Frequenzumrichter
Durch Frequenzumrichter können Wechselstromlüfter stufenlos geregelt werden. Welche Unterschiede gibt es mit Trafo-Drehzahlreglern und elektronischen Drehzahlreglern? Um die Motorspannung und -frequenz zu regulieren, verwendet ein Frequenzumrichter eine IGBT-Technologie namens Pulsweitenmodulation (PWM). PWM sorgt für eine nahezu perfekt sinusförmige Motorspannung und eine außergewöhnlich leise Motorsteuerung unter allen Umständen. Je nach Konfiguration kann der Frequenzumrichter auch äußerst leise arbeiten.
Ein Frequenzumrichter kann bei anderen Geräten, die an dasselbe Stromnetz angeschlossen sind, EMV-Störungen verursachen, da er häufig von Gleichstrom auf Wechselstrom umschaltet. Um diese Belastung der EMV zu reduzieren, wurden spezielle Filter entwickelt, die teuer sind.Im Vergleich zu anderen Drehzahlreglern sind Frequenzumrichter aufgrund ihrer Komplexität auch mit hohen Konfigurationskosten verbunden. Kurz gesagt, Frequenzumrichter sind teurer als elektronische Drehzahlregler, komplizierter zu konfigurieren und erfordern möglicherweise zusätzliche Werkzeuge, aber sie bieten eine sehr präzise Motorsteuerung. Diese Drehzahlregler verbrauchen sehr wenig Energie und können hohe Motorströme regulieren.
Die gewünschte Motordrehzahl kann über die im Gerät selbst integrierten Bedienelemente (Potentiometer oder Drucktasten) eingestellt werden. Es ist auch möglich, die Motordrehzahl aus der Ferne über Modbus RTU oder ein analoges Steuersignal (z.B. 0-10 Volt Signal) einzustellen.
Was ist ein Elektromotor?
Um zu beginnen, definieren wir einen Elektromotor als eine Maschine, die in der Lage ist, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Das Drehmoment entsteht, wenn ein Magnetfeld und elektrischer Strom in einer Spule (Motorwicklung) zusammenwirken. Ein Motor hat einen statischen Teil, den Stator, und einen beweglichen Teil, den Rotor. Die meisten herkömmlichen Wechselstrommotoren haben Statoren, die die Motorwicklungen (Spulen) enthalten. Ein rotierendes Magnetfeld wird durch den Stromfluss durch die Statorwicklungen erzeugt. Das rotierende Magnetfeld des Stators folgt dem des Rotors. Diese Idee führt zum Drehen eines Elektromotors.
In der Regel haben Asynchronmotoren einen Käfigläufer. Das Faradaysche Induktionsgesetz verursacht Ströme in den Rotorwicklungen durch das magnetische Statorfeld. Das Magnetfeld des Rotors wird durch diese elektrischen Ströme in den Rotorwicklungen gebildet. In der Regel haben synchrone Motoren einen Rotor mit permanenten Magneten. In diesem Szenario folgen die Dauermagnete dem beweglichen Statorfeld.
Thermischer Schutz für Wechselstrommotoren
Ein Wechselstrommotor ist ein robustes Gerät mit einer langen Lebensdauer. Es gibt jedoch Risiken beim Betrieb eines Wechselstrommotors bei niedriger Drehzahl über einen längeren Zeitraum. Der Motor kühlt bei niedriger Drehzahl nicht so stark ab. Es besteht die Möglichkeit, dass die Motorwicklungen überhitzt werden, was die Isolierung beeinträchtigt. Es besteht die Möglichkeit, dass elektrische Fehler, Kurzschlüsse und letztendlich der Motor ausfällt. Der Schutz des Motors vor Überhitzung ist entscheidend, um einen Motorausfall zu verhindern. Zu diesem Zweck sind zahlreiche Wechselstrommotoren mit Thermokontakten (auch TK genannt) ausgestattet. Die Temperatur in den Motorwicklungen wird durch diese Thermokontakte gemessen. Die TK-Kontakte öffnen sich, wenn der Motor überhitzt ist.
Einige Drehzahlregler bieten durch ihre TK-Überwachungsfunktion einen zusätzlichen Schutz vor Überhitzung, der den Motor bei Überhitzung abschaltet, um Motorschäden zu verhindern. Der Alarmausgang wird gleichzeitig aktiviert, um ein Motorproblem anzuzeigen.
Warum ist es notwendig, die Drehzahl zu regeln?
Ein Motor mit voller Drehzahl ist laut, verbraucht viel Energie, kostet Geld und verschlechtert die Wärmeverluste. Wenn wir die Ventilatordrehzahl verringern macht der Motor weniger Lärm und verbraucht weniger Energie, was die Betriebskosten des Lüftungssystems senkt. Das Ziel ist es, den Komfort der Bewohner zu verbessern. Warum sollten wir nicht einfach einen kleineren Motor kaufen? Wenn sich z.B. eine große Menschenmenge in einem Raum befindet, muss ein Motor voll ausgelastet sein. Wenn die Temperatur oder die relative Luftfeuchtigkeit im Raum zu stark von der Außentemperatur abweicht, muss der Motor auch schneller laufen. Mit anderen Worten: Die Motor- und Ventilatordrehzahlen müssen angepasst werden, um die Luftqualität im Innenraum zu kontrollieren.
Energieeinsparung - Ein weiterer Vorteil der Drehzahlregelung ist die Energieeinsparung. Würden wir die Drehzahl nicht regeln, sondern den Motor mit voller Drehzahl laufen lassen, wäre sicherlich eine ausreichende Frischluftzufuhr gewährleistet. Aber schon eine geringfügige Verringerung der Drehzahl hat einen großen Einfluss auf den Stromverbrauch des Ventilators. Ein typischer HVAC-Ventilator folgt einer quadratischen Drehmomentkurve. Je nach Motortyp entspricht eine Reduzierung des Luftvolumenstroms um 25 % einem um 50 % geringeren Energieverbrauch. Darüber hinaus führt ein geringerer Luftvolumenstrom auch zu einem leiseren Betrieb.
Längere Lebensdauer - Wenn der Luftvolumenstrom reduziert wird, halten Luftfilter länger. Das ist logisch, da das Risiko einer Verschmutzung der Filter steigt, je mehr Luft durch die Filter strömt. Ein reduzierter Luftvolumenstrom verlängert die Lebensdauer der mechanischen Komponenten des Ventilators. Durch diese verlängerten Wartungsintervalle werden die Betriebs- und Gesamtkosten über die Lebensdauer reduziert.
Minimierung von Wärmeverlusten – Abgezogene warme Raumluft wird in kälteren und gemäßigten Klimazonen durch frische Luft ersetzt, die viel kälter sein kann. Das bedeutet, dass wir mehr Energie für die Heizung beim Lüften aufwenden müssen. Um diese Wärmeverluste zu reduzieren, verfügen moderne Lüftungsanlagen über einen Wärmetauscher. Trotzdem kann die Reduzierung der Drehzahl zusätzliche Energie sparen. Durch Messungen der Luftqualität im Innenraum kann die Drehzahl kontinuierlich optimiert werden, während die Luftqualität gewährleistet ist.