Frequenzumrichter: Aufbau in 3D

Frequenzumrichter im Betrieb: Verdrahtung, Störungen, Messen

Leitungen richtig führen

Eaton nennt dazu klare Regeln: Die Motorleitung wird räumlich getrennt von Steuer- und Signalleitungen geführt, mit mehr als 30 cm Abstand, und nicht parallel zu Netzleitungen. Auch im Schaltschrank sollen Leitungen ab 30 cm Länge abgeschirmt werden (Schaltungsbuch 10/23, S. 5-65). Ein Sollwert 0–10 V, der im selben Kanal neben der Motorleitung liegt, zittert sonst, und die Drehzahl schwankt ohne erkennbaren Grund.

Erdung und Ableitströme

Umrichter und Funk-Entstörfilter haben betriebsbedingte Ableitströme. Deshalb müssen Umrichter, Filter, Motor und geschirmte Motorleitung geerdet sein, und zwar niederohmig und großflächig, weil die Ströme hochfrequent sind. Bei Ableitströmen ab 3,5 mA verlangt Eaton nach VDE 0160 bzw. EN 60335 einen Schutzleiter mit mindestens 10 mm², eine Überwachung des Schutzleiters auf Unterbrechung oder einen zweiten Schutzleiter (Schaltungsbuch 10/23, S. 5-66). Welcher Wert für dein Gerät gilt, steht in der Anleitung.

Bremsen: wohin mit der Energie?

Wird ein Motor schnell heruntergefahren oder von einer Last angetrieben, arbeitet er als Generator. Die Energie fließt in den Zwischenkreis, und dessen Spannung steigt. Hat der Umrichter einen Brems-Transistor, schaltet er ab einer bestimmten Spannung einen Bremswiderstand zu, der die Energie in Wärme umsetzt (Eaton, S. 5-72). Ohne Bremswiderstand meldet der Umrichter bei zu kurzer Runterlaufzeit eine Überspannung im Zwischenkreis und schaltet ab. Abhilfe: längere Runterlaufzeit oder ein passender Bremswiderstand nach Herstellerangabe.

Typische Störungen am Verhalten erkennen

Überstrom beim Hochlauf deutet auf eine zu kurze Hochlaufzeit, eine schwergängige Mechanik oder falsch eingegebene Motordaten. Übertemperatur kommt von einem verdreckten Kühlkörper, einem stehenden Lüfter oder zu wenig Abstand im Schrank. Ein Erdschluss-Fehler zeigt, dass Strom über den Schutzleiter abfließt, meist in Motorleitung oder Motor. Wie die Meldungen heißen und was sie genau bedeuten, ist je nach Hersteller verschieden und steht in der Fehlerliste der Anleitung. Den Fehlerspeicher vor dem Quittieren abschreiben, bei manchen Geräten ist der Hinweis danach weg.

Was sich sinnvoll messen lässt

An U, V und W liegt keine Sinusspannung, sondern eine gepulste. Ein einfaches Multimeter zeigt dort oft keinen brauchbaren Wert. Zuverlässiger sind die Anzeigen im Bedienteil: Ausgangsfrequenz, Ausgangsstrom und Zwischenkreisspannung. Den Motorstrom kannst du mit einer Stromzange gegenprüfen, die für Umrichterausgänge geeignet ist. Vor einer Isolationsmessung am Motor die Anleitung des Umrichters lesen, denn die Messspannung darf nicht auf seine Halbleiter kommen.

Netzseite und mehrere Motoren

Netzdrosseln vor dem Umrichter verringern die Netzrückwirkungen und verbessern den Leistungsfaktor. Eaton empfiehlt sie besonders, wenn mehrere Umrichter an einem Einspeisepunkt hängen (S. 5-79). Hängen hinter einem Umrichter mehrere Motoren, braucht jeder einen eigenen Überlastschutz. Motorschutzschalter PKZM0 und PKZM4 dürfen laut Eaton hinter einem Umrichter nur mit vorgeschaltetem Sinusfilter betrieben werden, sonst können sie überhitzen (S. 4-39).

Motordaten richtig eingeben

Der Umrichter kennt den Motor nur aus den Daten, die du ihm gibst: Bemessungsspannung, Bemessungsstrom, Frequenz, Drehzahl und Leistung vom Typenschild. Die Werte müssen zur Schaltung passen, in der der Motor am Umrichter läuft, Stern oder Dreieck. Stimmen sie nicht, regelt der Umrichter ungenau, und sein Motorschutz arbeitet mit falschen Grenzen. Den Aufbau eines Motors und sein Klemmbrett zeigen Motor in 3D und Klemmbrett in 3D.

Sicher arbeiten am Umrichter

Netz abschalten heißt nicht spannungsfrei: Der Zwischenkreis bleibt eine Weile geladen, die Wartezeit steht auf dem Gerät. Dazu kommen Stromkreise, die von außen gespeist werden, etwa Relaisausgänge mit fremder Steuerspannung. Erst nach der Wartezeit und der Feststellung der Spannungsfreiheit nach den fünf Sicherheitsregeln an Leistungsklemmen und Steuerklemmen arbeiten.

Parameter sichern

Ein Umrichter ist erst mit seinen Parametern ein funktionierender Antrieb. Darum die Einstellungen nach der Inbetriebnahme sichern, je nach Gerät im abnehmbaren Bedienteil, auf einer Speicherkarte oder per Software, und eine Liste der geänderten Werte in den Schaltschrank legen. Fällt das Gerät aus, ist ein Ersatzgerät so in Minuten statt in Stunden wieder eingestellt.

Lüfter und Staub

Der Lüfter läuft, solange das Gerät warm ist, oft jahrelang ohne Pause. Lagergeräusche, ein stehendes Lüfterrad oder eine Übertemperaturmeldung im Sommer sind typische Zeichen, dass er getauscht werden muss. Staub in den Kühlrippen wirkt wie eine Decke. Bei der Wartung deshalb den Kühlkörper ansehen und die Filtermatten am Schaltschrank tauschen.

Sollwert über 4–20 mA

Kommt der Sollwert als Strom von 4 bis 20 mA, bedeutet 4 mA den kleinsten Wert und nicht null. Fließen weniger als 4 mA, stimmt etwas nicht: Drahtbruch oder Ausfall des Gebers. Viele Umrichter lassen sich so einstellen, dass sie das erkennen und eine Störung melden. Wie das Signal aufgebaut ist, zeigt der Rechner 4–20 mA.

Drehrichtung ändern

Die Drehrichtung wird am Umrichter per Parameter oder Steuerbefehl gewählt. Soll sie fest getauscht werden, tauschst du zwei Motorleitungen an U, V, W. Das Vertauschen zweier Netzleiter an L1, L2, L3 bewirkt dagegen nichts: Der Gleichrichter macht aus jeder Phasenfolge dieselbe Gleichspannung, und die Ausgangsseite bestimmt der Umrichter selbst.