Ein falsch dimensionierter oder falsch eingestellter Frequenzumrichter ist eine der häufigsten Ursachen für verfrühte Motorausfälle und Produktionsunterbrechungen in der Industrie. Dabei sind die Grundprinzipien klar strukturiert – wenn man sie kennt.
Die richtige Dimensionierung: Strom, nicht Leistung
Der häufigste Dimensionierungsfehler ist der reine Leistungsvergleich. Richtig ist: Der Nennausgangsstrom des Umrichters muss gleich oder größer sein als der Motornennnstrom. Warum? Weil der Umrichter bei Überlast Strom liefern muss, und die Leistungshalbleiter (IGBTs) strombegrenzt sind, nicht leistungsbegrenzt.
| Anwendungstyp | Überlastfaktor | Dimensionierungsregel |
|---|---|---|
| Pumpen, Lüfter (quadratisches Lastmoment) | 110 % für 60 s | IVFD ≥ IMotor |
| Förderanlagen, Kompressoren (konstantes Moment) | 150 % für 60 s | IVFD ≥ 1,1–1,2 × IMotor |
| Krane, Pressen, Zentrifugen (schwerer Anlauf) | 175–200 % für 3–10 s | IVFD ≥ 1,3–1,5 × IMotor |
Kabellänge Motor–Umrichter: unterschätztes Problem
Moderne Frequenzumrichter schalten die Ausgangsspannung mit 2–16 kHz (PWM). Diese schnellen Schaltflanken erzeugen Spannungsüberhöhungen an den Motorklemmen, deren Amplitude mit der Kabellänge zunimmt:
- Unter 10 m: Überhöhung typisch ≤ 1,5 × UDC – unkritisch
- 10–50 m: Überhöhung bis 2 × UDC = 1.100 V bei 400-V-Netz
- Über 50 m: Überhöhung kann 2,5 × UDC übersteigen
Abhilfe: du/dt-Filter oder Sinusfilter am Umrichterausgang, „Inverter Duty“ Motoren mit verstärkter Isolation nach IEC 60034-25, oder Absenkung der PWM-Frequenz.
Wichtige Einstellparameter beim Inbetriebnahme
| Parameter | Einzustellender Wert | Wo ablesen |
|---|---|---|
| Motornennnstrom | IN vom Typenschild | Typenschild |
| Motornennspannung | UN laut Typenschild und Schaltung | Typenschild |
| Motornennfrequenz | 50 Hz (Europa) | Typenschild |
| Motornennleistung | PN in kW | Typenschild |
| Hochlaufzeit (Rampe) | Angepasst an Massenträgheit der Last | Berechnung oder Empirie |
| Auslaufzeit (Rampe) | Angepasst an Bremsanforderung | Berechnung oder Empirie |
Motorschutzfunktionen im Frequenzumrichter
Elektronischer Thermoschutz (ETR): Der Umrichter berechnet kontinuierlich das thermische Modell des Motors auf Basis des gemessenen Stroms. Dieser Schutz ist präziser als ein bimetallisches Relais, weil er die Vorgeschichte (Anlaufwärme, Teillastbetrieb) berücksichtigt. Den ETR-Nennstrom immer auf 100 % des Motornennnstroms einstellen.
Überstromschutz: Schaltet ab bei Strom über dem eingestellten Grenzwert (typisch 150–200 % IN). Verhindert Umrichterschäden bei blockiertem Motor oder mechanischer Blockade.
Erdschlussüberwachung: Erkennt Isolationsfehler zwischen Motorwicklung und Gehäuse. Vor allem bei älteren Motoren oder nach Überschwemmung wichtig.
Oberwellen und EMV
Frequenzumrichter sind Quellen von Netzoberwellen (typisch THD 60–100 % ohne Maßnahmen). Gegenmaßnahmen nach Anforderung:
- Netzkommutierungsdrossel (3–5 % Reaktanz): reduziert THD auf 30–40 %
- 12-Puls-Gleichrichter: THD < 10 %
- Active Front End (AFE): THD < 5 %, zudem Rückspeisung möglich