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Bekämpfen Sie die steigenden Energiekosten in diesem Winter mit einem Frequenzumrichter

Published: 15/11/2022

Bekämpfen Sie die steigenden Energiekosten in diesem Winter mit einem Frequenzumrichter

Auch wenn wir uns noch mitten in der Sommerperiode befinden – es ist doch nie zu früh, um vorauszuplanen. Angesichts der wieder einmal steigenden Energiekosten war es noch nie so wichtig, möglichst energieeffizient zu sein.

Unabhängig davon, in welcher Branche Sie tätig sind, elektronische Motoren sind inzwischen überall im Einsatz. Drehzahlvariable Antriebe (VSD – Variable Speed Drivers) sind wichtiger denn je, da sie den Energieverbrauch senken und die Betriebsabläufe durch die Regulierung der Motordrehzahl optimieren können. Im Gegensatz zu einem frequenzvariablen Antrieb (VFD – Variable Frequency Drive), also einem Frequenzumrichter, der die Motordrehzahl durch Veränderung der Spannung und der Frequenz steuert und ausschließlich für Wechselstromanwendungen eingesetzt wird, ändert der VSD die Drehzahl allein durch die Eingangsspannung sowohl bei Wechselstrom- als auch bei Gleichstrommotoren, was ihn für Prozesse mit zwei unterschiedlichen Motortypen zu einer flexibleren und praktischeren Alternative macht. Bei Wechselstrom verwenden Frequenzumrichter in der Regel eine Gleichrichterschaltung, die Wechselstrom in Gleichstrom mit der gewünschten Spannung und Stromstärke umwandelt, so dass sich der Antrieb anpassen kann. Sollte Ihr Motor eine Anwendung mit variablem Drehmoment antreiben, ist die Möglichkeit, die Drehzahl und damit den Energieverbrauch zu reduzieren, unerlässlich. Ohne diese zusätzliche Steuerebene bleibt Ihnen nur die Möglichkeit, den Motor bei voller Drehzahl einzuschalten oder ihn ganz auszuschalten.

Laut The Carbon Trust, einem Unternehmen, das Lösungen für die Klimakrise bietet, sind Elektromotoren für bis zu 40 % des weltweiten Stromverbrauchs verantwortlich. Die Vorteile eines Frequenzumrichters gehen also weit über finanzielle Einsparungen hinaus und tragen dazu bei, Ihren ökologischen Fußabdruck zu reduzieren.

Frequenzumrichter sind in der Lage, den Energieverbrauch in den unterschiedlichsten Branchen zu senken. Die gebräuchlichsten Drehmomentklassen sind:

Der Drehmomentbedarf steigt proportional zur Geschwindigkeit.

Erfordert ein Startdrehmoment, das dem Nenndrehmoment des Motors nahezu entspricht. Hier kann das Tempo in einem großen Bereich variieren, das Drehmoment bleibt aber (weitestgehend) konstant.

Der Drehmomentanstieg erfolgt deutlich schneller als der Drehzahlanstieg. Bei doppelter Drehzahl vervierfacht sich das Drehmoment.

In den drei oben genannten Beispielen sind die Energieeinsparungen am größten, wenn variable Drehmomentlasten vorhanden sind. Bei einer Reduzierung der Motordrehzahl um 20 % können im Allgemeinen Einsparungen von etwa 48 % erzielt werden. Diese Theorie ist gemeinhin als Quadratwürfelgesetz bekannt. Allerdings sollten Sie sich von diesem hohen Prozentsatz nicht täuschen lassen und auch andere Faktoren wie z.B. statische Verluste und Reibungsverluste berücksichtigen. Wie das Ergebnis ausfällt, hängt ganz von Ihrer Anwendung ab. Ein Ventilator oder eine Pumpe beispielsweise arbeitet in der Regel intermittierend und braucht nicht kontinuierlich die volle Drehzahl. Ein Frequenzumrichter kann daher die Motordrehzahl an die Anforderungen der Anwendung anpassen, was zu erheblichen Energieeinsparungen führt.

