Leitfaden zum Pumpenantrieb mit Frequenzumrichter: So steuern Sie Industriepumpen mit einem Frequenzumrichter

Industrielle Pumpensysteme arbeiten selten den ganzen Tag über unter ein und denselben idealen Betriebsbedingungen. Eine Wasserversorgungspumpe benötigt möglicherweise während der Spitzenlastzeiten einen hohen Durchfluss und in ruhigen Phasen einen deutlich geringeren Durchfluss. Eine Kühlwasserpumpe benötigt im Sommer und Winter möglicherweise unterschiedliche Durchflussmengen. Eine Druckerhöhungspumpe muss den Druck möglicherweise bei steigendem und fallendem Bedarf aufrechterhalten. Eine Prozesspumpe benötigt möglicherweise eine stabilere Regelung, als ein einfacher Ein-Aus-Starter bieten kann.

Hier kommt ein Frequenzumrichter für den Pumpenantrieb zum Einsatz.

A VFD, auch als Frequenzumrichter bezeichnet, regelt die Drehzahl eines Wechselstrommotors, indem er die dem Motor zugeführte Frequenz und Spannung verändert. Da die Motordrehzahl von der Netzfrequenz abhängt, kann der Umrichter die Pumpendrehzahl je nach Prozessbedarf erhöhen oder verringern. Anstatt den Motor mit voller Drehzahl laufen zu lassen und den Durchfluss über Ventile zu drosseln, ermöglicht ein Frequenzumrichter einen Betrieb der Pumpe, der näher am tatsächlichen Bedarf liegt.

Für Käufer ist dies nicht nur eine technische Frage. Es wirkt sich auf den Energieverbrauch, die Belastung der Anlagen, die Druckstabilität, die Wartungsplanung und die Genauigkeit des Angebots aus. Ein richtig ausgewählter Frequenzumrichter kann die Steuerung eines Pumpensystems vereinfachen. Ein falsch ausgewählter Frequenzumrichter kann zu Abschaltungen, Überhitzung, Druckschwankungen oder unnötigen Kosten führen.

In diesem Leitfaden wird erläutert, wie Frequenzumrichter bei Industriepumpen eingesetzt werden, wann sie sinnvoll sind, wie man sie auswählt und welche Informationen ZHENGXI Electric benötigt, um einen geeigneten Umrichter zu empfehlen.

Warum in Pumpensystemen Frequenzumrichter zum Einsatz kommen

Viele Pumpensysteme sind für den maximal zu erwartenden Bedarf ausgelegt. Im tatsächlichen Betrieb liegt der Bedarf jedoch möglicherweise über weite Zeiträume unter dem Maximalbedarf. Wird die Pumpe ausschließlich über Direktstart, Stern-Dreieck-Start oder einen einfachen Schütz gesteuert, läuft der Motor normalerweise bei voller Drehzahl, sobald er in Betrieb ist.

Zu den herkömmlichen Methoden der Durchflussregelung zählen Drosselventile, Bypassleitungen, Klappen sowie das Ein- und Ausschalten von Pumpen. Diese Methoden können zwar funktionieren, führen jedoch möglicherweise zu Energieverschwendung, Druckschwankungen oder erhöhtem mechanischem Verschleiß. Ein Frequenzumrichter bietet dem System eine weitere Regelungsmöglichkeit: die Anpassung der Motordrehzahl.

Bei Kreiselpumpen ist dies besonders wichtig, da sich die Förderleistung der Pumpe mit der Drehzahl ändert. Generell gilt:

• Der Durchfluss ändert sich in etwa proportional zur Pumpendrehzahl.
• Die Förderhöhe ändert sich in etwa proportional zum Quadrat der Pumpendrehzahl.
• Der Leistungsbedarf ändert sich in etwa proportional zur dritten Potenz der Pumpendrehzahl.

Diese Zusammenhänge werden oft als Pumpen-Affinitätsgesetze bezeichnet. Sie helfen zu verstehen, warum eine Drehzahlreduzierung den Leistungsbedarf in Zentrifugalpumpensystemen mit variablem Durchfluss senken kann. Die tatsächlichen Ergebnisse hängen von der Gesamtkurve des Systems, der statischen Förderhöhe, der Rohrreibung, dem Wirkungsgrad der Pumpe und dem Betriebspunkt ab; daher sollte der Antrieb als Teil des gesamten Pumpensystems ausgewählt werden.

Häufige Pumpenanwendungen für Frequenzumrichter

Frequenzumrichter finden breite Anwendung in Pumpensystemen, bei denen sich Durchfluss, Druck oder Prozessanforderungen ändern. Am häufigsten kommen sie bei Kreiselpumpen, Ventilatoren und anderen Lasten mit variablem Drehmoment zum Einsatz.

