, um das volle Drehmoment zu erreichen. Für die Sternschaltung desselben Motors ist eine höhere Spannung (z. B. 415 V oder 380 V) erforderlich. Bei einer niedrigeren Spannung führt der Drehmomentabfall zum Stillstand des Motors.

Warum wird eine externe Eingangsleitungsdrossel empfohlen?

Eine Netzdrossel dient als induktiver Filter zwischen den Versorgungsleitungen und den Eingangsklemmen des Umrichters. Die einphasige Wandlung erzeugt hohe, nichtlineare Stromspitzen, um die Zwischenkreiskondensatoren geladen zu halten. Dies führt zu Oberschwingungen im Stromnetz des Betriebs. Die Drossel glättet diese Stromspitzen und schützt die internen Gleichrichterdioden vor Spannungsspitzen im Netz.