Frequenzumrichter: Schaltplan erklärt
Ein Frequenzumrichter am Drehstromnetz, dahinter ein Motor. Ob und in welche Richtung der Motor läuft, bestimmen drei Schalter an den Steuerklemmen: Freigabe, Start und Rechts/Links. Die Spannung dafür liefert der Umrichter selbst, +24 V aus seiner Klemme 1. Schalte im Plan und sieh, wann der Umrichter ein Drehfeld ausgibt.
Der Schaltplan braucht JavaScript. Die Erklärungen unten funktionieren auch ohne.
Frequenzumrichter mit Freigabe und Drehrichtung
Oben das Netz über Q1 an L1, L2 und L3 des Umrichters T1, darunter der Motor an U, V und W. Rechts unten die Steuerklemmen mit den Schaltern S1 (Freigabe), S2 (Start) und S3 (Richtung). Tippe die Schalter im Plan an oder nutze die Knöpfe über diesem Text. Mit Weiter gehst du die Schaltung Schritt für Schritt durch.
Die Bauteile im Plan
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Schutzschalter Q1
Er schützt die Zuleitung zum Umrichter bei Kurzschluss. Im Blockschaltbild des Eaton DA1 sitzt an dieser Stelle ein dreipoliger Schutzschalter Q1 vor den Klemmen L1, L2 und L3 (Schaltungsbuch 10/23, S. 5-103). Welches Schutzorgan in welcher Größe passt, steht in der Anleitung des Umrichters.
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Frequenzumrichter T1, Leistungsteil
Oben kommt das Netz an L1, L2 und L3, unten geht es an U, V und W zum Motor. Der Kennbuchstabe T steht für Energieumwandlung, Eaton nennt dafür als Beispiel den Frequenzumrichter (S. 10-3). Wie der Umrichter innen aufgebaut ist, zeigt der Frequenzumrichter in 3D.
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Steuerklemmen von T1
Die Nummern im Plan sind die des Eaton DA1 in der Werkseinstellung (S. 5-103): Klemme 1 gibt +24 V aus, Klemme 2 ist der Eingang DI1 mit der Funktion FWD, Klemme 3 der Eingang DI2 mit REV, Klemme 7 ist 0 V. Die Klemmen 12 und 13 sind der STO-Eingang. Andere Umrichter haben andere Nummern und Funktionen, maßgeblich ist die Anleitung zum Gerät.
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S1: Freigabe über STO
STO steht für Safe Torque Off. Liegt an STO+ keine Spannung, ist die Ansteuerung der Transistoren abgeschaltet und der Motor bekommt keine Energie (Eaton, S. 5-68). Im Blockschaltbild des DA1 liegt dafür ein Kontakt zwischen Klemme 1 (+24 V) und 12 (STO+), Klemme 13 (STO−) ist mit 7 (0 V) verbunden. Im Plan ist S1 ein einfacher Schalter. Wird STO als Sicherheitsfunktion genutzt, gehört ein Sicherheitsrelais davor, so wie Eaton es auf S. 5-71 zeigt.
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S2: Start und S3: Rechts/Links
S2 schaltet die +24 V an den Wechsler S3. In der einen Stellung kommen sie an FWD (Rechtslauf), in der anderen an REV (Linkslauf). So liegt immer nur einer der beiden Startbefehle an. Bei Eaton stehen FWD für Rechtsdrehfeld und REV für Linksdrehfeld (S. 3-10). Das Standardbeispiel auf S. 5-65 zeigt zwei getrennte Schalter für FWD und REV.
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Motor M1
Er hängt an U, V und W. Bekommt U1, V1, W1 die Phasenfolge L1, L2, L3, läuft er rechts, mit Blick auf das Wellenende (Eaton, S. 3-10). Den Aufbau zeigt der Motor in 3D.