Anmeldung	Warum wird ein Frequenzumrichter eingesetzt?	Typischer Vorteil für den Käufer
Druckerhöhungspumpen für Wasser	Hält den Druck aufrecht, wenn sich die Nachfrage ändert	Stabilerer Druck und ruhigerer Betrieb
Kaltwasserpumpen für HLK-Anlagen	Passt den Wasserdurchfluss an die Gebäudebelastung an	Bessere Systemsteuerung und weniger unnötiger Betrieb
Kühlwasserpumpen	Passt den Kühlstrom an den Prozessbedarf an	Stabilere Prozesstemperatur
Bewässerungspumpen	Steuert den Durchfluss für verschiedene Zonen	Einfachere Bedienung und weniger Wasserschlag
Abwasserpumpen	Reagiert auf schwankende Zuflüsse	Weniger harte Anläufe und eine bessere Niveauregelung
Prozesspumpen	Regelt den Durchfluss oder den Druck in der Produktion	Verbesserte Prozesskonsistenz
Hilfssysteme für Feuerlöschpumpen	Steuert die Hilfs-Pumpen für den Nicht-Notfallbetrieb	Besseres Druckmanagement, soweit dies aufgrund der Systemauslegung möglich ist

Nicht jede Pumpe benötigt einen Frequenzumrichter. Wenn die Pumpe an einem festen Betriebspunkt läuft, nur gelegentlich anläuft und keine Drehzahlregelung benötigt, ist eine Softstarter Oder vielleicht ist ein Standard-Starter praktischer. Die Anwendung sollte das Produkt bestimmen, nicht umgekehrt.

Wie ein Frequenzumrichter eine Pumpe steuert

Ein Frequenzumrichter wandelt den eingehenden Wechselstrom intern in Gleichstrom um und erzeugt dann mithilfe von Leistungselektronik einen geregelten Wechselstromausgang für den Motor. Durch Änderung der Ausgangsfrequenz regelt der Frequenzumrichter die Motordrehzahl. Indem er die Spannung in Abhängigkeit von der Frequenz steuert, sorgt er dafür, dass der Motor innerhalb eines nutzbaren Drehmomentbereichs arbeitet.

In einem Pumpensystem kann der Frequenzumrichter auf verschiedene Weise gesteuert werden:

• Manuelle Geschwindigkeitseinstellung über die Tastatur.
• Analogsignal von einem Drucksensor, Durchflussmesser oder Füllstandsmessumformer.
• PID-Regelung im Frequenzumrichter zur Aufrechterhaltung von Druck oder Durchfluss.
• Digitale Signale von Schaltern oder Relais.
• Kommunikation mit einer SPS oder einem Gebäudemanagementsystem.

In einem Druckerhöhungssystem beispielsweise sendet ein Drucksensor Rückmeldungen an den Frequenzumrichter. Sinkt der Druck unter den Sollwert, erhöht der Umrichter die Motordrehzahl. Steigt der Druck über den Sollwert, verringert der Umrichter die Drehzahl. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Druckregelung als das wiederholte Starten und Stoppen des Motors.

Bei einer Kühlwasserpumpe kann ein Temperaturregler oder eine SPS die Antriebsdrehzahl entsprechend der Prozesstemperatur anpassen. Bei einer Tankbefüllungsanlage kann ein Füllstandssensor den Pumpenbetrieb steuern.

Vorteile des Frequenzumrichter-Pumpenantriebs

1. Drehzahlregelung bei variablem Bedarf

Der Hauptvorteil liegt in der Drehzahlregelung. Anstatt die Pumpe auf eine feste Drehzahl festzulegen, ermöglicht der Frequenzumrichter dem System, die Förderleistung an den Bedarf anzupassen. Dies ist besonders wichtig für Pumpen in Gebäuden, in industriellen Prozessen, in Wasserversorgungssystemen und in Bewässerungsnetzen.

2. Geringerer Startstress

Ein Frequenzumrichter kann den Motor durch Steuerung der Beschleunigungszeit schrittweise anlaufen lassen. Dadurch werden mechanische Stöße an Kupplungen, Riemen, Wellen, Pumpenlaufrädern und Rohrleitungssystemen reduziert. Außerdem kann im Vergleich zum Direktstart die elektrische Belastung verringert werden.

3. Stabilerer Druck oder Durchfluss

In Verbindung mit Sensoren und den richtigen Parametern kann ein Frequenzumrichter den Druck oder Durchfluss gleichmäßiger aufrechterhalten. Dies ist nützlich für Druckerhöhungsanlagen, Kühlkreisläufe und Prozessleitungen, in denen Druckschwankungen die Anlagen oder die Produktionsqualität beeinträchtigen können.

