Warum wird Gleichstrom in VFD verwendet?

Moderne industrielle und kommerzielle Anwendungen benötigen Frequenzumrichter (VFDs), um Drehzahl und Drehmoment von Elektromotoren präzise und effizient zu steuern. Ein VFD erreicht dies durch Anpassung der Frequenz und Spannung des Wechselstrommotors. Interessanterweise nutzen VFDs Gleichstrom (DC) zur Umwandlung von Elektrizität und steuern Wechselstrommotoren.

Wenn Frequenzumrichter Wechselstrommotoren antreiben sollen, warum dann Gleichstrom? Die Struktur und die Mechanismen zur Leistungsumwandlung, -steuerung und -bereitstellung von Frequenzumrichtern bieten die Lösung. Hier finden Sie die technische Erklärung und die Vorteile des Designs.

Grundlagen der VFD-Bedienung erlernen

Um zu verstehen, warum Gleichstrom in Frequenzumrichtern eingesetzt wird, muss man sich mit deren grundlegender Funktionsweise vertraut machen. Frequenzumrichter bestehen typischerweise aus drei Phasen:

• Phase der Korrektur
• Zwischenkreis oder DC-Link
• Inversionsphase

Die Gleichrichtung beginnt, wenn Wechselstrom aus der Hauptquelle in einen Frequenzumrichter (VFD) gelangt. Dioden oder gesteuerte Thyristoren werden als Gleichrichter verwendet, um Wechselstrom in Gleichspannung umzuwandeln.

Die Gleichspannung ist nicht gleichmäßig und wird daher über einen Zwischenkreis (DC-Bus) geleitet, der mithilfe von Kondensatoren und Induktivitäten gefiltert und stabilisiert wird. Die gleichmäßige Gleichspannung wird dann an eine Wechselrichterkomponente weitergeleitet, die sie mithilfe von Transistoren oder IGBTs wieder in Wechselstrom mit variabler Frequenz umwandelt, um den Motor anzutreiben.

Rolle der Gleichstromumwandlung

Gleichstrom ist für die Leistungsumwandlung in einem VFD erforderlich. Gleichstrom wird im Allgemeinen in der Zwischenstufe eingesetzt, da er eine stabile und geregelte Spannungsversorgung bietet, die es der Wechselrichterstufe ermöglicht, den Wechselstromausgang korrekt zu formen.

Durch die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom und zurück in Wechselstrom kann der VFD Spannung und Frequenz besser steuern. Die direkte Umwandlung von Wechselstrom in Wechselstrom mit variabler Frequenz wäre komplizierter und ungenauer.

Bessere Kontrolle und Präzision

Die technischen Vorteile von DC in VFD-Systemen verbessern die Motorsteuerung und die Systemleistung.

Erstens regelt er Motordrehzahl und Drehmoment präzise. Der Wechselrichter kann mehrere Frequenzen erzeugen, da er die Wechselstromwellenform mittels Pulsweitenmodulation (PWM) aus dem Gleichstrom rekonstruiert. Variable Motordrehzahlen werden für Förderbänder, Lüfter, Pumpen und Aufzüge benötigt.

Zweitens ermöglicht die DC-Stufe dem VFD eine schnelle Reaktion auf Laständerungen. Um die Stabilität zu gewährleisten, kann der VFD Ausgangsfrequenz und -spannung bei steigender Motorlast in Echtzeit anpassen. Ohne den DC-Anschluss wären diese Anpassungen langsamer und ungenauer.

Drittens verbessern Gleichstrombusse das Bremsen und die Regeneration. Motoren müssen in vielen industriellen Anwendungen schnell abbremsen. Die Verzögerungsenergie kann im Gleichstromanschluss gespeichert oder über Bremswiderstände abgeleitet werden. Das Stromnetz kann diese Energie über regenerative Frequenzumrichter beziehen.

Verbesserte Stromqualität und Effizienz

Effizienz und Stromqualität sind weitere Gründe für die Nutzung von Gleichstrom in Frequenzumrichtern. Der Gleichstromzwischenkreis versorgt den Wechselrichter nach der Gleichrichtung mit konstanter, wellenfreier Leistung und gewährleistet so eine hochwertige Ausgangswellenform. Sauberere Wellenformen minimieren Motortemperatur, Verluste und Systemverschleiß.

Moderne Frequenzumrichter nutzen aktive Frontends (AFEs), um die Gleichspannung zu glätten und zu regeln und Oberwellen zu reduzieren. Dies verbessert den Leistungsfaktor und reduziert das Systemrauschen.

Sicherheit und Schutz

DC-Stufen erhöhen die Sicherheit des Frequenzumrichters. Als Puffer zwischen Eingang und Ausgang isoliert der DC-Bus Motor und Antrieb vor Spannungsspitzen und Ausfällen. Der Frequenzumrichter erkennt Überlastungen und Kurzschlüsse sofort und unterbricht die Stromzufuhr, bevor Schäden entstehen.

Zu den Diagnosen gehört häufig die Überwachung der DC-Busspannung. Anomalien in der Gleichspannung können auf Probleme mit der Eingangsversorgung, dem Gleichrichter oder dem Kondensator hinweisen. So können Wartungsteams Probleme erkennen und beheben, bevor sie sich verschlimmern.

Abschluss

Gleichstrom ist für die Fähigkeit von Frequenzumrichtern, Wechselstrommotoren zu regeln, von entscheidender Bedeutung. Frequenzumrichter sorgen für eine präzise, wirtschaftliche und anpassbare Motorleistung, indem sie Wechselstrom in Gleichstrom und zurück in variablen Wechselstrom umwandeln.