Was man an einem Frequenzumrichter prüft.
Ein Frequenzumrichter, auch drehzahlveränderlicher Antrieb genannt, sitzt zwischen der Stromversorgung des Schiffs und einem Wechselstrommotor und erzeugt eine Ausgangsspannung mit veränderlicher Frequenz und Höhe, die den Motor in jeder Drehzahl innerhalb seines Auslegungsbereichs laufen lässt statt nur bei der festen Drehzahl, die die Netzfrequenz vorgibt. Das ist grundsätzlich etwas anderes als ein Sanftanlasser, der allein die Spannung beim Anlaufen hochfährt und den Motor danach unmittelbar an die volle Netzfrequenz durchschaltet; ein Frequenzumrichter steuert die Drehzahl während des ganzen Betriebs und nicht nur beim Anlaufen.
Was diesen Typ definiert
Ein Frequenzumrichter, auch drehzahlveränderlicher Antrieb genannt, sitzt zwischen der Stromversorgung des Schiffs und einem Wechselstrommotor und erzeugt eine Ausgangsspannung mit veränderlicher Frequenz und Höhe, die den Motor in jeder Drehzahl innerhalb seines Auslegungsbereichs laufen lässt statt nur bei der festen Drehzahl, die die Netzfrequenz vorgibt. Das ist grundsätzlich etwas anderes als ein Sanftanlasser, der allein die Spannung beim Anlaufen hochfährt und den Motor danach unmittelbar an die volle Netzfrequenz durchschaltet; ein Frequenzumrichter steuert die Drehzahl während des ganzen Betriebs und nicht nur beim Anlaufen.
Hauptkomponenten
Gleichrichterstufe
Wandelt die ankommende Wechselspannung in Gleichspannung, üblicherweise mit einer Diodenbrücke bei Standardgeräten oder mit einer aktiven Einspeisung bei rückspeisefähigen Bauarten, die beim Bremsen Energie in das Netz des Schiffs zurückgeben können.
Zwischenkreis
Eine Kondensatorbatterie, mitunter mit einer Drossel, die die gleichgerichtete Spannung glättet und Eingangs- und Ausgangsstufe elektrisch entkoppelt.
Wechselrichterstufe
Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs), die den Zwischenkreis mit hoher Frequenz schalten, um mit Pulsweitenmodulation eine Wechselspannung veränderlicher Frequenz nachzubilden.
Steuerelektronik und Filter
Die Steuerung, die das Schaltmuster und die Schutzfunktionen führt, dazu Eingangs- und Ausgangsfilter, die nötig sind, um die in das Bordnetz zurückgespeisten Oberschwingungen zu begrenzen und Motorwicklungen und Kabel vor den Spannungsspitzen des schnellen Schaltens zu schützen.
Auswahl und Auslegung
Die Auslegung folgt Leistung und Anlaufmomentbedarf der angetriebenen Last und nicht einfach der kW-Angabe auf dem Motorschild; eine Last mit veränderlichem Moment wie eine Kreiselpumpe oder ein Lüfter braucht weit weniger Anlaufmoment als eine Last mit gleichbleibendem Moment wie eine Verdrängerpumpe oder eine Winde. Die Oberschwingungen, die der Umrichter in die Schalttafel des Schiffs zurückspeist, müssen innerhalb der Grenzen bleiben, die die Auslegung der elektrischen Anlage zulässt, und das wird zu einer wirklichen Einschränkung, wenn sich mehrere große Antriebe einen Generator teilen. Länge und Bauart des Ausgangskabels zählen ebenfalls mehr als bei einem unmittelbar am Netz laufenden Motor, denn die steilen Schaltflanken der Wechselrichterstufe können auf langen Kabelwegen Reflexionen der Spannung verursachen, wenn keine Ausgangsfilter oder besonderen Kabelbauarten eingesetzt werden.
Vorschriften und Klasse
Klassifikationsgesellschaften wenden ihre Regeln für elektrische Anlagen auf Frequenzumrichter wie auf andere Leistungselektronik an und behandeln dabei Schutzart des Gehäuses, Kühlung und die elektromagnetische Verträglichkeit mit Navigations- und Funkgeräten. Speist ein Umrichter einen Verbraucher, der für Antrieb oder Sicherheit als wesentlich eingestuft ist, gelten die Anforderungen der Klasseregeln für wesentliche Dienste an Redundanz und Fehlerverhalten, was eine Umgehungsschaltung bedeuten kann, um den Motor beim Ausfall des Umrichters unmittelbar am Netz zu betreiben.
Typische Fehler
| Fehler | Ursache | Folge |
|---|---|---|
| Störauslösungen wegen Überstrom | Kühllüfter oder Kühlkörper mit Staub oder salzhaltiger Luft zugesetzt, was zu einer thermischen Leistungsrücknahme führt | Der Antrieb steht nicht zur Verfügung, oft zeitweilig und aus dem Fehlerspeicher allein schwer zu deuten |
| Ausfall eines Kondensators im Zwischenkreis | Alterungsbedingte Verschlechterung des Kondensators, beschleunigt durch hohe Umgebungstemperatur | Vollständiger Ausfall des Umrichters, üblicherweise ohne eine Rückfallebene mit Teilfunktion |
| Schaden am Motorlager | Wellenströme aus dem hochfrequenten Schalten, ohne eine ordentliche Lagerisolierung oder Wellenerdung | Vorzeitiger Lagerschaden, ohne Zusammenhang mit mechanischer Last oder Schmierung |
| Oberschwingungen lösen andere Geräte aus | Ein zu klein bemessenes oder fehlendes Eingangsfilter für die Zahl der Antriebe an der Schalttafel | Störung empfindlicher elektronischer Geräte, die dieselbe Stromversorgung teilen |
Worauf es beim Lieferanten ankommt
- Ein Bemessungsstrom am Ausgang und eine Überlastfähigkeit, abgestimmt auf das wirkliche Anlauf- und Betriebsmoment der angetriebenen Last und nicht nur auf die Dauerleistung
- Belegte Angaben zum Oberschwingungsverhalten und zu enthaltenen Filtern, geprüft gegen die Belastbarkeit der Schalttafel des Schiffs
- Eine Schutzart des Gehäuses und eine Kühlanordnung, geeignet für Temperatur und Verschmutzungsgrad des Aufstellungsraums
- Eine Ersatzteilstrategie für genau das Leistungsmodul und die Steuerbaugruppe, denn Antriebselektronik lässt sich an Bord selten Bauteil für Bauteil instand setzen
Halten Sie für jeden Antrieb dieser Bauart einen Satz Kühllüfter an Bord — der Ausfall eines Lüfters durch Salzluft gehört zu den häufigsten Gründen, warum ein sonst gesunder Umrichter wegen Übertemperatur auslöst.