Ein Frequenzumrichter ist ein elektronisches oder elektromechanisches Gerät, das Wechselstrom einer Frequenz in Wechselstrom einer anderen Frequenz umwandelt . Das Gerät kann auch die Spannung ändern ; dies ist jedoch für seinen Hauptzweck nebensächlich, da die Spannungsumwandlung von Wechselstrom wesentlich einfacher zu realisieren ist als die Frequenzumwandlung.
Traditionell handelte es sich dabei um elektromechanische Maschinen, sogenannte Motor-Generator -Sätze. [ 1 ] Auch Quecksilberdampfgleichrichter oder Elektronenröhren kamen zum Einsatz. Mit dem Aufkommen der Halbleiterelektronik ist es möglich geworden, vollständig elektronische Frequenzumrichter zu bauen. Diese bestehen üblicherweise aus einer Gleichrichterstufe ( die Gleichstrom erzeugt ), deren Strom anschließend invertiert wird, um Wechselstrom mit der gewünschten Frequenz zu erzeugen. Der Wechselrichter kann Thyristoren , IGCTs oder IGBTs verwenden . Soll eine Spannungswandlung erfolgen, wird üblicherweise ein Transformator in die Wechselstrom-Eingangs- oder Ausgangsschaltung integriert. Dieser Transformator kann auch eine galvanische Trennung zwischen den Wechselstromkreisen gewährleisten. Um die Funktionsfähigkeit des Umrichters bei kurzzeitigen Ausfällen der Eingangsspannung zu verbessern, kann der Gleichstromschaltung eine Batterie hinzugefügt werden.
Frequenzumrichter unterscheiden sich in ihrer Belastbarkeit von wenigen Watt bis zu Megawatt.
Anwendungen
Frequenzumrichter werden eingesetzt, um Wechselstrom in großen Mengen von einer Frequenz in eine andere umzuwandeln, wenn zwei benachbarte Stromnetze mit unterschiedlichen Netzfrequenzen arbeiten .
Ein Frequenzumrichter (FU) dient zur Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren, wie sie beispielsweise in Pumpen und Ventilatoren eingesetzt werden. Die Drehzahl eines Synchron- oder Induktionsmotors hängt von der Frequenz der Wechselstromversorgung ab. Durch Ändern der Frequenz lässt sich die Motordrehzahl anpassen. Dadurch kann die Leistung von Ventilatoren oder Pumpen an die Prozessbedingungen angepasst und somit Energie eingespart werden.
Ein Zyklokonverter ist ebenfalls ein Frequenzumrichter. Im Gegensatz zu einem Frequenzumrichter, der als indirekter Frequenzumrichter fungiert, da er eine AC/DC- und anschließend eine DC/AC-Stufe verwendet, ist ein Zyklokonverter ein direkter Frequenzumrichter, da er keine Zwischenstufen benötigt. Ein Zyklokonverter kann an seinem Ausgang nur eine niedrigere Frequenz bereitstellen.
Eine weitere Anwendung findet sich in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Flugzeuge benötigen häufig 400-Hz-Strom, weshalb für die Bodenstromversorgung, die das Flugzeug am Boden mit Strom versorgt, ein Frequenzumrichter von 50 Hz oder 60 Hz auf 400 Hz erforderlich ist. Fluggesellschaften nutzen diese Umrichter unter Umständen auch, um Passagieren Bordstrom für Laptops und ähnliche Geräte bereitzustellen. Funk- und Waffensysteme auf Kriegsschiffen der Marine werden oft ebenfalls mit 400 Hz betrieben, um das Rauschen im Gleichstromsignal nach der Gleichrichtung zu reduzieren.
In Systemen für erneuerbare Energien sind Frequenzumrichter ein wesentlicher Bestandteil von doppelt gespeisten Induktionsgeneratoren ( DFIGs ), wie sie in modernen Windkraftanlagen der Multi-Megawatt-Klasse eingesetzt werden. [ 2 ]
Ein Hochspannungs-Gleichstromsystem kann als Frequenzumrichter für große Lasten dienen.
Alternative Verwendungsmöglichkeiten
Der Begriff Frequenzumsetzer kann auch eine deutlich leistungsschwächere Schaltung bezeichnen, die Hochfrequenzsignale von einer Frequenz in eine andere umwandelt , insbesondere in einem Überlagerungsempfänger . Siehe auch Frequenzmischer . Die Schaltung besteht üblicherweise aus einem Lokaloszillator und einem Frequenzmischer (Analogmultiplizierer), der aus dem Eingangssignal und dem Lokaloszillator Summen- und Differenzfrequenzen erzeugt. Eine dieser Frequenzen (die Zwischenfrequenz ) wird zur weiteren Verstärkung benötigt, während die anderen herausgefiltert werden . Dasselbe Ergebnis wurde historisch mit dem Pentagrid-Umsetzer oder einer Triode und Hexode in einer einzigen Röhre erzielt , lässt sich aber in Transistorradios kostengünstig durch einen einzelnen Transistor als selbstschwingenden Mischer realisieren .
Siehe auch
Referenzen
- ^ Blalock, Thomas J., „ Die Ära der Frequenzumwandler: Systeme mit unterschiedlichen Zyklen verbinden “ , archiviert am 07.06.2007 in der Wayback Machine . Die Geschichte verschiedener Frequenzen und Umwandlungsverfahren in den USA zu Beginn des 20. Jahrhunderts.
- ^ Renewable Energy World (Mai 2008), „ Begeistert von der Stromqualität “
