Frequenzumrichter: Funktion, Auswahl und Grundparameter

Wie ein Frequenzumrichter aus 50 Hz eine beliebige Drehzahl macht, wie man ihn nach Motorstrom und Belastung auswählt, warum ein 230-V-FU keinen 400-V-Motor im Stern versorgt und welche Grundparameter bei der Inbetriebnahme gesetzt werden.

So funktioniert ein Frequenzumrichter

Ein Drehstrommotor am Netz läuft mit fester Drehzahl, weil das Netz eine feste Frequenz von 50 Hz hat. Der Frequenzumrichter (FU) erzeugt aus dem Netz eine Spannung mit veränderbarer Frequenz und Höhe. Damit lässt sich die Drehzahl stufenlos einstellen. Intern arbeitet er in drei Stufen:

1. Gleichrichter: macht aus der Netzwechselspannung Gleichspannung.
2. Zwischenkreis: Kondensatoren glätten und speichern die Gleichspannung.
3. Wechselrichter: Transistoren (IGBT) schalten die Gleichspannung in schneller Folge und bilden daraus eine dreiphasige Spannung mit gewünschter Frequenz (Pulsweitenmodulation).

Die Drehzahl folgt der Frequenz: Ein 4-poliger Motor dreht bei 50 Hz synchron mit 1.500 1/min, bei 25 Hz mit 750 1/min, abzüglich des Schlupfs. Damit das Drehmoment erhalten bleibt, senkt der FU die Spannung im selben Verhältnis wie die Frequenz (U/f-Kennlinie). Oberhalb der Motor-Nennfrequenz steigt die Spannung nicht weiter, das verfügbare Drehmoment sinkt dann (Feldschwächbereich).

Auswahl in sechs Schritten

1. Netz: 1 AC 230 V oder 3 AC 400 V am Einbauort.
2. Motorstrom statt Leistung: Maßgeblich ist der Nennstrom vom Typenschild des Motors. Der Ausgangsstrom des FU muss mindestens so groß sein. Die kW-Angabe ist nur ein Richtwert für Normmotoren.
3. Belastung: Pumpen und Lüfter brauchen wenig Anlaufmoment und kaum Überlast (Low Overload). Förderbänder, Hubwerke und Mischer brauchen Überlastreserve (High Overload). Viele Umrichter haben für beide Fälle unterschiedliche Leistungsangaben.
4. Regelverfahren: U/f-Steuerung reicht für Pumpen, Lüfter und einfache Antriebe. Vektorregelung ohne Geber hält die Drehzahl auch unter wechselnder Last genauer. Für Positionieraufgaben gibt es Servoumrichter.
5. Einbauort: IP20-Geräte gehören in den Schaltschrank. Für den Einbau an der Maschine, nahe am Motor, gibt es dezentrale Umrichter in IP65/IP66.
6. Zusatzfunktionen: Bremschopper und Bremswiderstand, wenn der Motor schnell abbremsen oder Last absenken muss; Feldbus-Schnittstelle; sicher abgeschaltetes Moment (STO) für die Maschinensicherheit.

Frequenzumrichter 230 V auf 400 V?

Ein FU mit einphasigem Netzanschluss 230 V liefert am Ausgang Drehstrom mit höchstens 3 AC 230 V. Er erhöht die Spannung nicht. Daraus folgt:

• Ein Motor mit Typenschild 230/400 V wird in Dreieck geschaltet und läuft so am 230-V-FU mit voller Leistung.
• Ein Motor mit 400/690 V braucht im Dreieck 400 V. Er gehört an einen FU mit 3 AC 400 V. Am 230-V-FU hätte er nur einen Bruchteil seiner Leistung.

Welche Schaltung der Motor braucht und wie Stern und Dreieck zusammenhängen, steht im Ratgeber Motorstarter.

Umrichter-Familien im Sortiment

In der Kategorie Frequenzumrichter bis 1 kV stehen 6.809 Artikel von Siemens und ABB. Sie lassen sich nach Einsatzzweck ordnen:

Beim modularen G120 werden Control Unit und Power Module getrennt bestellt. So lassen sich Funktionsumfang (Schnittstellen, Sicherheitsfunktionen) und Leistung unabhängig kombinieren, etwa die CU240E-2 PN mit PROFINET und ein Power Module PM240-2.

Grundparameter bei der Inbetriebnahme

Bei allen Herstellern sind es dieselben Grundeinstellungen. Die Parameternummern stehen in der Anleitung des jeweiligen Geräts.

• Motordaten vom Typenschild: Nennspannung, Nennstrom, Nennleistung, Nenndrehzahl, Nennfrequenz und cos φ, dazu die Schaltung Stern oder Dreieck.
• Motoridentifikation: Der FU misst den Motor einmal aus. Das verbessert vor allem die Vektorregelung.
• Minimal- und Maximalfrequenz: begrenzen den Drehzahlbereich. Über 50 Hz nur, wenn Motor und Mechanik dafür freigegeben sind.
• Hochlauf- und Rücklaufzeit: zu kurze Rücklaufzeiten führen ohne Bremswiderstand zu Überspannung im Zwischenkreis.
• Strom- und Überlastgrenze: schützen Motor und Umrichter.
• Befehls- und Sollwertquelle: Klemmen, Bedienfeld oder Feldbus.

Installation: was dazugehört

• Netzseite: Absicherung nach Herstellerangabe, je nach Gerät mit gG-, gR-Sicherungen oder Leitungsschutzschaltern. Die Sicherungsklassen erklärt der Ratgeber Sicherungseinsätze. Ist ein Fehlerstrom-Schutzschalter vorgeschrieben, verlangen dreiphasige Umrichter in der Regel Typ B (allstromsensitiv). Was zulässig ist, steht in der Anleitung.
• Netzfilter und Drosseln gegen Störungen und Oberschwingungen: siehe Ratgeber Netzdrossel und EMV-Filter.
• Motorleitung: geschirmt und beidseitig großflächig aufgelegt, siehe Ratgeber geschirmte Leitungen.
• Motorschutz: Der FU überwacht den Motorstrom selbst, ein separates Motorschutzrelais ist meist nicht nötig. Für den Motorschutz bei Direktanlauf gilt der Ratgeber Motorschutzschalter einstellen.

Beispiele aus dem Sortiment

• Siemens SINAMICS V20, 0,12 kW, 1 AC 230 V – Basisumrichter mit Netzfilter C1
• Siemens SINAMICS V20, 0,37 kW, 3 AC 380–480 V – Basisumrichter IP20
• Siemens SINAMICS G120C, 2,2 kW, 3 AC 380–480 V – Kompaktumrichter
• Siemens PM240-2, 0,75 kW, 230 V – Power Module mit Bremschopper für den modularen G120
• Siemens CU240E-2 PN – Control Unit mit PROFINET
• Siemens SINAMICS G120X, 7,5 kW – für Pumpen und Lüfter
• Siemens SINAMICS G115D – dezentraler Umrichter, IP65/66
• Siemens SINAMICS V90, 0,1 kW, PROFINET – Servoumrichter

Quellen: DIN EN 61800-2 (Drehzahlveränderbare elektrische Antriebe, Bemessung); DIN EN 61800-3 (EMV); DIN EN 61800-5-1 (Sicherheit) und -5-2 (funktionale Sicherheit, STO); DIN VDE 0100-530 (Auswahl von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen); Herstellerangaben zu 6.809 Artikeln der Kategorie Frequenzumrichter in unserem Sortiment, Stand 30.10.2026.