Variabler Umrichter für alle Fälle

Bis zum Jahr 2000 wird nach Angaben von Regional President Dieter Callies, Danfoss Antriebs- und Regeltechnik GmbH, die Sparte Antriebstechnik der größte Einzelbereich der Firma Danfoss sein. Um dieses Ziel zu erreichen, haben Danfoss und die Bauer Antriebstechnik GmbH, Esslingen, eine Vereinbarung getroffen, die die Übernahme von Bauer durch Danfoss zum 1. Juni 1999 vorsieht. Derzeit erwirtschaftet Danfoss mit Frequenzumrichtern einen Umsatz von rund 500 Mio. DM pro Jahr. „Der Markt für Frequenzumrichter wird in den nächsten zehn bis zwanzig Jahren stetig steigen“, stellte Callies bei einer Pressekonferenz in Essen fest. Für sein positives Bild der Branche sprechen die derzeitigen Marktzahlen.

1998 haben in Deutschland rund 25 000 Firmen Frequenzumrichter eingesetzt, das entspricht etwa der Hälfte aller in Deutschland ansässigen Unternehmen. Rund 6% der Drehstrommotoren zwischen 0,37 und 7,5 kW waren im letzten Jahr drehzahlgeregelt. Im Leistungsbereich von 11 bis 250 kW sind heute bereits etwa 15% aller Drehstrommotoren mit Frequenzumrichtern ausgestattet. Insgesamt entspricht dies gegenwärtig einem Volumen von etwa zwei Millionen Frequenzumrichtern, darunter etwa 100000 mit Profibus-Applikationen. Ein realistischer Wert für die in Zukunft erreichbare Zahl an geregelten Drehstrommotoren ist nach Meinung der Experten etwa 35%.

Deutschland ist in Europa mit etwa 40% der größte Markt für Frequenzumrichter bis 300 kW, gefolgt von Frankreich (15%), Italien (12%) und England (8%).

Um sich Marktanteile im Kleinleistungsbereich zu erobern, hat Danfoss die VLT 2800-Serie als Nachfolger für die VLT 2000-Serie entwickelt. „Wir werden das Gerät auf der Hannover Messe erstmals dem Fachpublikum vorstellen“, sagte Michael Gawol, Vertriebsleiter Seriengeschäft, bei der Produktvorstellung. Eines der Highlights des kleinen und kompakten Gerätes – es paßt durch seine geringe Tiefe und die Buchform in einen 200er-Schrank – ist das integrierte Cold Plate-Kühlkonzept, das einen Einbau in jeder Lage erlaubt. Auch der Seite-an-Seite-Einbau ohne Abstand im Schrank ist dadurch möglich. Ein weiterer Vorteil dieser Technik: Durch die glatte Rückwand kann der Frequenzumrichter bei Bedarf auf einen externen Kühlkörper aufgesetzt werden.

Typische Einsatzgebiete in der Lebensmittelindustrie liegen in den Bereichen Dosieren, Pressen, Kneten, Falten und Transportieren. Auch als Umrichter für das Pumpen von Flüssigkeiten eignet sich der VLT 2800 sehr gut. Zusätzlich zu den bekannten Eigenschaften der Vorgängerserie bietet der Umrichter eine Reihe weiterer Features wie AC-Bremse, Automatische Motoranpassung (AMT), Quick- und anwenderspezifisches Menü sowie PlD-Drehzahl- und Prozeßregler.

Der VLT 2800 verfügt über drei verschiedene Bremsfunktionen: die DC-, die dynamische und die AC-Bremse. Bei der DC-Bremse wird über eine Motorphase mittels Gleichspannung ein Bremsmoment erzeugt. Die DC-Bremse wird nach einem Stoppbefehl aktiv. Die drei Parameter Zeit, Frequenz und Spannung bestimmen, wann, wie lange und wie stark die DC-Bremse wirken soll. In der Werkseinstellung ist die Einschaltfrequenz auf Null gesetzt, weshalb die DC-Bremse zunächst keine Wirkung zeigt. Erfahrungsgemäß ist die DC-Bremse im niedrigen Drehzahlbereich bis ca. 10% der Nenndrehzahl am effektivsten. Die DC-Bremse kann durchschnittlich 20% des Motorenmoments erzeugen und ist daher nicht geeignet, die generatorische Energie aufzufangen.Bei der dynamischen Bremse ist ein Bremschopper und ein Bremswiderstand notwendig. Diese Bremsfunktion dient dazu, die generatorische Energie bei Geschwindigkeitsänderungen oder beim Stoppen aufzufangen. Die dynamische Bremse nutzt alle drei Motorphasen und erzeugt Bremsmomente bis zu 160%.