Weitere Schaltungen
Steinmetzschaltung zum Ausprobieren → Drehstrommotor an 230 V: Kondensator umklemmen, Drehrichtung umkehren. Wendeschützschaltung zum Ausprobieren → Rechts- und Linkslauf mit zwei Schützen: sehen, wie die Verriegelung wirkt. Stern-Dreieck-Wendeschaltung zum Ausprobieren → Rechts oder links, erst Stern, dann Dreieck: vier Schütze und ein Zeitrelais. Arbeitsblätter zu Schaltungen → Zum Ausdrucken, mit Lösungsblatt: Plan ergänzen, Schalttabelle, Fehler eingrenzen.Warum läuft der Motor nicht, obwohl S2 eingeschaltet ist?
Ohne Freigabe an STO gibt der Umrichter kein Drehfeld aus, egal welcher Startbefehl anliegt. Im Plan muss dazu S1 geschlossen sein. Bei einem echten Gerät lohnt bei „läuft nicht“ deshalb zuerst der Blick auf die Freigabe und auf die Anzeige im Bedienteil.
Was ist der Unterschied zwischen Startbefehl wegnehmen und Freigabe wegnehmen?
Fällt der Startbefehl weg, fährt der Umrichter den Motor je nach Einstellung über die Runterlauframpe herunter. Eaton beschreibt das für den DG1: Liegt der Befehl an, wird gestartet, ohne Signal wird mit Rampe gestoppt (S. 5-97). Fällt dagegen STO weg, wird die Energieversorgung des Motors sofort unterbrochen, und der Antrieb trudelt aus (S. 5-68). Der Plan rechnet ohne Rampe: Der Motor steht in beiden Fällen sofort.
Ist der Motor nach STO spannungsfrei?
Nein. STO trennt nicht galvanisch. Eaton weist darauf hin, dass die Motorklemmen im STO-Zustand noch gefährliche Spannung haben können (S. 5-68). Vor dem Arbeiten an Motor oder Umrichter gelten die fünf Sicherheitsregeln, dazu die Wartezeit für den Zwischenkreis, die auf dem Gerät steht. Arbeiten an elektrischen Anlagen sind Sache von Elektrofachkräften.
Brauche ich mit Umrichter noch eine Wendeschützschaltung?
Für die Drehrichtung nicht. Der Umrichter dreht das Drehfeld an U, V und W selbst um, der Befehl kommt über FWD oder REV. Eaton nennt den Reversierbetrieb ausdrücklich als Funktion seines Drehzahlstarters DE1 (S. 5-84). Wie es mit zwei Schützen geht, zeigt die Wendeschützschaltung.
Darf ich zwischen Umrichter und Motor einen Schalter einbauen?
Ein Wartungsschalter im Ausgang eines Frequenzumrichters darf laut Eaton nur im stromlosen Zustand betätigt werden (S. 5-64). Also erst den Antrieb stoppen, dann schalten. Wie der Schirm der Motorleitung dabei weitergeführt wird, steht auf derselben Seite.
Was passiert, wenn ich zwei Netzleiter an L1, L2, L3 tausche?
An der Drehrichtung ändert das nichts, wie beim Frequenzumrichter in 3D erklärt. Die Richtung bestimmen FWD und REV. Soll sie dauerhaft andersherum sein, tauschst du zwei Leitungen an U, V, W oder stellst es am Umrichter ein.
Zum Plan: Er ist bewusst einfach. Der Umrichter ist als Kasten gezeichnet wie im Blockschaltbild des Eaton DA1 (Schaltungsbuch 10/23, S. 5-103), das Zeichen darin ist vereinfacht. Der Plan rechnet nur, ob ein Drehfeld ausgegeben wird und in welche Richtung. Frequenz, Drehzahl, Hoch- und Runterlauframpe rechnet er nicht. Die Farben L1, L2, L3 an U, V und W zeigen nur die Phasenfolge, tatsächlich erzeugt der Umrichter eine eigene, gepulste Spannung. Liegen FWD und REV zugleich an, gibt der Umrichter im Plan nichts aus. Was ein echtes Gerät dann tut, legt der Hersteller fest. Schutzleiter und Schirmung der Motorleitung sind weggelassen. Klemmen und Funktionen unterscheiden sich je nach Gerät und Einstellung. Ein Plan ersetzt keine Planung und keine Risikobeurteilung der Maschine.
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