Richtige Auswahl bei Frequenzumrichtern spart Kosten

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Bei gleicher Leistung und gleichem Wirkungsgrad gleich Verluste?

Beim Vergleich von Wirkungsgraden gibt es auf den ersten Blick keine großen Unterschiede zwischen verschiedenen Geräten. Aber ist dem wirklich so? Haben zwei der Leistung und dem Wirkungsgrad nach identische Geräte (mit 100 kW und einem Wirkungsgrad von 98 %) die gleichen Verluste?

Der Wirkungsgrad von Frequenzumrichtern berechnet sich aus dem Verhältnis der abgegebenen zur zugeführten Leistung. Seine Angabe erfolgt meist in gerundeten Prozentzahlen (ohne Nachkommastellen). Im ungünstigsten Fall unterscheiden sich die Umrichter aus dem Beispiel bei den Verlusten um knapp 1 % .

Um die Wirkungsgrade verschiedener Umrichter vergleichen zu können, muss bekannt sein, unter welchen Bedingungen sie der Hersteller ermittelt hat. Bei Umrichtern wird üblicherweise zwischen normaler (110 %) und hoher Überlast (160 %) unterschieden. Außerdem geht der Nennstrom des Gerätes ebenso in die Betrachtung ein wie ein Betrieb im Teillastbereich sowie Messtoleranzen bei der Ermittlung der Wirkungsgrade.

Eingebaute Filter bestimmen Wirkungsgrade von Frequenzumrichtern mit

Wesentlich greifbarer sind die Angaben zur Verlustleistung eines Gerätes. Natürlich gehen darin auch die Betriebsart und der Nennstrom des Gerätes ein. Weil auf ihrer Basis allerdings auch der Klimatisierungsbedarf eines Schaltschrankes ausgelegt wird, kann sie aber als verlässlicher angesehen werden.

Ein weiterer Punkt in der Bewertung des Wirkungsgrads: Welche Filter sind bereits im Gerät integriert (Bild 2) und daher bei den Wirkungsgraden berücksichtigt? Aufgrund ihres Funktionsprinzips erzeugen Frequenzumrichter elektromagnetische Störungen. Zur Begrenzung der Störungen sind für jeden Frequenzumrichter EMV-Filter vorgesehen. Die Filter können bereits im Gerät integriert sein oder der Betreiber muss sie extern vor die Geräte schalten. Generell erzeugen diese Filter, ebenso wie motorseitige Sinus- oder dU/dt-Filter, zusätzliche Verluste. Deshalb ist für einen Vergleich der Wirkungsgrade zweier Frequenzumrichter zu beachten, ob beide die Filter eingebaut haben und ob sie die gleichen Normen erfüllen. Wenn nicht, so führt dies beim Umrichter ohne Filter zu einer starken Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrads aus Filter und Umrichter.

Weniger Klimatisierung bei Frequenzumrichtern mit geringen Verlustleistungen

Abhängig von der Anzahl und der Verlustleistung montierter Geräte in einem Schaltschrank muss dessen Klimatisierung dimensioniert werden. Bei der Berechnung der Schaltschrankklimatisierung sind die von den Herstellern angegebenen Verlustleistungen der einzelnen Geräte zu berücksichtigen. Werden Umrichter mit guten Wirkungsgraden und vor allem geringen Verlustleistungen eingesetzt, reduziert sich oft der Klimatisierungsbedarf im Schaltschrank.

Im besten Fall spart man dann dreifach. Die geringere Verlustleistung des Umrichters spart Verlustenergie. Aus den geringeren Verlusten resultiert eine leistungsärmere, kostengünstigere Klimatisierung, die wiederum weniger Energie benötigt.

Bei allen Vorteilen, die energieeffiziente Motoren und Frequenzumrichter mit hohem Wirkungsgrad bieten – ohne eine präzise Abstimmung beider Komponenten auf die geforderten Eigenschaften der jeweiligen Applikation und eine Optimierung der Prozesstechnik durch den Anwender bleibt immer ein gewisser Mehrverbrauch an Energie im System. Denn das mit 60 % größte Einsparpotenzial bietet die Prozessoptimierung.

* Michael Burghardt ist Produktmanager bei Danfoss, VLT Antriebstechnik in Offenbach

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