4. Mögliche Energieeinsparungen

In Zentrifugalpumpensystemen mit schwankendem Bedarf kann eine Drehzahlreduzierung den Energiebedarf senken. Die Energieeinsparungen sind anwendungsspezifisch und sollten nicht versprochen werden, ohne zuvor den Arbeitszyklus, die Betriebsstunden, die Pumpenkennlinie und die Systemkennlinie zu prüfen. Dennoch ist dies einer der Hauptgründe, warum Käufer eine Pumpensteuerung mit Frequenzumrichter in Betracht ziehen.

5. Bessere Systemautomatisierung

Frequenzumrichter lassen sich mit SPSen, Drucksensoren, Füllstandsschaltern und Gebäudemanagementsystemen integrieren. Dadurch eignen sie sich für automatisierte Pumpenanlagen und industrielle Schaltanlagen.

Wann ein Frequenzumrichter möglicherweise nicht die beste Wahl ist

Ein Frequenzumrichter ist nicht immer erforderlich. Bei einer Pumpe mit fester Drehzahl und stabilem Bedarf rechtfertigen die zusätzlichen Kosten und der höhere Aufwand möglicherweise nicht den Einsatz eines Frequenzumrichters. Ein einfacher Anlasser oder Sanftanlasser kann ausreichen, wenn lediglich der Anlaufstrom oder mechanische Stöße zu berücksichtigen sind.

Verdrängerpumpen erfordern eine sorgfältige Prüfung. Eine Drehzahlreduzierung kann sich auf die Schmierung, den Mindestdurchfluss, die Dosiergenauigkeit oder die Prozesssicherheit auswirken. Einige Pumpen benötigen zudem eine Mindestkühlung oder einen Mindestdruck, um sicher zu arbeiten. Sowohl der Pumpenhersteller als auch der Antriebslieferant sollten konsultiert werden.

Lange Motorkabelstrecken, Pumpstationen im Außenbereich, feuchte Umgebungen und eine schlechte Netzqualität können ebenfalls zusätzliche Planungsmaßnahmen erforderlich machen. Diese Faktoren schließen den Einsatz von Frequenzumrichtern zwar nicht aus, wirken sich jedoch auf die Auswahl und die Installation aus.

Leitfaden zur Auswahl von Frequenzumrichter-Pumpenantrieben

Checkliste für das Angebot zu VFD-Pumpenantrieben

Bitte senden Sie die folgenden Informationen an ZHENGXI Electric, damit wir Ihnen eine genauere Empfehlung geben können:

Informationen	Warum das wichtig ist
Motorleistung und Nennstrom	Bestimmt die Antriebsgröße und die Überlastfähigkeit
Motorspannung und Phase	Bestätigt die Kompatibilität der Ausgabe
Eingangsspannung	Überprüft, ob die Eingangsspannung des Antriebs mit der Netzspannung vor Ort übereinstimmt
Pumpentyp	Beeinflusst die Anforderungen an Drehmoment und Regelung
Flüssigkeit oder Medium	Hilft dabei, Umwelt- und Belastungsprobleme zu erkennen
Durchfluss- und Druckbereich	Unterstützt die korrekte Auslegung von Regelkreisen
Kontrollmethode	Ermittelt den Bedarf an Sensoren, PID-Reglern, SPS oder Kommunikationskomponenten
Kabelänge	Beeinflusst die Auswahl von Kabeln, Drosseln und Filtern
Installationsumgebung	Hat Auswirkungen auf das Gehäuse und die Kühlung
Mengen- und Projektmarkt	Unterstützung bei der Angebotserstellung, Dokumentation und beim OEM-Support

Häufig zu vermeidende Fehler

Der erste Fehler besteht darin, einen Frequenzumrichter ausschließlich anhand der Motorleistung (HP) auszuwählen. Auch die Nennstromstärke, die Überlastanforderung, die Spannung, die Art der Last und der Einschaltdauerfaktor spielen eine Rolle.

Der zweite Fehler besteht darin, die Pumpenkennlinie zu ignorieren. Ein Frequenzumrichter kann zwar die Drehzahl regeln, aber er kann eine Pumpe, die schlecht auf das Hydrauliksystem abgestimmt ist, nicht korrigieren.

Der dritte Fehler besteht darin, einen Innenantrieb in einem feuchten, staubigen oder heißen Pumpenraum ohne geeigneten Schutz einzusetzen. Schlechte Belüftung und Feuchtigkeit sind häufige Ursachen für Ausfälle.

Der vierte Fehler besteht darin, anzunehmen, dass eine niedrigere Drehzahl immer sicher ist. Manche Pumpen benötigen eine Mindestdrehzahl für die Kühlung, die Schmierung oder einen stabilen Durchfluss.

Der fünfte Fehler besteht darin, Schütze oder Schalter ohne entsprechende Steuerlogik zwischen Frequenzumrichter und Motor einzubauen. Das Öffnen des Frequenzumrichter-Ausgangs während des Betriebs kann zu Störungen oder Schäden führen.

