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Fragen zu Frequenzumrichter

Hallo,
nachdem die Fragen an mich, wegen eines FUs immer wieder gestellt werden und das Thema doch etwas komplex ist, habe ich mal eine kleine Anleitung dazu geschrieben.
Kann man jeden Drechselbankmotor an einem FU betreiben?
Dreiphasige Motoren (Drehstrommotoren) eignen sich prinzipiell für den Betrieb an FUs. Hier ist lediglich zu beachten, dass sich diese entsprechend der Ausgangsspannung des FUs im Stern oder im Dreieck verschalten lassen. Nähere Auskunft gibt das Typenschild des Motors. Bei sehr alten Motoren mit geringer Isolierstoffklasse kann der Motor bei FU-Betrieb Schaden nehmen. Informationen zur Isolierstoffklasse befinden sich ebenfalls auf dem Typenschild des Motors und oft auch in der Bedienungsanleitung des FU Herstellers.
Einphasige Kondensatormotoren eignen sich nicht zum Betrieb an FUs.
Diese sind leicht an dem zylinderförmigen Kondensator, welcher oft direkt am Motor montiert ist, zu erkennen. Möchte man bei einer Maschine mit einem solchen Motor die Vorteile eines FUs nutzen, so bleibt leider nur der Austausch gegen einen dreiphasigen Motor.
Welchen Anschluss benötigt man in der Werkstatt für einen FU?
Im Leistungsbereich bis 2,2 KW arbeiten FUs meist mit einphasiger Wechselspannung und können somit an einer haushaltsüblichen, mit 16A abgesicherten Steckdose, betrieben werden. Diese muss allerdings wegen möglicher Gefahren und Störungen unbedingt ordnungsgemäß geerdet sein. Für größere Leistungen kommen in der Regel FUs mit dreiphasiger Eingangsspannung zum Einsatz, da sich der benötigte höhere Eingangsstrom hier auf die drei Phasen verteilt.
Was ist beim Betrieb von Maschinen mit FU zu beachten?
Die meisten Drechselbankmotoren werden durch ein direkt auf der Motorwelle befestigtes Lüfterrad gekühlt. Betreibt man den Motor mit vorgeschaltetem FU nun lange Zeit in einem sehr niedrigen Drehzahlbereich, so lässt die Motorkühlung stark nach und der Motor kann ther-mischen Schaden nehmen. Um dies zu verhindern gibt es Motoren, bei denen die Wicklungstemperatur über einen Sensor (Kaltleiter) gemessen wird und der Motor beim Erreichen eines kritischen Temperaturwertes angehalten wird.
Beim nachträglichen Anschließen eines FUs an einen Motor ohne Temperatursensor sollte man daher die Motortemperatur öfter kontrollieren und gegebenenfalls den Motors durch einen zusätzlichen externen Lüfter kühlen (Fremdkühlung). Benötigt man geringe Spindeldrehzahlen so ist es generell empfehlenswert, den Riemen so aufzulegen, dass bereits mechanisch die kleinstmögliche Drehzahl erreicht wird. Der FU dient nun dazu diese weiter zu senken, wobei der Motor mit der für diesen Anwendungsfall größtmöglichen Drehzahl arbeitet. Dies gewährleistet die bestmögliche Eigenkühlung des Motors.
Was sollte bei der Anschaffung eines FUs beachtet werden?
Im Internet werden gebrauchte FUs oft recht preisgünstig angeboten, aber es gibt einige Punkte, die beim Kauf unbedingt beachtet werden sollten:
Bauart:
Es gibt FUs, die vom Motor getrennt montiert werden und solche, die direkt auf dem Motor montiert sind. Letztere werden meist als Einheit zusammen mit dem Motor angeboten. Hierbei ist zu bedenken, dass die Drechselbank zum einen ausreichend Platz für diese Kombination bieten muss und zum anderen der Wellendurchmesser des Motors zu der Bohrung in der bereits vorhandenen Riemenscheibe passen muss. Zudem ist es eventuell erforderlich die Be-festigungsbohrungen für den neuen Motor anzupassen.
Leistung:
Die Leistung des FUs sollte der des Motors entsprechen oder (besser) maximal 50% darüber liegen. Für einen Motor mit 1,5 kW kommen z.B. FUs mit einer Leistung von 1,5KW oder 2,2 KW in Frage.
EinsteIlbarkeit:
Die Einstellbarkeit der Ausgangsfrequenz des FUs über einen variablen analogen Sollwert muss gegeben sein. Diese Betriebsart kann bei den meisten modernen FUs über ein Menü ausgewählt werden.
Bedienteil:
Der FU sollte mit Bedienteil gekauft werden. In der Industrie werden oft mehrere FUs in einen Schaltschrank eingebaut. Das zum Programmieren des FUs erforderliche Bedienteil wird in diesem Fall nur einmal benötigt und je nach Bedarf auf den entsprechenden FU gesteckt. Aus diesem Grund werden teilweise gebrauchte FUs ohne Bedienteil angeboten.
Bedienungsanleitung:
Der FU wird von einem Mikroprozessor gesteuert und muss entsprechend des Anwendungsfalls und des angeschlossenen Motors programmiert werden. Hierzu ist eine Bedienungsanleitung, vorzugsweise in deutscher Sprache, hilfreich. Diese sollte entweder mit dem FU erworben werden oder beim Hersteller des FUs im Internet zur Verfügung stehen.