Die AC-Bremse wird bei kurzen Bremszyklen eingesetzt und erspart Bremschopper und Bremswiderstand. Sie eignet sich für Anlagen, die sehr selten gebremst werden müssen oder die eine kurze Einschaltdauer haben. Sobald die obere Grenze der Zwischenkreisspannung überschritten ist, wird durch gezielte Anhebung der Motorspannung DU (Übermagnetisierung) die Energie im Motor vernichtet.

Die AC-Bremsfunktion ist so ausgelegt, daß

• 25% Bremsmoment bei Nenndrehzahl,

• 50% Bremsmoment bis 66,66% der Nenndrehzahl (d.h. 1000 Umdrehungen bei einem 4poligen Motor) und

• 200% Bremsmoment bis 16,66% der Nenndrehzahl (d. h. 250 Umdrehungen bei einem 4poligen Motor) gewährleistet sind.

Die Automatische Motoranpassung (AMT) ermöglicht die einfache Einstellung des Frequenzumrichters auf den jeweiligen Motor. Die Funktion deckt sich dabei zum Teil mit der des VLT 5000. Hierbei wird beim VLT 2800 lediglich der Ständerwiderstand (Rs) gemessen. Die Induktivität (Xs) muß manuell berechnet oder vom Motorhersteller erfragt werden. Die Anpassungsfunktion ist für alle Norm-, Über- und Untergrößen vorgesehen.

Durch den serienmäßig integrierten PID-Regler sind beim VLT 2800 keine weiteren Regelungskomponenten erforderlich. Das Gerät besitzt einen Drehzahl- und einen Prozeßregler, die Prozeßgrößen wie Temperatur, Druck, Füllstand und Drehzahl einfach umsetzen.

Darüber hinaus bietet der VLT 2800 die Möglichkeit, Parameter für die speziellen Bedürfnisse der jeweiligen Anwendung festzulegen. Sowohl über die fest eingebaute Bedieneinheit als auch über das LCP2-Display gibt es ein einfaches Standard-Quickmenü. Für Anwendungen, die im Standard-Quickmenü nicht vorhandene Parameter benötigen, lassen sich diese mit einem PC und der VLT-Dialogsoftware einstellen.

Es gibt mehrere Verfahren, mit dem die VLT 2800-Umrichter einen Motor stoppen. Der präzise Stopp ist ein interrupt-gesteuerter Stopp und gehört nicht zur normalen Taskliste des Mikroprozessors. Mit dem Interrupt wird ein Unterprogramm gestartet, das einen definierten Stoppzyklus ermöglicht. Der drehzahlkompensierte Stopp eignet sich für Anwendungen, die ein exaktes Anhalten an einem bestimmten Punkt unabhängig von der Drehzahl erfordern (z. B. Förderbänder). Hierbei wird das Stoppsignal intern verzögert, wenn die Drehzahl des Motors kleiner als die Nenndrehzahl ist. Die jeweilige Verzögerung errechnet sich in Abhängigkeit von der Nenndrehzahl. Bei der Zähler-Stop-Funktion kann mit einem Pulsgeber (Encoder) eine definierte Länge gefahren werden. Dadurch ist ein Zählermodul in der Steuerung oder in der SPS nicht notwendig.

Die Taktfrequenz, mit der VLT 2800 arbeitet, wird von der Temperatur des IGBT-Moduls bestimmt. Um die Motorgeräusche so niedrig wie möglich zu halten, arbeitet der Umrichter mit der höchstmöglichen Taktfrequenz. Diese reduziert sich automatisch, wenn die Temperatur im Gerät zu stark ansteigt. Dadurch senkt der Umrichter sowohl die Schaltverluste als auch die entstehende Wärme, ein sofortiges Abschalten des Wechselrichters tritt nicht ein. Diese Vorgehensweise ist von Vorteil, wenn die erhöhte Temperatur im Umrichter nur von kurzer Dauer ist. (br)

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