A Antrieb mit variabler Frequenz (VFD) ist ein Gerät, das Strom mit fester Frequenz (Netzstrom) in Strom mit einstellbarer Frequenz umwandelt. Verschiedene Länder verwenden typischerweise unterschiedliche Netzfrequenzen 50Hz oder 60Hz. In Motoranwendungen werden VFDs häufig eingesetzt Steuern Sie die Motorgeschwindigkeit, verbessern Sie die Effizienz oder passen Sie sich an wechselnde Lastbedingungen an.
Da VFDs als Vermittler zwischen der Stromversorgung und dem Motor fungieren, ist die richtige Abstimmung zwischen Motor und VFD von entscheidender Bedeutung. Unterschiedliche Motorlasteigenschaften erfordern unterschiedliche VFD-Leistungsspezifikationen.
1. Spannungs-Frequenz-Beziehung in VFDs
Bei Induktionsmotoren wird das Drehmoment durch die Wechselwirkung zwischen magnetischem Fluss und Rotorstrom erzeugt. Bei Betrieb unterhalb der Nennfrequenz des Motors:
• Bleibt die Spannung unverändert, kann der magnetische Fluss in die Sättigung gelangen, was zu Überhitzung und möglicherweise zum Durchbrennen des Motors führen kann.
• Daher muss die Spannung proportional zur Frequenz reduziert werden, um einen konstanten Fluss aufrechtzuerhalten (V/F-Steuerung).
• Diese Methode wird häufig verwendet in Lüfter- und Pumpenanwendungen, wobei das Lastdrehmoment mit der Drehzahl variiert.
2. Stromschwankungen unter verschiedenen Betriebsmodi
Für Netzfrequenzmotoren:
• Wenn die Spannung bei gleichbleibender Ausgangsleistung unter den Nennwert fällt, steigt der Strom erheblich an, was häufig zum Durchbrennen der Wicklung führt – insbesondere bei temporären Stromversorgungsanlagen.
• Konstantleistungsmodus (Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit):
Muss der Motor bei niedrigeren Drehzahlen die gleiche Leistung erbringen, erhöht sich der Strom und es besteht die Gefahr einer Überhitzung.
• Modus mit konstantem Drehmoment:
Der Strom bleibt relativ stabil, da sich der Drehmomentbedarf nicht drastisch ändert.
3. Testen eines 60-Hz-Motors mit 50-Hz-Stromversorgung
Viele neue Testeinrichtungen sind ausgestattet mit Netzteile mit variabler Frequenz, sodass Motoren mit ihrer Nennfrequenz getestet werden können. Ältere Prüfgeräte oder Reparaturwerkstätten verfügen jedoch möglicherweise nicht über diese Fähigkeit.
Lösung zum Testen eines 60-Hz-Motors mit 50-Hz-Leistung:
• Da die Frequenz die Motorimpedanz beeinflusst, muss die Spannung angepasst werden, um einen übermäßigen Strom zu vermeiden.
• Legen Sie eine reduzierte Prüfspannung an, die wie folgt berechnet wird:
Prüfspannung=Nennspannung/1,2
(Beispiel: Bei einem 460-V-60-Hz-Motor testen Sie ihn bei ~383 V und 50 Hz, um eine magnetische Sättigung zu verhindern.)
1. Elektrisches Rauschen und elektromagnetische Störungen
Hochfrequenzschaltungen in Frequenzumrichtern können elektromagnetische Störungen (EMI) verursachen und empfindliche Geräte in der Nähe beeinträchtigen.
Lösungen: Verwenden Sie abgeschirmte Kabel, ordnungsgemäße Erdung und EMI-Filter.
2. Beanspruchung der Motorisolation
VFDs erzeugen Hochspannungsspitzen (dV/dt), die mit der Zeit die Motorisolierung beeinträchtigen können.
Abhilfe: Verwenden Sie VFD-bewertete Motoren mit verstärkter Isolierung oder installieren Sie Ausgangsfilter/Drosseln.
3. Lagerströme und Schäden
Hochfrequente Ströme können Wellenspannungen induzieren, die zu Lagerriffelungen und vorzeitigem Ausfall führen.
Vorbeugung: Isolierte Lager oder Wellenerdungsringe verwenden.
4. Überhitzung bei niedrigen Geschwindigkeiten
Da Motorkühlventilatoren bei reduzierten Drehzahlen an Effizienz verlieren, kann bei längerem Betrieb bei niedriger Drehzahl eine Zwangsbelüftung erforderlich sein.
5. Harmonische Verzerrung
Frequenzumrichter führen Oberschwingungen in das Stromnetz ein und können sich möglicherweise auf andere angeschlossene Geräte auswirken.
Lösung: Installieren Sie Oberschwingungsfilter oder aktive Front-End-Antriebe (AFE).
Während VFDs bieten flexible Geschwindigkeitsregelung und EnergieeinsparungEine unsachgemäße Anwendung kann zu Motorschäden, Ineffizienz und Systeminstabilität führen. Eine ordnungsgemäße Spannungs-Frequenz-Koordination, Motor-VFD-Kompatibilität und die Minderung elektrischer Störungen sind für einen zuverlässigen Betrieb unerlässlich.
Für 60-Hz-Motoren Getestet mit 50-Hz-Stromversorgung ist eine Spannungsreduzierung (V/1,2) von entscheidender Bedeutung, um übermäßigen Strom und magnetische Sättigung zu vermeiden. Zusätzlich Adressierung EMI, Isolationsspannung, Lagerströme und Herausforderungen bei der Kühlung gewährleistet eine langfristige Motorzuverlässigkeit in VFD-angetriebenen Systemen.
