Frequenzumrichter: Aufbau in 3D
Wie macht ein Frequenzumrichter aus dem starren 50-Hz-Netz eine einstellbare Drehzahl? Hier zerlegst du einen Frequenzumrichter in 3D, vom Bedienteil bis zum Kühlkörper. Danach geht es um die Verdrahtung, typische Störmeldungen und was du am Umrichter sinnvoll messen kannst.
Lädt einmalig rund 0,2 MB. Die Erklärungen unten funktionieren auch ohne 3D-Modell.
Frequenzumrichter
Er macht aus dem Netz mit fester Frequenz eine Spannung, deren Frequenz und Höhe sich einstellen lassen. So läuft ein Drehstrommotor mit veränderbarer Drehzahl, sanft an und wieder aus. Mit Weiter wird er Schritt für Schritt zerlegt, mit Einschalten fährt er hoch.
Die Bauteile im Überblick
-
Bedienteil
Anzeige und Tasten zum Einstellen: Motordaten vom Typenschild, Hoch- und Runterlaufzeit, Frequenz. Bei vielen Geräten ist es steckbar und lässt sich abnehmen.
-
Gehäuse und Abdeckung
Schützt vor Berührung. Darunter liegen Teile mit gefährlicher Spannung, auch noch eine Weile nach dem Abschalten. Die Wartezeit steht auf dem Gerät.
-
Steuerteil mit Steuerklemmen
Ein Mikrocontroller rechnet aus, wann welcher Transistor schalten muss. Über die Steuerklemmen kommen Start und Stopp, der Sollwert (zum Beispiel 0–10 V oder 4–20 mA) und die Rückmeldungen, etwa ein Relais für Störung.
-
Leistungsklemmen
Links das Netz (L1, L2, L3, PE), rechts der Motor (U, V, W, PE). Nie vertauschen: Netzspannung an den Motorklemmen zerstört den Umrichter. Die Motorleitung ist geschirmt, den Schirm nach Herstellerangabe großflächig auflegen.
-
Gleichrichter
Sechs Dioden in Brückenschaltung (B6) machen aus dem Drehstrom eine Gleichspannung. Am 400-V-Netz sind das ohne Last rund 565 V (400 V × √2), unter Last etwas weniger.
-
Zwischenkreis
Große Kondensatoren (Elkos) glätten die Gleichspannung und puffern Energie. Sie bleiben nach dem Abschalten noch geladen. Darum die Wartezeit auf dem Gerät abwarten und vor dem Arbeiten die Spannungsfreiheit feststellen.
-
Wechselrichter
Sechs Transistoren (IGBT) schalten die Gleichspannung mehrere tausend Mal pro Sekunde auf die Motorklemmen. Durch die Länge der Pulse (Pulsweitenmodulation) fließt im Motor ein Strom, der fast wie ein Sinus verläuft, mit der eingestellten Frequenz. Bei der einfachen U/f-Steuerung steigen Frequenz und Spannung gemeinsam.
-
Kühlkörper und Lüfter
Dioden und Transistoren werden warm. Sie sitzen auf einem Kühlkörper aus Aluminium, ein Lüfter bläst Luft durch die Rippen. Die Mindestabstände über und unter dem Gerät aus der Anleitung einhalten, sonst staut sich die Wärme und der Umrichter drosselt oder schaltet ab.