Außerdem kann die Größe Ihres Motors einen erheblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit haben. Möchten Sie das Meiste aus Ihrem Geld herausholen, können Sie durch die Verwendung eines kleineren Motors und dessen Kombination mit einem Frequenzumrichter nachweislich langfristig mehr Geld sparen. Der Motor ist in diesem Fall in der Lage, sich bei normalem Betrieb selbst zu versorgen, und bei Lastspitzen springt der FU ein und erhöht die Leistung, sodass eine konstante Hochleistungsstromversorgung überflüssig wird. Ein Frequenzumrichter ist nicht auf einen einzigen Motor beschränkt. Er verfügt über integrierte Sensoren zur Überwachung der Betriebseffizienz und kann an mehrere Motoren angeschlossen werden, was bei korrekter Installation zu Einsparungen in der gesamten Anlage führt. Häufig wird für VSD-Anwendungen ein neuer Motor empfohlen, und obwohl das angesichts der verbesserten Belüftung sinnvoll erscheint, ist die Anschaffung eines neuen Motors zusätzlich zum Frequenzumrichter finanziell betrachtet nicht unbedingt empfehlenswert. Die Lebensdauer vorhandener Motoren lässt sich durch die richtige Installation des Frequenzumrichters verlängern.

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Die Anschaffungskosten eines Frequenzumrichters im Vergleich zu den Energieeinsparungen

Die entscheidende Frage ist: Überwiegen die Vorteile, wenn man sie gegen das erforderliche Anschaffungskapital für einen Frequenzumrichter abwägt?


Um maximale Einsparungen zu erzielen, muss der richtige Frequenzumrichter für Ihre Anwendung ausgewählt werden. Falls Sie Hilfe bei der Entscheidungsfindung benötigen, klicken Sie hier und erfahren Sie, wie Sie einen Frequenzumrichter in Ihren Betrieb einbinden können.

Nachdem Sie sich für einen geeigneten Umrichter entschieden haben, sollten Sie weitere Kostenfaktoren berücksichtigen, bevor Sie den Sprung in die Industrieautomation wagen. Je nach Antriebsspannung sind unterschiedliche Kabelgrößen erforderlich. Hat Ihr Umrichter beispielsweise eine Niederspannung (NS), werden mehr Kabel pro Phase benötigt, da er mehr Strom verbraucht als sein Gegenstück mit Mittelspannung (MS), wodurch sich Ihre Kosten für die Installation erhöhen. Im Gegensatz dazu erfordert ein Mittelspannungsumrichter keine derartig großen Kabel und Schaltschränke, was die Investitionskosten für die erfolgreiche Implementierung eines Frequenzumrichters reduziert. Berücksichtigen Sie bei der Kalkulation der Verkabelung auch den Installationsort, denn dieser bestimmt die erforderliche Kabellänge und ob Sie einen Ausgangsfilter benötigen, damit Spannungsspitzen die Lebensdauer Ihres Motors nicht beeinträchtigen.

Auch die Qualität der Stromversorgung ist bei der Installation Ihres Umrichters von entscheidender Bedeutung. Die Stromversorgung sollte konstant und ohne Unterbrechungen sein und innerhalb der vom Motorhersteller angegebenen Spannungs- und Frequenztoleranzen liegen. Kommt es zu Unterbrechungen, ist dies ein klares Anzeichen für eine schlechte Netzqualität. Da Spannungsabfälle einer der Hauptgründe für Betriebsstörungen sind, besteht die Gefahr, dass die Vernachlässigung dieser Probleme zu längeren ungeplanten Ausfallzeiten führt. Allerdings sind auch Oberschwingungen ein nennenswerter Übeltäter.

In der Studie Load Harmonics Analysis and Mitigation (zu deutsch: Analyse und Minderung von Oberschwingungen) von Liang und Adedun wurde festgestellt, dass „25 % der Kosten für Oberschwingungen auf die Geräte zurückzuführen sind, und zwar entweder in Form von Schadensfällen oder zusätzlicher Wartung.“

Fazit: Eine Analyse der Oberschwingungsbelastung ist unerlässlich, um die Lebensdauer Ihrer Geräte zu verlängern, insbesondere wenn neue Geräte in ein bestehendes System integriert werden. Besonderes Augenmerk sollte auf Frequenzumrichter mit niedriger Spannung gelegt werden, im Gegensatz zu Frequenzumrichtern mit mittlerer Spannung, die mit einer Gleichrichterkonfiguration arbeiten. Während Mittelspannungsantriebe früher als kostspieliger galten, können wir inzwischen beobachten, dass die Kosten aufgrund der zunehmenden Beliebtheit dieser Geräte sinken. Dank der geringeren Verkabelungskosten, der höheren Oberschwingungsstabilität und des eingebauten Transformators haben sich Mittelspannungslösungen zu einem Spitzenreiter bei der Auswahl von Frequenzumrichtern entwickelt.


Abschließend sollten Sie sicherstellen, dass Ihr Frequenzumrichter richtig eingestellt ist. Durch Abklemmen der Motorlast, Überprüfung der Verkabelung und der Parameter wie Nennstrom, Nenndrehzahl usw. können Sie Ihren Energieaufwand minimieren.

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