Frequenzumrichter (FU) sind Leistungswandler in Antriebssystemen. Moderne Antriebssysteme umfassen verschiedene technische Bereiche, wobei der allgemeine Entwicklungstrend in Richtung Wechselstromantriebe, Hochfrequenz-Leistungswandler und digitaler, intelligenter und vernetzter Steuerung geht. Daher haben FU als entscheidende Leistungswandlerkomponenten eine rasante Entwicklung erfahren und liefern steuerbaren, leistungsstarken Wechselstrom mit variabler Spannung und Frequenz. Durch den Einsatz neuer Leistungselektronikbauteile und leistungsstarker Mikroprozessoren sowie Fortschritte in der Steuerungstechnik erzielen FU immer bessere Preis-Leistungs-Verhältnisse und kleinere Baugrößen. Hersteller arbeiten kontinuierlich an der Verbesserung der Zuverlässigkeit und streben nach weiterer Miniaturisierung, Gewichtsreduzierung, hoher Leistung, Multifunktionalität und Umweltfreundlichkeit. Die Leistung eines FU hängt von drei Faktoren ab: dem Einfluss von Oberschwingungen in seiner Ausgangswechselspannung auf den Motor; der Oberschwingungsbelastung des Stromnetzes und dem Eingangsleistungsfaktor; sowie seinen Eigenverlusten. Hier wird der weit verbreitete AC/DC/AC-Frequenzumrichter als Beispiel für seine Entwicklungstrends herangezogen: Selbstabschaltung, Modularisierung, Integration und intelligente Leistungsschaltelemente des Hauptstromkreises; kontinuierlich steigende Schaltfrequenzen; und weitere Reduzierung der Schaltverluste. Bezüglich der Topologie des Hauptstromkreises des Frequenzumrichters … Bei Niederspannungsgeräten mit geringer Kapazität werden netzseitige Wechselrichter von Frequenzumrichtern häufig mit 6 Pulsen betrieben, während bei Mittelspannungsgeräten mit hoher Kapazität mehrstufige Wechselrichter mit 12 oder mehr Pulsen zum Einsatz kommen. Lastseitige Wechselrichter verwenden bei Niederspannungsgeräten mit geringer Kapazität häufig zweistufige Brückenwechselrichter, während bei Mittelspannungsgeräten mit hoher Kapazität mehrstufige Wechselrichter zum Einsatz kommen. Für den Vierquadrantenbetrieb, der eine Energierückführung vom Frequenzumrichter ins Netz und damit Energieeinsparung ermöglicht, sollte der netzseitige Wechselrichter reversibel sein. Gleichzeitig sind Dual-PWM-Frequenzumrichter mit bidirektionalem Leistungsfluss auf den Markt gekommen. Durch eine geeignete Regelung des netzseitigen Wechselrichters lässt sich der Eingangsstrom einer Sinuswelle annähern, wodurch die Netzbelastung reduziert wird. Zu den Regelungsverfahren für frequenzvariable Umrichter mit Pulsweitenmodulation (PWM) gehören die sinusförmige PWM-Regelung, die PWM-Regelung mit Oberwellenunterdrückung, die Stromnachführung und die Spannungsraumvektorregelung (Flussnachführung). Fortschritte bei den Regelungsverfahren für die Frequenzumwandlung von Wechselstrommotoren zeigen sich vor allem in der Entwicklung von der Skalarregelung hin zur dynamischen Vektorregelung und Direktmomentregelung sowie in der Entwicklung sensorloser Vektor- und Direktmomentregelungssysteme. Fortschritte bei Mikroprozessoren haben die digitale Regelung zur Zukunft moderner Steuerungen gemacht. Bewegungssteuerungssysteme sind schnelle Systeme, insbesondere die Hochleistungsregelung von Wechselstrommotoren, die die Speicherung verschiedenster Datentypen und die schnelle Echtzeitverarbeitung großer Informationsmengen erfordert. In den letzten Jahren haben große internationale Unternehmen DSP-basierte (Digital Signal Processor) Kerne auf den Markt gebracht, die mit den für die Motorsteuerung benötigten peripheren Funktionsschaltungen in einem einzigen Chip integriert sind – sogenannte DSP-Ein-Chip-Motorsteuerungen. Diese Steuerungen bieten deutlich niedrigere Preise, kleinere Abmessungen, kompaktere Bauweise, einfache Bedienung und höhere Zuverlässigkeit. Im Vergleich zu herkömmlichen Mikrocontrollern verfügen digitale Signalprozessoren (DSPs) über eine 10- bis 15-fach höhere digitale Verarbeitungsleistung und gewährleisten so eine überlegene Systemsteuerung. Die digitale Steuerung vereinfacht die Hardware, und flexible Steuerungsalgorithmen bieten hohe Flexibilität und ermöglichen die Implementierung komplexer Steuerungsgesetze. Dadurch wird die Anwendung moderner Regelungstechnik in Bewegungssteuerungssystemen Realität, die Datenübertragung mit übergeordneten Systemen erleichtert und die Funktionen für Fehlerdiagnose, Schutz und Überwachung verbessert, wodurch das System intelligent wird (z. B. verfügen einige Frequenzumrichter über Selbstjustierungsfunktionen).