Was ist die Trägerfrequenz eines Frequenzumrichters und wie wird sie eingestellt?

Einführung

Antriebe mit variabler Frequenz (VFD), auch bekannt als Frequenzumrichter, FrequenzumrichterFür die Frequenzumwandlung wird in erster Linie die Pulsweitenmodulation (PWM) verwendet. Dabei wird eine Reihe von Impulsen mit unterschiedlichen Breiten und Intervallen erzeugt, um die Ausgangsspannung zu bilden. Die Größe und Form dieser Impulse wird durch die Schnittpunkte der Modulationswelle und der Trägerwelle, der so genannten Trägerfrequenz, bestimmt. Die Trägerfrequenz hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistung und Effizienz dieser Geräte. Die richtige Einstellung der Trägerfrequenz ist entscheidend für die Minimierung des Systemrauschens, die Erzielung gleichmäßiger Wellenformen und die Reduzierung von Störungen.

Was ist die Trägerfrequenz von Niederspannungs-Frequenzumrichtern?

Die Trägerfrequenz bezieht sich auf die Frequenz, mit der die leistungselektronischen Geräte im Frequenzumrichter schalten, um die für die Steuerung des Motors erforderliche variable Ausgangsfrequenz zu erzeugen. Bei Niederspannungs-Frequenzumrichtern (≤ 500 V) ist die primäre Regelungsmethode die Sinus-Pulsbreitenmodulation (SPWM), bei der die Trägerfrequenz einstellbar ist und in der Regel zwischen 1 kHz und 15 kHz liegt. Obwohl sich die Anwender oft auf die vom Hersteller voreingestellten Werte verlassen, ist es von entscheidender Bedeutung, die Trägerfrequenz auf der Grundlage der tatsächlichen Betriebsbedingungen einzustellen. Falsche Einstellungen der Trägerfrequenz können sich negativ auf die Leistung und Effizienz des Frequenzumrichters auswirken. Die folgenden Abschnitte enthalten Richtlinien für die Auswahl der geeigneten Trägerfrequenz.

Trägerfrequenz und Leistungsaufnahme des Frequenzumrichters

Die Leistungsaufnahme eines Frequenzumformer wird direkt von seiner Trägerfrequenz beeinflusst. Höhere Trägerfrequenzen führen zu größeren Schaltverlusten in den leistungselektronischen Bauteilen und damit zu einer höheren Leistungsaufnahme. Umgekehrt verringern niedrigere Trägerfrequenzen die Schaltverluste, können aber die Laufruhe des Motors beeinträchtigen. Daher ist die Optimierung der Trägerfrequenz für die Ausgewogenheit von Stromverbrauch und Betriebsleistung von entscheidender Bedeutung.

Der Einfluss der Trägerfrequenz auf die Umgebungstemperatur

Die Umgebungstemperatur hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistung und Zuverlässigkeit von Frequenzumrichter. Hohe Trägerfrequenzen in Verbindung mit hohen Umgebungstemperaturen können die Leistungsmodule belasten und ihre Fähigkeit, Dauerausgangsströme zu verarbeiten, verringern. Um einen sicheren und zuverlässigen Betrieb des IGBT zu gewährleisten, ist es notwendig, die Trägerfrequenz anzupassen und die Umgebungstemperatur bei der Einstellung der Parameter des Frequenzumrichters zu berücksichtigen.

Trägerfrequenz und Motorleistung

Für Motoren mit hoher Leistung ist es im Allgemeinen ratsam, niedrigere Trägerfrequenzen zu verwenden. Dadurch werden Interferenzen mit anderen Geräten reduziert, der Stromverbrauch gesenkt und die Wärmeentwicklung verringert. Die verschiedenen Hersteller haben zwar spezifische Empfehlungen, aber das allgemeine Prinzip besteht darin, ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Effizienz herzustellen, indem eine geeignete Trägerfrequenz für die Nennleistung des Motors gewählt wird.

