Umrichtertaugliche Elektromotoren

Muss die Drehzahl einer Maschine einstellbar sein, ist die naheliegende Lösung, den Drehstrommotor über einen Frequenzumrichter (Inverter, VFD) zu speisen. Doch den Umrichter an den Motor anzuschließen, ist nur die halbe Arbeit: In welchem Drehzahlbereich, unter welcher Last und wie lange der Motor läuft, bestimmt viele Details – von der Kühlung bis zu den Lagern. Diese Seite erläutert, was sich bei der Planung eines umrichtergespeisten Antriebs auf der Motorseite ändert und welche Bedingungen Sie uns bei der Bestellung mitteilen sollten.

Wie der Umrichter die Drehzahl ändert: Frequenz und U/f-Verhältnis

Das Drehfeld eines Asynchronmotors rotiert mit einer Geschwindigkeit, die proportional zur Speisefrequenz ist. Ein 4-poliger Motor hat bei 50 Hz eine Synchrondrehzahl von 1500 U/min; senkt man die Ausgangsfrequenz des Umrichters auf 25 Hz, sind es 750 U/min, bei 40 Hz 1200 U/min. Die tatsächliche Wellendrehzahl liegt um einen kleinen, lastabhängigen Schlupf darunter.

Der Umrichter stellt nicht nur die Frequenz, sondern zugleich die Spannung ein. Sinkt die Frequenz, wird auch die Motorspannung im gleichen Verhältnis abgesenkt – das sogenannte U/f-Verhältnis. Solange dieses Verhältnis eingehalten wird, bleibt der magnetische Fluss im Motor konstant, und der Motor kann unterhalb der Nennfrequenz ein Drehmoment nahe dem Nenndrehmoment erzeugen. Vektorgeregelte Umrichter setzen dasselbe Prinzip mit einer genaueren Stromregelung um; am Grundprinzip ändert das nichts.

Der Lastcharakter bestimmt den Drehzahlbereich

Bei einer Umrichteranwendung lautet die erste Frage nicht, welche Leistung der Motor hat, sondern wie viel Drehmoment die Maschine in Abhängigkeit von der Drehzahl verlangt. Es gibt zwei grundlegende Verhaltensweisen.

Maschinen mit konstantem Drehmoment

Förderanlagen und Bandsysteme, Rührwerke, Extruder und Hubeinrichtungen verlangen auch bei geringerer Drehzahl annähernd dasselbe Drehmoment. Der Motor zieht dann auch bei niedriger Drehzahl einen Strom nahe dem Nennstrom, während die Wellenleistung proportional zur Drehzahl sinkt. Wird der Motor langsamer, leistet er also weniger Arbeit, die Erwärmung der Wicklung geht aber kaum zurück.

Maschinen mit variablem Drehmoment

Kreiselpumpen und Ventilatoren benötigen bei sinkender Drehzahl deutlich weniger Drehmoment. Deshalb lässt sich der Leistungsbedarf dieser Maschinen spürbar senken, wenn die Drehzahl an den Bedarf angepasst wird. Wie stark er sinkt, hängt vom Druck und vom Leitungswiderstand im System ab; der tatsächliche Unterschied zeigt sich erst durch Messung im Betrieb.

Die Tabelle zeigt die allgemeine Tendenz; die endgültige Auswahl richtet sich nach der tatsächlichen Lastkennlinie der Maschine und der Betriebsdauer.

Kühlung des langsam laufenden Motors und Temperaturüberwachung

Unsere Standardmotoren sind nach IC411 gekühlt, das heißt, ein auf der Welle sitzender Lüfter bläst Luft über die Gehäuseoberfläche. Sinkt die Drehzahl, liefert dieser Lüfter auch weniger Luft. Bei Pumpen und Ventilatoren ist das meist unproblematisch, da auch das Drehmoment sinkt. Bei einer Maschine mit konstantem Drehmoment erzeugt der Motor dagegen bei wenig Kühlluft nahezu die volle Wärme.

