Ein VFD oder Frequenzumrichter ist ein elektronisches Gerät, das zur Steuerung eines AC-Induktions- oder Synchronmotors verwendet wird. Ein VFD steuert das Drehmoment, die Geschwindigkeit und die Drehrichtung des Motors, startet sanft und beschleunigt den Motor mit einer kontrollierten Beschleunigungsrate auf die gewünschte Geschwindigkeit. Auch die Abbremsung wird gesteuert, und eine Bremsfunktion ist optional erhältlich.
Mit VFDs können Sie einen einzigen Motor für eine Vielzahl von Prozessen und Bedingungen verwenden, die unterschiedliche Geschwindigkeiten erfordern können.
Im Gegensatz zu einer festen Frequenz, die vom Stromnetz geliefert wird und den Motor immer mit voller Drehzahl laufen lässt, bietet der Frequenzumrichter sowohl Flexibilität als auch Kosteneinsparungen in der Fertigung und anderen Branchen. VFDs sind in einer Reihe von Typen und Leistungen von weniger als 1 PS bis zu Tausenden von PS erhältlich. Außerdem können Sie zwischen PWM-V/HZ-Skalarsteuerung, PWM-Vektorsteuerung mit geschlossenem Regelkreis, Vektorsteuerung mit offenem Regelkreis, direkter Drehmomentsteuerung (DTC) und anderen Motorsteuerungsmethoden wählen.
Ein Frequenzumrichter nimmt eine feste Wechselspannung und -frequenz auf, wandelt sie in einer Gleichrichterbrücke in Gleichstrom um, filtert den Gleichstrom mit einer Kondensatorbank und Drosseln, wandelt die Gleichspannung wieder in Wechselstrom um und gibt sie mit der gewünschten Frequenz an den Motor ab.
Ein Mikroprozessor oder digitaler Signalprozessor (DSP) kommuniziert mit der SPS und dem Benutzer (über eine HMI oder ein Keypad), überwacht den Motorbetrieb und prüft auf Fehler.
Die Steuerschaltung koordiniert das Schalten der Leistungsgeräte, um die Leistungskomponenten in der richtigen Reihenfolge zu aktivieren. Die Motordrehzahl variiert durch Änderung der von den Ausgangsgeräten gelieferten Spannung und Frequenz.
Einfache VFDs halten das Motordrehmoment aufrecht, indem sie das Verhältnis von Spannung zu Frequenz konstant halten. Fortschrittliche Geräte verwenden intelligentere und adaptive Algorithmen, um die Motorleistung zu verbessern.
Kurz gesagt, ein VFD wandelt eine Spannung und Frequenz in eine andere um, um die Motordrehzahl ohne Drehmomentverlust zu ändern.
Ein VFD-Antriebssystem kann in drei Teilsysteme unterteilt werden:
- Einem Wechselstrommotor, meist einem Dreiphasen-Induktionsmotor, manchmal aber auch einem Einphasen- oder Synchronmotor.
- Ein Hauptantriebsregler, der ein Halbleiter-Leistungselektronik-Umwandlungssystem verwendet, das den Gleichrichter-Brückenwandler, einen Gleichstrom-Zwischenkreis oder Filter und einen Schalt- oder Wechselrichterteil enthält.
- Eine Überwachungs- und Steuerungsschnittstelle, die dem Bediener oder der SPS die Möglichkeit bietet, den Motor zu starten und zu stoppen, die Drehzahl einzustellen, die Richtung zu ändern usw. Diese Schnittstelle liefert auch Informationen über den Betrieb des Motors, den Zustand des Antriebs usw. Die Kommunikation mit einer SPS kann über eine Reihe von seriellen Kommunikationsprotokollen oder über Relaisein- und -ausgänge der “alten Schule” in Kombination mit 4-20mA- oder 0-10V-Analogsignalen erfolgen.
Im Laufe der Jahrzehnte sind Frequenzumrichter immer kleiner geworden, vor allem dank der Mikroprozessoren, die die Halbleiterkomponenten ersetzen. Bei vielen Anwendungen übersteigt die Investitionsrendite der Antriebe oft den Preis des Umrichters.