Was ist ein Inverter und wie funktioniert er?

Inverter in Regensdorf Furttal

Inverter-Klimaanlagen und -Kühlschränke sind heutzutage immer häufiger in Wohnungen und Büros zu sehen. Inverter sind in Einkaufszentren und Online-Shops sehr beliebt. Die Kunden erwerben sie, weil sie als energieeffizient gelten.

Ein AC-Antrieb ist ein Elektromotor, der mit Hilfe von Wechselstrom an ein Stromnetz angeschlossen ist. Der Frequenzumrichter nimmt die Energie auf und regelt sie. Die geregelte Energie wird dann an den Motor übertragen.

Ein Wechselstromantrieb umfasst eine Gleichrichtereinheit, einen Gleichstrom-Zwischenkreis und eine Umkehrschaltung. Die Gleichrichtereinrichtung in einem Wechselstromantrieb kann unidirektional oder bidirektional sein. Erstere kann Energie aus dem elektrischen Netz aufnehmen und den Motor beschleunigen und betreiben.

Der geregelte Strom des Frequenzumrichters durchläuft einen internen Prozess, bevor er an den Motor weitergeleitet wird. Die Eingangsleistung fliesst in eine Gleichrichtereinheit, die die Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt. Der Gleichstrom-Zwischenkreis glättet die Gleichspannung, bevor sie durch den Umkehrstromkreis geschickt wird, um sie wieder in Wechselspannung umzuwandeln.

Bei dieser Methode werden die Frequenz und die Spannung, mit der der Motor versorgt wird, je nach den Anforderungen des Prozesses variiert. Wenn die Ausgangsspannung eine höhere Frequenz hat, wird der Motor schneller.

Solar Wechselrichter

Ein Solarwechselrichter ist eine Art elektrischer Wechselrichter, der Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandelt. Solarwechselrichter werden in Photovoltaikanlagen eingesetzt, um die Gleichstromleistung eines PV-Panels in Wechselstrom für den Anschluss an das Netz oder eine netzunabhängige Last umzuwandeln.

Solarwechselrichter bestehen aus zwei Hauptkomponenten: dem Regler und dem Wechselrichter. Der Regler dient zur Regelung der Spannung und des Stroms, die vom PV-Panel in den Wechselrichter gelangen, während der Wechselrichter die Gleichstromleistung in Wechselstrom umwandelt.

Arten von Solarwechselrichtern

Es gibt drei Haupttypen von Solarwechselrichtern: String-Wechselrichter, Zentralwechselrichter und Mikro-Wechselrichter. String-Wechselrichter: Wie der Name schon sagt, werden String-Wechselrichter direkt an jedes Solarmodul angeschlossen. Der von den einzelnen Modulen erzeugte Wechselstrom wird mit Hilfe eines Transformators oder einer I-V (Strom-Spannung)-Anpassungsschaltung zusammengeführt.

Zentralwechselrichter

Ein Zentralwechselrichter empfängt den Gleichstrom von mehreren PV-Modulen und wandelt ihn in Wechselspannung um, bevor er über einen Transformator an die Schalttafel weitergeleitet.

Mikro-Wechselrichter

Ein Mikro-Wechselrichter wird verwendet, wenn jedes Solarmodul einen unabhängigen Gleichstromkreis hat. Der von jedem Modul erzeugte Wechselstrom durchläuft den Mikro-Wechselrichter, wo er in Gleichspannung umgewandelt wird, bevor er an die Schalttafel weitergeleitet wird.

Photovoltaik Wechselrichter

Ein Photovoltaik-Wechselrichter ist ein Wechselrichter, der Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandelt, der dann in ein Stromnetz eingespeist oder von einem lokalen Gleichstromnetz verwendet wird. Photovoltaik-Paneele finden sich häufig in grossen Solaranlagen, können aber auch für kleine Solarsysteme verwendet werden. Sie werden auch in netzunabhängigen Anwendungen eingesetzt, um Gleichstrom aus Batterien in Wechselstrom umzuwandeln.

Es gibt zwei Haupttypen von Photovoltaik-Wechselrichtern: String-Wechselrichter und Mikro-Wechselrichter. String-WechselrichterString-Wechselrichter sind der häufigste Typ von Photovoltaik-Wechselrichtern. Sie werden direkt an eine Reihe von Solarmodulen angeschlossen, in der Regelin einer grossen Solaranlage. Der von den einzelnen Modulen erzeugte Wechselstrom wird mit Hilfe eines Transformators oder einer I-V-Anpassung (Strom-Spannungs-Anpassung) kombinierte Schaltung.

Leistungen

1. Energie sparen

Wechselstromantriebe sind ideal für Ventilatoren und Pumpen, da sie den Energieverbrauch durch die Steuerung der Motordrehung um 20 bis 50 Prozent senken können. Im Vergleich zu Dämpfern und Ein/Aus-Reglern können sie den Energieverbrauch um 20 bis 50 % senken. Wechselstromantriebe funktionieren ähnlich wie die Beschleunigung eines Autos.

