Wirtschaftliche Aspekte des Einsatzes von Frequenzumrichtern bei ...

Motorleistung
Um die Pumpenleistung unter Verwendung eines Frequenzumrichters
genau zu errechnen, müssen die Auswirkungen der Pumpenbelastung
auf die Pumpendrehzahl in die Kalkulation einbezogen werden. Dafür
ist normalerweise ein Computerprogramm erforderlich. Die
allgemeinen Leistungsdaten von Pumpen und Motoren können jedoch
auch ohne die Verwendung komplizierter Computerprogramme
errechnet werden.
Das wesentliche Prinzip aller heute eingesetzten Umrichtermodelle
wird als PWM (Pulsweiten-Modulation) bezeichnet. Ein PWM
Frequenzumrichter funktioniert durch Umschalten der Spannung
zwischen diskreten Amplituden, und zwar normalerweise zwischen
voller Positiv- oder Negativspannung und Nullspannung. Auf diese
Weise wird sowohl der Frequenz- wie auch der Spannungspegel
simuliert. Der typische Wirkungsgrad bei dieser Art von Geräten
beträgt bei Nominalfrequenz 96-98 %.
Neben Verlusten, die im Frequenzumrichter selbst auftreten, treten
aufgrund schneller Stromschwankungen zusätzliche Verluste im
Motor auf. Diese Verluste führen dazu, dass sich der Motor aufheizt
und so seine Nennleistung nicht erbringen kann. Normalerweise ist
eine Leistungsreserve von 15 % erforderlich, um sicherzustellen, dass
der Motor sich nicht überhitzt.
Der Motorwirkungsgrad schwankt mit dem Belastungsmoment - eine
Größe, die sich ändert, sobald die Frequenz verändert wird. Da die
Spannung das Drehmoment des Motors beeinflusst, hängt die Position
des Betriebspunkts auf der Drehmomentkurve des Motors auch davon
ab, wie sich die Spannung mit der Frequenz ändert.
Normalerweise ist eine
Spannung, die sich
proportional zum Quadrat
der Frequenz verhält, für
Pumpenanwendungen am
günstigsten. Der
Gesamtwirkungsgrad von
FU und Motor, ohne
Berücksichtigung des
Motorwirkungsgrades,
wird in Abb. 3 gezeigt. Er
wird hier mit "FU
Betriebswirkungsgrad"
bezeichnet. Die unterste
Kurve stellt einen
Frequenzumrichter dar,
dessen Spannung sich
direkt proportional zur
Frequenz verhält. Die
zweite Kurve stellt
Seite 5 von 22
___ Oben: Ohne Berücksichtung der Bewegungen
des Betriebspunkts
___ Mitte: Spannung proportional zum Quadrat
der Frequenz
___ Unten: Spannung proportional zur Frequenz
Abb. 3 Betriebswirkungsgrad des FU