Die Beziehung zwischen der Trägerfrequenz und der Länge des sekundären Ausgangs (U, V, W) des Frequenzumrichters

Die Länge der sekundären Ausgangskabel (U, V, W) beeinflusst ebenfalls die Wahl der Trägerfrequenz. Mit zunehmender Länge des Ausgangskabels steigt auch der Ableitstrom. Um dies in den Griff zu bekommen, sollte die Trägerfrequenz entsprechend angepasst werden:

• Für Kabellängen < 50m: 15 kHz
• Für Kabellängen 50-100m: 10 kHz
• Für Kabellängen von 100-150m: 5 kHz
• Für Kabellängen von 150-200m: 1 kHz

Trägerfrequenz (kHz)	Leitungslänge (m)
15	< 50
10	50 – 100
5	100 – 150
1	150 – 200

Welchen Einfluss hat die Trägerfrequenz auf den Ausgangsstrom von Frequenzumrichtern?

Die Trägerfrequenz beeinflusst den Oberwellengehalt des Ausgangsstroms von Frequenzumrichter. Höhere Trägerfrequenzen erzeugen tendenziell eine geringere harmonische Verzerrung, was zu einer saubereren Ausgangsstromwellenform führt. Dies kann die Leistung und Lebensdauer der angeschlossenen Motoren und anderer Geräte verbessern. Allerdings steigen dadurch auch die Schaltverluste, was sich auf die Effizienz auswirkt. Daher ist bei der Einstellung der Trägerfrequenz ein Gleichgewicht zwischen Oberwellenreduzierung und Effizienz entscheidend.

Welche Auswirkungen hat die Trägerfrequenz auf Motoren?

Lärm und Vibration

Höhere Trägerfrequenzen verringern die Geräusche und Vibrationen des Motors und sorgen für einen ruhigeren und gleichmäßigeren Betrieb. Sie erhöhen jedoch auch die Frequenz der Oberschwingungsströme, was den Skin-Effekt im Motorstator verschlimmert und die Motorverluste erhöht. Die Verwendung einer geeigneten Trägerfrequenz minimiert Geräusche und Vibrationen und gewährleistet gleichzeitig einen effizienten Motorbetrieb.

Heizung

Die Trägerfrequenz beeinflusst die Erwärmungseigenschaften des Motors. Höhere Frequenzen verbessern die Stromwellenform, erhöhen aber auch die Temperatur des Motors aufgrund zusätzlicher Oberschwingungsströme. Um dies abzumildern, sollten Sie höhere Trägerfrequenzen mit zusätzlichen Kühlmaßnahmen, wie z. B. AC-Drosseln, verwenden oder sich für speziell konzipierte Motoren mit Umrichterbetrieb entscheiden.

Unsymmetrie zwischen Trägerfrequenz und dreiphasigem Eingangsstrom des Frequenzumrichters

Ein Ungleichgewicht in der Trägerfrequenz kann zu ungleichen dreiphasigen Eingangsströmen führen, die eine übermäßige Erwärmung und potenzielle Schäden an den Frequenzumrichter. Um dieses Ungleichgewicht zu minimieren, ist Folgendes zu beachten:

• Verbessern Sie die Qualität der Stromversorgung, um unsymmetrische Eingangsspannungen zu reduzieren.
• Wählen Sie hochwertige Frequenzumrichter.
• Erhöhen Sie gegebenenfalls die Trägerfrequenz.
• Stellen Sie die Phasenfolge der Eingangsspannung ein.

Die Beziehung zwischen Trägerfrequenz und elektromagnetischer Interferenz

Höhere Trägerfrequenzen können aufgrund der hochfrequenten Schaltvorgänge der leistungselektronischen Komponenten elektromagnetische Störungen (EMI) verstärken. EMI kann elektronische Geräte in der Nähe durch elektrostatische Induktion, elektromagnetische Induktion und elektromagnetische Strahlung beeinträchtigen. Um EMI zu verringern, verwenden Sie geeignete Abschirmungs-, Erdungs- und Filtertechniken und wählen Sie eine geeignete Trägerfrequenz, die einen Ausgleich zwischen Leistung und EMI-Niveau schafft.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Trägerfrequenz eines Frequenzumformer ist ein kritischer Parameter, der den Stromverbrauch, die Umgebungstemperatur, die Motorleistung, den Ausgangsstrom und elektromagnetische Störungen beeinflusst. Das Verständnis dieser Auswirkungen und die Optimierung der Trägerfrequenz sind entscheidend für einen effizienten und zuverlässigen Betrieb in verschiedenen Anwendungen.