Kann man Energie sparen, indem man einfach nur Frequenzumwandler verwendet?

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von yunrun am 17.12.2015 um 14:44 bearbeitet. Funktionsprinzip des Wechselrichters: Der Eingangskreis wandelt die eingespeiste Wechselspannung in Gleichstrom um. Der Ausgangskreis verwendet die Anweisungen der Steuereinheit, um die relevanten Betriebsdaten zu überprüfen, zu vergleichen und zu verarbeiten. Anschließend werden Aktionseinheiten ausgesendet, mit denen der in Gleichstrom umgewandelte Strom in eine Wechselspannung einer bestimmten Frequenz umgewandelt wird, die anschließend an den Motor weitergeleitet wird. Gründe für die Energieeinsparung durch Frequenzumwandler: Die Ausgangsfrequenz eines Frequenzumwandlers kann zwischen 0–50 Hz oder auch höheren Frequenzen variieren. Aus dem technischen Artikel „Wie man die U_f-Kurve des Frequenzumwandlers versteht“ geht hervor, dass bei einer Verringerung der Netzfrequenz auch die Netztensspannung abnimmt. Dadurch sinkt die Momentanleistung des Motors, wodurch der Energieverbrauch verringert wird. Unter solchen Umständen kann ein Frequenzumwandler Energie sparen, doch die Energieeinsparung durch den Frequenzumwandler setzt Voraussetzungen voraus – es kommt auf den Verwendungszweck sowie auf die Eigenschaften der von dem Motor angetriebenen Last an. Energieeinsparung durch Drehzahlregelung ist bei Antrieben von Pumpen, Lüftern, Kompressoren und ähnlichen Geräten möglich. Bei diesen Geräten ist das Lastdrehmoment proportional zum Quadrat der Drehzahl, während die Leistung proportional zum Kubus der Drehzahl ist. Wenn die Drehzahl um die Hälfte verringert wird, beträgt das Lastdrehmoment nur noch 1/4 und die Leistung nur noch 1/8. Diese Geräte sind bei ihrer Konstruktion so gestaltet, dass sie Raum für Produktion und weitere Entwicklung bieten. Die Leistung der Antriebsmotoren wird in der Regel entsprechend dem maximalen Durchfluss- oder Druckbedarf ausgewählt. In der Regel werden Durchfluss oder Druck durch Ventile oder Klappen reguliert – was zu Energieverschwendung führt. Durch die Verwendung von Frequenzumwandlern zur Regulierung der Drehzahl des Motors kann der Durchfluss oder Druck geregelt werden, wodurch Energie eingespart werden kann. Laut Statistiken lässt sich im Durchschnitt ein Drittel an Energie einsparen. Aufgrund der deutlichen Effekte wird diese Methode weit verbreitet eingesetzt. Inverter für Lüfter- und Pumpenlasten können Energie sparen, doch aufgrund von Konstruktionsmerkmalen oder Eigenschaften der Geräte laufen die Lüfter oder Pumpen ständig mit voller Leistung. Dadurch bleibt die Ausgangsfrequenz des Inverters bei 50 Hz – in diesem Fall ist es unmöglich, Energie zu sparen, da dies keinen Unterschied zum Betrieb bei der Netzfrequenz darstellt. Nur dann, wenn der tatsächliche Durchfluss von Luft oder Wasser unter 100 % des Nennstroms liegt, tritt eine Energieeinsparung durch die Verringerung der Drehzahl des Motors ein. Ein Ingenieur von Changhui Instruments hat den Energieverbrauch zweier 15 kW starker Lüfter im Normalbetrieb sowie im Frequenzumrichterbetrieb verglichen. Beide Lüfter wurden jeweils 2 Stunden lang in Betrieb gehalten. Dabei zeigte das Stromzähler, dass im Frequenzumrichterbetrieb 1 kWh mehr Energie verbraucht wurde als im Normalbetrieb. Das ist normal, denn der Frequenzumrichter selbst verbraucht ebenfalls Energie. Genau genommen gibt es beim Test noch Fehler – 1 Grad fehlen noch. Solche Messungen weisen außerdem Probleme auf, denn der Ausgangsstrom des Wechselfrequenzumwandlers ist nicht rein bei der Netzfrequenz; er enthält hohe Harmonischen, die mit herkömmlichen Messgeräten nicht erfasst werden können. Die Ausgangsstromstärke des Frequenzumwandlers ist zuverlässiger, wenn sie anhand des Stromanzeigers auf dem Panel des Frequenzumwandlers ermittelt wird. Daher ist es unzuverlässig zu behaupten, dass durch den Einsatz eines Frequenzumwandlers Energie eingespart werden kann – unabhängig von den Lasteigenschaften oder dem Anwendungsfall. Außerdem sind Vergleiche zur Energieeinsparung anhand von Messdaten herkömmlicher Geräte sowie die damit verbundenen Werbemaßnahmen nicht glaubwürdig. In einigen Fällen wird ein Frequenzumrichter zunächst deshalb eingesetzt, weil die Prozessanforderungen eine Ansteuerung sowie Geschwindigkeitsregelung der Motoren erfordern – Energieeinsparung ist dabei möglicherweise nur ein Nebeneffekt. Außerdem darf man die Rendite der Investition nicht übersehen – je kleiner der Elektromotor ist, desto ausgeprägter wird dieses Problem. Kann ein Frequenzumwandler anstelle einer frequenzgeregelten Stromversorgung verwendet werden? Nein, ein Frequenzumwandler kann keine frequenzgeregelte Stromversorgung ersetzen! Denn die Struktur, der Funktionsweise sowie die Anwendungsbereiche beider Geräte sind unterschiedlich. Der Wechselrichter besteht aus Schaltungen wie Wechselstrom-Gleichstrom-Wechselstrom (Modulationswellen). Die Ausgangsspannung hat die Form eines pulsierenden Rechteckwinkels, weist viele Harmonikkomponenten auf. Spannung und Frequenz ändern sich proportional zueinander – es ist nicht möglich, sie getrennt voneinander anzupassen. Dadurch erfüllt der Wechselrichter nicht die Anforderungen an eine Wechselstromquelle. Im Prinzip kann er nicht als Stromversorgung verwendet werden. Ein Frequenzumwandler dient dazu, die Drehzahl von dreiphasigen Asynchronmotoren zu regulieren. Eine Wechselstrom-Gleichstrom-Wechselstrom-Stromversorgung setzt sich aus Schaltungen wie Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler sowie Filtern zusammen. Die von ihr erzeugten Spannungs- und Stromwellenformen sind sinusförmig – sie ähneln somit stark denen einer herkömmlichen Wechselstromversorgung. Zudem kann die Versorgung je nach Anforderung des Benutzers jede gewünschte Spannung und Frequenz liefern. Es dient selbst als Stromversorgung.