Umrichterbetrieb; Grundlagen Und Systembeschreibung; Generelles - Siemens SIMOTICS GP Projektierungshandbuch

1 Umrichterbetrieb

Umrichterbetrieb
1
1.1

Grundlagen und Systembeschreibung

1.1.1

Generelles

Die Anzahl von umrichtergespeisten Elektromotoren nimmt stetig zu. Der Vorteil
einer Drehzahlvariabilität mit den damit verbundenen Vorzügen im Bereich der
Prozesssteuerung und Energieeffizienz tritt immer deutlicher in den Vordergrund.
Hinzu kommt, dass die Investitionskosten für die Installation eines solchen
Antriebssystems, gegenüber herkömmlichen Lösungen, mindestens vergleichbar,
in vielen Fällen sogar niedriger sind. Dies hat zur Folge, dass mittlerweile nicht nur
Antriebssysteme im niedrigen Leistungsbereich mit umrichtergespeisten
Drehstrommotoren ausgestattet werden, sondern auch der mittlere bis hohe
Leistungsbereich bis zu einigen Megawatt davon profitiert.
Neben den Vorteilen der Umrichterspeisung treten aber auch einige parasitäre
Randeffekte in der Anlage, insbesondere am Elektromotor in Erscheinung. Vor
allem in Verbindung mit den in Mehrzahl zum Einsatz kommenden
Spannungszwischenkreisumrichtern sind dies Erscheinungen, welche in der
prinzipiellen Funktionsweise dieser Umrichter begründet liegen.
In Abbildung 1-1 ist die prinzipielle Struktur einer Antriebskonfiguration nach [1]
dargestellt. Die Anlagenkomponente „Umrichter" setzt sich dabei aus dem
Einspeisestromrichter, dem Zwischenkreis und dem Wechselrichter zusammen.
Abbildung 1-1 zeigt beispielhaft die Umrichterstruktur mit einer ungesteuerten
Diodenbrücke als Einspeiseeinheit, den Kondensatoren des
Spannungszwischenkreises und dem IGBT-Wechselrichter. Der Umrichter wandelt
die Anschlussspannung des Energieversorgungsnetzes, die in erster Näherung in
Amplitude und Frequenz konstant ist, in eine frequenz- und amplitudenvariable
Spannung um. Dazu wird netzseitig (a), über die angeschlossene
Gleichrichtereinheit ein Gleichspannungszwischenkreis gespeist, in dem die
Zwischenkreiskondensatoren zur Spannungsglättung und Energiespeicherung
dienen (b). Der nachfolgende Wechselrichter wandelt die Zwischenkreisspannung
nach dem Verfahren der Pulsweitenmodulation in eine variable Wechselspannung
(c) um. Der nachfolgende Elektromotor kann damit in Drehzahl und Drehmoment
geregelt werden. Je nach verwendeter Einspeiseeinheit kann dabei auch Energie
in das Versorgungsnetz zurückgespeist werden.
Abbildung 1-1: Prinzipielle Darstellung eines Spannungszwischenkreisumrichters nach [1]
Projektierungshandbuch SIMOTICS GP/SD/DP
Beitrags-ID: 109759451, V 2.1, 03/2019
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