Was man an einem Frequenzumrichter / VFD prüft.
Ein Direktstarter oder ein Stern-Dreieck-Starter gibt einem Motor im Grunde eine einzige Betriebsdrehzahl: volle Drehzahl, stromab gedrosselt von Ventil, Klappe oder Steigungsverstellung. Ein VFD richtet den eingehenden AC stattdessen zu DC gleich und wandelt ihn dann mit veränderlicher Frequenz zurück in AC, sodass der Motor selbst mit der Drehzahl läuft, die der Prozess wirklich braucht. An einer Ballastpumpe, einer Kühlwasserpumpe oder einem Lüfter im Maschinenraum senkt das den Energieverbrauch deutlich gegenüber dem Drosseln einer Pumpe mit fester Drehzahl, und es mildert außerdem den Anlaufstrom, was bei der begrenzten Generatorleistung eines…
Was einen VFD ausmacht
Ein Direktstarter oder ein Stern-Dreieck-Starter gibt einem Motor im Grunde eine einzige Betriebsdrehzahl: volle Drehzahl, stromab gedrosselt von Ventil, Klappe oder Steigungsverstellung. Ein VFD richtet den eingehenden AC stattdessen zu DC gleich und wandelt ihn dann mit veränderlicher Frequenz zurück in AC, sodass der Motor selbst mit der Drehzahl läuft, die der Prozess wirklich braucht. An einer Ballastpumpe, einer Kühlwasserpumpe oder einem Lüfter im Maschinenraum senkt das den Energieverbrauch deutlich gegenüber dem Drosseln einer Pumpe mit fester Drehzahl, und es mildert außerdem den Anlaufstrom, was bei der begrenzten Generatorleistung eines Schiffs zählt. Der Tausch ist ein aufwendigeres, elektroniklastiges Gerät, das Oberschwingungen einträgt und eigene Kühlung und Filterung braucht.
Hauptkomponenten
Gleichrichterstufe
Wandelt den eingehenden dreiphasigen AC in DC, meist mit einer Diodenbrücke oder, bei rückspeisefähigen Geräten, mit einer aktiven Eingangsstufe, die beim Bremsen Energie ins Netz zurückgeben kann.
DC-Zwischenkreis und Kondensatoren
Glättet die gleichgerichtete Spannung; die Elektrolyt- oder Folienkondensatoren hier sind ein bekanntes Verschleißteil und mit dem Alter eine häufige Ursache für den Ausfall des Umrichters.
Wechselrichterstufe (IGBTs)
Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode schalten den DC-Zwischenkreis mit hoher Frequenz und bilden über eine Pulsweitenmodulation einen AC-Abgang veränderlicher Frequenz zum Motor.
Steuerkarte und Kühlung
Führt den Schaltalgorithmus, die Schutzfunktionen des Motors und die Schnittstellen zur Verständigung und verlässt sich auf eine Kühlung über Lüfter oder Kühlkörper, die in einem heißen Maschinenraum frei bleiben muss.
Ausgangsfilter
Auf längeren Kabelstrecken mindert ein Ausgangsfilter die Spannungsreflexion und die Belastung durch dv/dt an den Motorwicklungen, die sonst die Lebensdauer der Isolierung verkürzt.
Auswahl und Auslegung
- Bemessungsleistung: auf die kW des Motors abgestimmt, mit Reserve für die wirkliche Lastkurve, denn Pumpen und Lüfter haben ganz andere Verläufe von Moment über Drehzahl als Winden oder Strahlruder.
- Spannungsklasse: auf die Verteilungsspannung des Schiffs abgestimmt und für die Oberschwingungsumgebung eines Bordgenerators eingestuft und nicht für ein unendlich starres Netz an Land.
- Überlastfähigkeit: die kurzzeitige Überlastbarkeit zählt bei Verbrauchern wie Strahlrudern, die Momentspitzen brauchen.
- Schutzart des Gehäuses: Einbauten im Maschinenraum brauchen Schutz gegen Staub und Feuchtigkeit; manche Umrichter stehen stattdessen in eigenen belüfteten Schalttafelräumen.
Vorschriften und Klasse
Die Klassifikationsgesellschaften verlangen für VFD in wesentlichen Diensten eine Typzulassung, und die in das Bordnetz zurückgespeisten Oberschwingungen werden gegen die Klasseregeln zur Spannungsqualität geprüft, denn mehrere Umrichter an einem Generator können die Versorgung so weit verzerren, dass andere Geräte betroffen sind. Umrichter in wesentlichen Diensten wie Pumpen im Umfeld der Ruderanlage oder Feuerlöschpumpen unterliegen zusätzlichen Anforderungen an Redundanz und Verhalten im Fehlerfall nach den von SOLAS getragenen Klasseregeln für wesentliche Dienste und Notdienste.
Typische Fehler
| Fehler | Folge |
|---|---|
| Alterung der Kondensatoren im DC-Zwischenkreis durch Zeit und Wärme | Der Umrichter löst wegen Unterspannung aus oder fällt ganz aus, oft ohne Vorwarnung |
| Ausfall des Kühllüfters oder ein zugesetzter Kühlkörper | Auslösen wegen Übertemperatur unter Last, verkürzte Lebensdauer der Leistungselektronik |
| Schlechte Schirmung oder Erdung der Kabel | Elektromagnetische Störungen, die Messtechnik und Verständigung in der Nähe beeinträchtigen |
| Nicht gefilterte Oberschwingungen an einem stark belasteten Generator | Spannungsverzerrung, die andere angeschlossene Geräte beeinträchtigt |
Worauf es beim Lieferanten ankommt
- Eine Bescheinigung der Typzulassung der Klasse, die auf genau dieses Modell und diese Bemessung passt.
- Belegte Werte zum Verhalten bei Oberschwingungen und, wo nötig, eine passende Filterung am Eingang.
- Service und Ersatzteile vor Ort, denn auf einen ausgefallenen Umrichter an einer wesentlichen Pumpe wartet man nicht wochenlang.
- Klare Vorgaben zu Kabellänge und Filterung für die wirkliche Motorstrecke an Bord.
Schreiben Sie die Fehlercodes des Umrichters und den Verlauf der DC-Zwischenkreisspannung mit, statt nach einer Auslösung bloß zurückzusetzen — eine schwächelnde Kondensatorbank meldet sich wochenlang mit warnenden Auslösungen, bevor sie ganz ausfällt.