Einkaufstipps für Importeure und Bauunternehmer

Wenn Sie Frequenzumrichter zum Weiterverkauf oder für Projekte erwerben, sollten Sie mehr als nur eine einfache Preisliste anfordern. Bitten Sie um Hinweise zur Motorauswahl, Anwendungshinweise, Empfehlungen zur Verkabelung und Informationen zu verfügbaren Anpassungsmöglichkeiten.

Als Hersteller von Pumpenpaketen sollten Sie sich vergewissern, ob der Lieferant OEM-Kennzeichnung, die Integration in Gehäuse, Optionen für Eingangs- und Ausgangsspannungen, sprachliche Anforderungen an die Tastatur sowie die Dokumentation für Ihren Zielmarkt unterstützen kann.

Als Bauunternehmer sollten Sie vor der Anforderung eines Angebots die Netzspannung, die Motordaten, den Pumpentyp und die Anforderungen an die Steuerung bereithalten. Dies beschleunigt die technische Beratung und verringert das Risiko einer falschen Auswahl.

FAQ

Kann ein Frequenzumrichter an jeder Pumpe eingesetzt werden?

Ein Frequenzumrichter wird häufig bei Kreiselpumpen eingesetzt, ist jedoch nicht für jede Pumpenanwendung geeignet. Vor der Auswahl sollten der Pumpentyp, der erforderliche Drehmomentbedarf, die Mindestdrehzahl, das Fördermedium und die Prozessanforderungen geprüft werden.

Spart ein Frequenzumrichter bei einer Pumpe immer Energie?

Nein. Die Energieeinsparung hängt vom Pumpensystem ab. Zentrifugalpumpensysteme mit variabler Förderleistung profitieren oft am meisten davon. Läuft die Pumpe stets an einem festen Betriebspunkt, kann der Energievorteil begrenzt sein.

Was versteht man unter einer PID-Regelung in einem Pumpensystem mit Frequenzumrichter?

Die PID-Regelung ermöglicht es dem Frequenzumrichter, die Motordrehzahl automatisch auf der Grundlage der Rückmeldung eines Drucksensors, eines Durchflussmessers oder eines Füllstandsmessers anzupassen. Sie wird häufig bei Pumpensystemen mit konstantem Druck eingesetzt.

Welche Größe sollte ein Frequenzumrichter für einen Pumpenmotor haben?

Der Frequenzumrichter sollte entsprechend dem Nennstrom, der Nennspannung, der Phasenanzahl, der Lastart, den Überlastanforderungen und den Einbaubedingungen des Motors ausgewählt werden. Wählen Sie ihn nicht allein anhand der Leistung in HP oder kW aus.

Kann ein Frequenzumrichter den Wasserschlag verringern?

Ein Frequenzumrichter kann durch die Steuerung von Beschleunigung und Verzögerung plötzliche Starts und Stopps reduzieren, was dazu beitragen kann, hydraulische Stöße zu verringern. Die Auslegung des gesamten Rohrleitungssystems muss noch überprüft werden.

Welche Informationen muss ich für ein Angebot für eine VFD-Pumpe übermitteln?

Bitte geben Sie die Angaben auf dem Typenschild des Motors, den Pumpentyp, die Eingangsspannung, den erforderlichen Druck oder Durchfluss, die Steuerungsart, die Kabellänge, die Einbaubedingungen und die Stückzahl an.

Zusammenfassung

Ein Frequenzumrichter für Pumpen ist eine praktische Lösung, wenn ein Pumpensystem eine variable Drehzahl, eine Druckregelung, einen sanfteren Anlauf oder eine Automatisierung erfordert. Er eignet sich besonders für Kreiselpumpensysteme mit schwankendem Bedarf, wie beispielsweise Druckerhöhungspumpen, Wasserpumpen für Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik, Kühlsysteme, Bewässerungsanlagen und Prozesspumpen.

Der Schlüssel zu einem zuverlässigen Betrieb liegt in der richtigen Auswahl. Käufer sollten vor der Auswahl eines Antriebs die Motorstromstärke, die Spannung, den Pumpentyp, die Anforderungen an Durchfluss und Druck, die Steuerungsart, die Kabellänge sowie die Einbaubedingungen überprüfen.

Anfrage-CTA

Benötigen Sie einen Frequenzumrichter für ein Pumpenprojekt? Teilen Sie ZHENGXI Electric die Motorleistung, den Nennstrom, die Eingangsspannung, den Pumpentyp, die Druck- oder Durchflussanforderungen, die Kabellänge und die Einbaubedingungen mit. Unser Team hilft Ihnen gerne dabei, eine geeignete Frequenzumrichterlösung für Ihre Anwendung zu finden.