Umrichter, Arten und Anwendung in der Antriebstechnik

Umrichter sind elektronische Geräte, die elektrische Energie von einer Form in eine andere umwandeln, um elektrische Maschinen wie Motoren effizient und flexibel zu betreiben. In der modernen Antriebstechnik übernehmen Umrichter eine zentrale Rolle, da sie die Drehzahl, das Drehmoment und die Laufrichtung von Elektromotoren präzise steuern können. Gleichzeitig tragen sie zur Energieeinsparung, Lastoptimierung und Systemintegration bei. In diesem Artikel erfährst du, was ein Umrichter ist, wie er funktioniert, welche Typen es gibt und in welchen Bereichen er eingesetzt wird.

Was ist ein Umrichter?

Ein Umrichter ist ein Leistungselektronikgerät, das elektrische Energie in eine andere elektrische Form wandelt. Er besteht im Wesentlichen aus vier Komponenten:

• Gleichrichter: Wandelt Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC)
• Zwischenkreis: Pufferung und Glättung des Gleichstroms
• Wechselrichter: Wandelt den Gleichstrom wieder in Wechselstrom mit veränderbarer Frequenz und Spannung
• Steuerung: Elektronische Regelung für Drehzahl, Moment und Richtung

Das Ergebnis: Der Motor erhält eine exakt steuerbare Spannung und Frequenz – passend zur jeweiligen Lastanforderung.

Arten von Umrichtern

Je nach Einsatzzweck unterscheidet man verschiedene Umrichtertypen:

1. Frequenzumrichter (FU)

Der am häufigsten verwendete Umrichtertyp. Wandelt Netzwechselstrom in Wechselstrom mit variabler Frequenz – zur Drehzahlregelung von Asynchronmotoren.

2. Gleichspannungswandler (DC-DC-Umrichter)

Verändert eine Gleichspannung in eine andere – z. B. in Batteriesystemen, Solarwechselrichtern oder Elektromobilität.

3. Wechselrichter (Inverter)

Wandelt Gleichstrom in Wechselstrom – z. B. in Photovoltaikanlagen, Notstromsystemen oder Elektrofahrzeugen.

4. Netzumrichter

Kombinierte Systeme zur bidirektionalen Energieübertragung, z. B. in regenerativen Energiesystemen mit Rückspeisung.

Funktionsweise eines Frequenzumrichters

Ein Frequenzumrichter arbeitet nach folgendem Grundprinzip:

1. AC-Eingang: Netzspannung (z. B. 400 V, 50 Hz)
2. Gleichrichtung: Umwandlung in DC-Spannung
3. Zwischenkreis: Glättung und Energiespeicherung (z. B. mit Kondensatoren)
4. Wechselrichtung: Pulsweitenmodulierte Umwandlung in AC-Ausgangsspannung mit variabler Frequenz (z. B. 0–400 Hz)

Das erlaubt die stufenlose Drehzahlregelung von Elektromotoren – insbesondere von Drehstrom-Asynchronmotoren, ohne mechanische Getriebe umzubauen.

Mathematischer Zusammenhang: Drehzahlregelung

Die Drehzahl eines Motors ist abhängig von der Frequenz und der Anzahl der Polpaare. Die Berechnungsformel lautet:

𝑛
=
60
⋅
𝑓
𝑝
n=
p
60⋅f
​

Variablen:

𝑛
n: Drehzahl in Umdrehungen pro Minute (U/min)

𝑓
f: Frequenz in Hertz (Hz)

𝑝
p: Anzahl der Polpaare des Motors

Ein Frequenzumrichter verändert gezielt die Frequenz
𝑓
f, wodurch sich die Drehzahl exakt anpassen lässt.

Vorteile von Umrichtern

1. Energieeinsparung

Motoren verbrauchen nur so viel Energie wie notwendig. Ideal für Lüfter, Pumpen und Förderanlagen.

2. Sanftanlauf & Sanftstopp

Mechanische Komponenten werden geschont, Stromspitzen beim Einschalten vermieden.

3. Flexible Prozesssteuerung

Geschwindigkeit, Richtung und Last lassen sich stufenlos regeln – ideal für Produktionslinien.

4. Längere Lebensdauer

Reduzierter Verschleiß von Kupplungen, Lagern und Getrieben durch gleichmäßigen Anlauf.

Einsatzgebiete von Umrichtern

Umrichter werden in nahezu allen Branchen eingesetzt, in denen elektrische Antriebe eine Rolle spielen:

• Maschinen- und Anlagenbau: Förderbänder, Mischsysteme, Fräsmaschinen
• Gebäudetechnik: Lüftungsanlagen, Aufzüge, Rolltreppen
• Automatisierung: Roboterachsen, CNC-Maschinen, Pick-and-Place-Anlagen
• Wasserwirtschaft: Pumpstationen, Dosiersysteme, Wasserkraftwerke
• Erneuerbare Energien: PV-Wechselrichter, Batteriespeichersysteme

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