Bei der Projektierung drehzahlgeregelter Antriebe treten häufig Fragen auf, die nicht unmittelbar mit den eigentlichen Aufgaben eines Frequenzumrichters zu tun haben. Vielmehr betreffen sie die Einbindung dieser Geräte in das Antriebssystem und die Gesamtanlage. Der Projektierung und Auslegung drehzahlgeregelter Antriebssysteme fällt eine entscheidende Bedeutung zu. Der Planer stellt genau in diesem Stadium die Weichen für die Qualität des Antriebssystems, für die Betriebs- und Wartungskosten sowie für den sicheren und störungsarmen Betrieb. Durchdachtes Projektieren im Vorfeld hilft, unerwünschte Nebeneffekte im späteren Betrieb des Antriebssystems zu vermeiden.
Schritt 1: Netzversorgung
Für die Energieversorgung elektrischer Antriebe stehen unterschiedliche Netzformen zur Verfügung. Alle haben auf das EMV-Verhalten einer Anlage einen mehr oder weniger großen Einfluss. Je nach Einsatzort sind daher geeignete EMV-Maßnahmen zu ergreifen.
Daneben gehört aber auch die Betrachtung von netzspezifischen Einflüssen wie Transienten oder die Notwendigkeit für Blindstromkompensation zu einer sicheren Auslegung. Und nicht zuletzt kann es auch bei Transformatoren, die viele Frequnzumrichter speisen müssen, zur Überlastung kommen. Daher sind die Netzbelastung durch Netzrückwirkungen, sowie die Netzstabilität im Vorfeld zu betrachten.
Schritt 2: Umgebungsbedingungen
Ein wichtiger Punkt ist auch der Einbauort des Frequenzumrichters. Denn je nach Belastung mit aggressiven Gasen oder starker Staubbildung, ist ein entsprechend geschütztes Gehäuse in IP55 oder gar IP66 notwendig – insbesondere bei Stand-alone-Anwendungen im Feld.
In diese Betrachtung fällt auch die Auswahl eines passenden Kühlkonzepts. Denn auch hier ist die Elektronik nicht nur vor überhöhten Temperaturen zu schützen, sondern auch vor Verunreinigungen aus der Luft wie Staub oder Feuchtigkeit. Und nicht zuletzt in Kläranlagen oder in der chemischen Industrie spielen auch Ex-Bereiche bei der Auswahl der Antriebslösung eine wichtige Rolle.
Schritt 3: Motor und Verkabelung
Für die richtige Auswahl des Motors ist das von der Arbeitsmaschine benötigte Drehmoment entscheidend. Dafür rechnet man auf die prozessbedingt geforderte Leistung alle Zuschläge wie beispielsweise Lagerreibung, Kupplungsverluste oder externe Lüfter auf und erhält über die Betriebsdrehzahl das erforderliche Motormoment.
Netzbetrieb und Betrieb am Frequenzumrichter unterscheiden sich voneinander. Beispielsweise erhöht Frequenzumrichterbetrieb die Temperaturen in den Motorwicklungen, bedingt durch nicht sinusförmige Speisung sowie die Taktfrequenz und daraus resultierende zusätzliche Ummagnetisierungsverluste. Der Querschnitt der Motorkabel richtet sich in erster Linie nach dem erforderlichen Motorstrom. Allerdings spielen auch weitere, wichtige Faktoren mit. So beeinflusst die Art und die Umgebung der Verlegung ebenenfalls den Querschnitt, um negative Effekte durch erhöhte Umgebungstemperaturen und verminderte Wärmeabgabe auszugleichen.
Schritt 4: Frequenzumrichter
Jetzt sind alle notwendigen Rahmenbedingungen für die Auswahl des Frequenzumrichters festgelegt. Im Gegensatz zum Motor, der immer nach dem geforderten Drehmoment auszulegen ist, erfolgt die Auswahl des Frequenzumrichters stets nach dem Strom und nicht nach der Leistung! Grundsätzlich gilt, dass der erforderliche Motorstrom als Dauerstrom verfügbar sein muss. Weitere Auswahlfaktoren betreffen die vom Anwender für seine Applikation benötigten Schnittstellen wie Feldbusse, die Schnelligkeit von Regelverfahren oder andere Sonderfunktionen wie Sicherheitsfunktionen, Kaltleiterauswertungen oder ähnliches.
Hilfestellung und weitere Informationsquellen Die Checkliste soll bei der Auslegung der Anlage helfen. Sie setzt direkt nach der Festlegung der Antriebsaufgabe und Auswahl des Standorts an. Die einzelnen Punkte enthalten alle wichtigen Rahmenbedingungen, die Anlagenbauer und Betreiber für einen sicheren Anlagenbetrieb kennen müssen. Für eine tiefer gehende Information hat Danfoss eine neue Broschüre, die Planerfibel, entwickelt. Sie gibt – angelehnt an die Checkliste – zu den einzelnen Punkten herstellerübergreifende Hinweise, worauf alle Beteiligten achten sollten. Die Broschüre können Sie kostenfrei bei Danfoss VLT Antriebstechnik bestellen. Die Danfoss Planerfibel Wasser/Abwasser richtet sich an Ingenieurbüros, Behörden, Ämter, Verbände sowie Anlagen- und Schaltanlagenbauer in der Wasser- und Abwassertechnik. Sie ist als umfangreiches Hilfsmittel für Fachplaner (MSR / Elektro) und Projekteure konzipiert, zu deren Aufgabenbereich die Projektierung von drehzahlgeregelten Antrieben mittels Frequenzumrichtern gehört.