2. Sanftanlasser

Ein AC-Antrieb startet den Motor, indem er Strom mit einer niedrigen Frequenz liefert. Er erhöht allmählich die Frequenz und die Motordrehzahl, bis die gewünschte Geschwindigkeit erreicht ist. Der Bediener kann die Beschleunigungs- und Verzögerungseinstellungen jederzeit ändern, was bei Rolltreppen und Förderbändern nützlich ist, da Lastabwürfe vermieden werden können.

3. Kontrollierter Anlaufstrom

Der Wechselstrommotor benötigt das Sieben- bis Achtfache des Volllaststroms des Wechselstrommotors, um ihn zu starten. Der AC-Antrieb reduziert den Anlaufstrom, was zu weniger Motorrückläufen führt, was die Lebensdauer des Motors verlängert.

4. Reduzierte Stromleitungsstörungen

Das Einschalten eines Wechselstrommotors am Netz kann zu einem starken Stromverbrauch und damit zu einem Spannungseinbruch führen. Wenn ein grosser Motor eingeschaltet wird, schalten sich empfindliche Geräte wie Computer und Sensoren ab. Der Frequenzumrichter vermeidet diesen Spannungseinbruch, indem er den Motor ausschaltet, anstatt ihn auszulösen.

5. Ändert einfach die Drehrichtung

Es wird ein Planetengetriebe verwendet, das eine Art Direktantrieb ist. Das Untersetzungsverhältnis kann durch Änderung des Drehbefehls geändert werden. Standmixer mit Umrichterantrieb sind in der Lage, die richtige Leistung zu erzeugen und die Anzahl der Umdrehungen zu steuern.

6. Einfache Installation

Die Frequenzumrichter sind vorverdrahtet. Die elektrischen Anschlüsse für die Hilfs-, Kommunikations- und Motorleitungen wurden bereits im Werk hergestellt. Der Auftragnehmer muss nur noch eine Verbindung zur Stromquelle herstellen, die den Frequenzumrichter versorgt.

7. Einstellbare Drehmomentgrenze

AC-Antriebe funktionieren durch eine präzise Steuerung des Drehmoments. Bei einem Maschinenstau beispielsweise dreht sich der Motor weiter, bis die Überlastsicherung öffnet. Um ein Überschreiten der Drehmomentgrenze zu verhindern, kann ein Frequenzumrichter so eingestellt werden, dass das an den Motor abgegebene Drehmoment begrenzt wird.

8. Wegfall mechanischer Antriebskomponenten

Ein AC-Antrieb kann eine Last mit niedriger oder hoher Geschwindigkeit versorgen, ohne dass Drehzahlerhöhungs- oder Untersetzungsgetriebe und Getriebekästen erforderlich sind. Dadurch entfallen Wartungsaufwand und Platzbedarf.

Nieder- und Mittelspannung

Wechselstromantriebe werden in Niederspannung (LV) und Mittelspannung (MV) unterteilt. Sie werden häufig in Förderbändern, Kompressoren und Pumpen eingesetzt, da sie Niederspannungs-Wechselstrom (VAC) von 240 bis 600 Volt erzeugen. Da Niederspannungsantriebe den Motor weniger belasten, benötigen sie weniger Wartung. Ausserdem verbrauchen sie weniger Energie.

Nachteilig ist, dass niedrige Spannungen höhere Ströme bedeuten. Dadurch wird mehr Wärme erzeugt und die Raumtemperatur steigt, wenn Niederspannungsantriebe mit leistungsstarken Maschinen (HP) verwendet werden. Durch den erhöhten Strom wird mehr Wärme erzeugt. Um den Raum kühl zu halten, sind Lüftungsöffnungen und zusätzliche Klimaanlagen erforderlich.

MV-Antriebe werden üblicherweise in grossen Elektromotoren mit mehreren Megawatt Leistung in Kraftwerken und Metallverarbeitungsanlagen eingesetzt. Sie erzeugen eine Spannung von 4160 VAC, können aber auch Werte von 69.000 VAC erreichen. Um eine hohe Ausgangsspannung zu erzeugen, benötigen sie eine hohe Eingangsspannung. Mittelspannungsantriebe sind teurer als Niederspannungsantriebe, da sie grössere Kosten verursachen.

Fazit

Verbraucher und Unternehmen versuchen gleichermassen, weniger Energie zu verbrauchen. Der Vormarsch von Wechselrichtern in Maschinen und Geräten ist eine Folge davon. Inverter werden in Bereichen mit ausreichender Belüftung versteckt, obwohl sie einen erheblichen Beitrag zur Energieeinsparung leisten. Die Fähigkeit, Bürogeräte je nach Bedarf zu regeln, trägt dazu bei, die Energieeffizienz zu maximieren und die Abfallerzeugung zu minimieren.

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