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Umrichter

Ein Umrichter (auch Frequenzumrichter oder AC/AC-Konverter) ist eine Art von Umformer, welcher aus Wechselstrom oder Drehstrom einen Wechsel- oder Drehstrom mit einer anderen Frequenz (also einer anderen Anzahl von Schwingungen pro Sekunde) erzeugen kann. Er besteht typischerweise aus einem Gleichrichter, der zunächst Gleichstrom erzeugt, und einem Wechselrichter. Ein oder mehrere Transformatoren werden häufig ebenfalls benötigt, da die Leistungselektronik nicht auf beliebigen Spannungsniveaus arbeiten kann. Es gibt auch direkte Umrichter, die ohne einen Gleichstrom-Zwischenkreis auskommen.

Von Umrichtern zu unterscheiden sind rotierende Umformer, die zwar dieselbe Funktion erfüllen, aber technisch anders aufgebaut sind (als Kombination eines Elektromotors mit einem Generator). Umformer werden heute zunehmend durch Umrichter ersetzt, da diese mit der modernen Leistungselektronik kompakter und verlustärmer ausgeführt werden können. Man spricht oft von statischen Umrichtern um zu betonen, dass keine bewegten Teile verwendet werden.

Die Bezeichnung Umrichter kommt gerade im Zusammenhang mit der Hochspannung-Gleichstromübertragung häufig vor, wo man eigentlich von Wechselrichtern sprechen sollte. Hier geht es dann um die Gewinnung von Wechselstrom aus Gleichstrom. Eine akademische Rechtfertigung dieses Wortgebrauch könnte allerdings auf dem Hinweis beruhen, dass ein Gleichstrom auch als ein Wechselstrom mit der Frequenz Null angesehen werden kann!

Zusätzliche Funktionen von Umrichtern

Außer der Übertragung elektrischer Leistung muss ein Umrichter häufig noch andere Aufgaben erfüllen:

• Er kann zur Drehzahlregelung eines Elektromotors verwendet werden, z. B. in einer modulierenden Elektrowärmepumpe.
• Er kann Blindleistung erzeugen.
• Bei Störungen im Netz muss er geeignet reagieren können, beispielsweise ohne Unterbrechung vom Verbundbetrieb in den Inselbetrieb übergehen.

Es gibt auch sogenannte 4-Quadranten-Umrichter, die je nach Bedarf als Wechselrichter oder Gleichrichter arbeiten, also die Energie in verschiedenen Richtungen übertragen können. Sie erlauben es beispielsweise in einer Windenergieanlage, Strom vom Generator ins Netz einzuspeisen, aber auch beim Anlaufen kurzzeitig Energie vom Netz auf den Generator zu geben, der dann als Elektromotor läuft.

Anwendungen für Umrichter

Statische Umrichter werden beispielsweise benötigt, um Stromnetze unterschiedlicher Frequenz miteinander zu koppeln – beispielsweise das Bahnstromnetz (mit 16,7 Hz) mit dem gewöhnlichen öffentlichen Stromnetz (50 Hz). Entsprechende Bahnstrom-Umrichterwerke erlauben es, z. B. bei Ausfällen im einen Netz Verstärkung aus dem anderen zu beziehen.

Eine andere Anwendung ist der Betrieb von Elektromotoren vor allem im hohen Leistungsbereich. Es ist beispielsweise üblich, die Motoren von elektrischen Lokomotiven nicht direkt mit dem Wechselstrom der Oberleitung zu betreiben, sondern über einen Frequenzumrichter mit einer variablen (drehzahlabhängigen) Frequenz. Diese variable Frequenz kann man als Passagier oft als Ton variabler Höhe hören, weil diverse Komponenten im System zu Schwingungen mit dieser Frequenz angeregt werden.

Selbst wenn Netze mit nominal gleichen Frequenzen gekoppelt werden, ist ein Umrichter nötig, wenn die Netze nicht phasensynchron betrieben werden, also einen gewissen "Schlupf" aufweisen.

Viele moderne Windenergieanlagen arbeiten mit variabler Drehzahl des Rotors. Da dieser zu einer variablen Frequenz vom Generator führt, ist auch hier ein Umrichter für die Kopplung an das Stromnetz nötig.

Siehe auch: Umformer, Stromrichter, Wechselrichter, Gleichrichter, Wechselstrom, Drehstrom, Stromnetz, Bahnstrom