Pulsfrequenz:
Die Pulsfrequenz des FUs sollte sich auf Werte von 12 kHz oder mehr einstellen lassen. Pulsfrequenzen im Hörbereich rufen ein mechanisches Schwingen der Motorwicklungen hervor, welches sich durch unangenehmes Pfeifen des Motors bemerkbar macht.
Alter:
Im Zwischenkreis des FUs werden Elektrolytkondensatoren eingesetzt, die eine begrenzte Lebenserwartung haben. Ab einem Alter von etwa 10 bis 15 Jahren können diese Kondensatoren kaputtgehen. Der FU sollte daher möglichst nicht zu alt sein.
Zusätzliche Kosten:
Für den sicheren und ordnungsgemäßen Betrieb eines FUs sind einige Zusätze erforderlich, die weitere Kosten verursachen:
Schaltschrank:
Je nach elektrischer Schutzart des FUs ist ein Einbau in einen Schaltschrank vorgeschrieben. FUs, die für industrielle Anwendungen vorgesehen sind, müssen in der Regel in ein kleines Schaltschrankgehäuse eingebaut werden. Dieses gewährleistet zudem die erforderliche elektromagnetische Abschirmung und bietet die Möglichkeit die Anschlusskabel des FU mit Verschraubungen gegen Zug zu entlasten. Nur Metallgehäuse leiten Wärme, die beim FU Betrieb entsteht, ausreichend ab. Die Bedienungsanleitung des FUs informiert über die erforderlichen Mindestabstände des FUs zu den Gehäusewänden. Das Schaltschrankgehäuse muss ausreichend Platz für Zusatzgeräte bieten. Ein Schaltschrank ist im Hobbybereich nicht notwendig, siehe die FU- Installation bei Ernst.
Externes Bedienteil:
Hiermit ist nicht das Bedienteil zur Programmierung des FU gemeint, sondern ein kleines Kästchen, das ein Potentiometer zur Einstellung der Drehzahl und einen Schalter zum Ein- und Ausschalten des Motors beherbergt. An der Rückseite des Kästchens befinden sich starke Magnete, die es möglich machen das Bedienteil in Griffweite des Drechslers an der Maschine zu befestigen.
Filter:
Für den FU-Einsatz im Haushalts u. Bürobereich sowie für die leichte Industrieumgebung sind Netzeingangsfilter der Klasse B vorgeschrieben (EN 61000), um zu verhindern, dass der FU Störungen (Netzrückwirkungen) in das öffentliche Stromnetz einspeist. Nicht alle FUs werden bereits werksseitig mit einem solchen Filter ausgeliefert und der Filter muss gegebenenfalls als optionales Zubehör zugekauft werden. Zur Vermeidung hochfrequenter Störungen sind Motor und FU über ein abgeschirmtes Kabel zu verbinden, wobei der Schirm beidseitig breitflächig aufliegen muss. Außerdem gibt es im Fachhandel entsprechende Kabelverschraubungen, die Gehäuse und Schirm elektrisch miteinander verbinden.
Betriebsanzeige und Schalter:
Für die Trennung des FUs vom Stromnetz muss ein Hauptschalter vorgesehen werden. Eine Kontrollleuchte, die den Betrieb des FUs anzeigt ist sinnvoll. Es gibt Hauptschalter mit Unterspannungsauslösung, die einen Wiederanlauf der Maschine nach einem Ausfall der Netzspannung verhindern. Das Anlaufverhalten des FUs nach Netzausfall kann meist auch zusätzlich am FU programmiert werden. Ebenso sind Schalter für Links- und Rechts lauf sinnvoll.
Bremswiderstand:
Nach dem Abschalten der Motorspannung rotieren schwere Werkstücke aufgrund ihrer Massenträgheit zunächst weiter, wenn sie nicht abgebremst werden. Der Motor wird nun angetrieben und wirkt wie ein Generator, wobei er einen elektrischen Strom in den FU einspeist. Diese Energie muss vom FU umgewandelt werden, wozu externe Bremswiderstände Verwendung finden. Ohne Bremswiderstand werden die meisten FUs ausschalten und eine Fehlermeldung anzeigen. Da der Bremswiderstand aber nur bei extrem schweren Werkstücken erforderlich ist, kann er bei häufig auftauchenden Fehlermeldungen auch nachgerüstet werden. Bremswiderstände benötigen zusätzlichen Platz im Schaltschrank und werden im Bremsbetrieb heiß. Steht im Schaltschrank kein Platz für den Bremswiderstand zur Verfügung, so kann dieser auch außen am Schaltschrank montiert werden und wird mit einem Lochblech verkleidet.
Anschluss und Programmierung:
FUs sollten nur durch eine Elektrofachkraft angeschlossen werden. Dies bietet die Gewähr für einen elektrisch sicheren und gemäß der Entstörvorschriften einwandfreien Betrieb.
Komplettlösungen haben zusätzlich den großen Vorteil, dass die Einzelkomponenten optimal aufeinander abgestimmt sind und die elektrische Sicherheit einschließlich der Entstörung vom Hersteller garantiert werden. Zieht man alle Kosten für den Aufbau des FUs nebst Zubehör und Qualitätsmotor in Betracht, so relativieren sich auch die Kosten für eine Komplettlösung. Diese ist vor allem elektrotechnischen Laien anzuraten.
Bitte bedenkt auch immer, dass du es mit lebensgefährlichen Spannungen und Strömen zu tun haben und der Anschluss eines FUs nur durch eine Elektrofachkraft erfolgen sollte!
Gerhard