Soll der Motor längere Zeit bei niedriger Drehzahl mit vollem Drehmoment laufen, kann ein Fremdlüfter mit eigenem, netzgespeistem Motor (Zwangskühlung) erforderlich sein. Dieser Zusatz muss bei der Bestellung angegeben werden; eine nachträgliche Umrüstung kostet Zeit und Geld. Den Unterschied der Kühlarten finden Sie in unserem Beitrag zur Kühlung nach IC411 und IC416.

Zur direkten Überwachung der Wicklungstemperatur sind PTC-Thermistoren oder PT100-Fühler als Bestelloption erhältlich. Der PTC gibt bei einer bestimmten Temperatur ein Auslösesignal an Umrichter oder Relais; der PT100 ermöglicht eine kontinuierliche Temperaturmessung. Der Stromschutz des Umrichters allein erkennt eine unzureichende Kühlung bei niedriger Drehzahl nicht immer.

Betrieb oberhalb von 50 Hz: Feldschwächung

Der Umrichter kann die Frequenz über 50 Hz anheben, die Ausgangsspannung kann jedoch den Netzwert nicht überschreiten. In diesem Bereich sinkt das U/f-Verhältnis, der Fluss wird schwächer, und das verfügbare Drehmoment nimmt umgekehrt proportional zur Frequenz ab; die Wellenleistung bleibt annähernd konstant. Wenn Sie den Motor oberhalb von 50 Hz betreiben möchten, geben Sie die angestrebte Frequenz bei der Bestellung an; die Eignung wird anhand der Motordaten geprüft.

Hohe Drehzahlen wirken sich auch mechanisch aus: Lagerlebensdauer, Fettgebrauchsdauer, Rotorwuchtung und Lüftergeräusch ändern sich mit der Drehzahl. Planen Sie einen Dauerbetrieb deutlich oberhalb der Nenndrehzahl, nennen Sie dies daher ausdrücklich in Ihrer Anfrage. Die Eignung wird je nach Motortyp gesondert geprüft; ohne Freigabe empfehlen wir keinen Betrieb mit hoher Drehzahl.

Kabellänge, Lagerströme und Abstimmung auf den Umrichter

Der Ausgang des Umrichters besteht aus sehr steil ansteigenden Spannungsimpulsen. Je länger das Motorkabel ist, desto eher werden diese Impulse am Kabelende reflektiert. Dadurch können an der Motorklemme Spannungsspitzen entstehen, die die Wicklungsisolation belasten. Bei langen Kabeln wird ein dv/dt- oder Sinusfilter am Umrichterausgang in Betracht gezogen; welcher erforderlich ist, wird anhand von Kabellänge und Umrichtertyp gemeinsam entschieden.

Bei Motoren großer Baugröße kann die vom Umrichter erzeugte Gleichtaktspannung über die Welle Ströme durch die Lager treiben. Diese Ströme hinterlassen mit der Zeit Spuren an Kugeln und Laufbahnen. In solchen Anwendungen können isolierte Lager oder eine Wellenerdungsbürste erforderlich sein.

Grundlage für die Umrichterauswahl ist der Nennstrom auf dem Typenschild des Motors; der Dauerausgangsstrom des Umrichters muss ihn abdecken. Auch die Taktfrequenz (Schaltfrequenz) spielt eine Rolle: Je höher sie ist, desto leiser läuft der Motor, desto größer werden aber die Umrichterverluste und die Kabeleffekte. Vergleichen Sie Strom und Drehmoment vom Typenschild mit unserer Drehmomenttabelle, um die Umrichtergröße zu prüfen.

Welche Baureihen sich für den Umrichterbetrieb eignen

Gemäß unserem Katalog 2026 wird der Umrichterbetrieb bei allen Drehstrom-Baureihen nach den Einsatzbedingungen geprüft. Die erhältlichen Modelle reichen von 0,25 kW im Aluminiumgehäuse bis 355 kW im Graugussgehäuse; alle haben Schutzart IP55 und Isolationsklasse F. Ob Fremdlüfter, Temperaturfühler oder Filter benötigt werden, richtet sich nach der Anwendung. Standardmodelle und aktuelle Preise finden Sie in unserem Elektromotoren-Shop.

Angebotsanfrage für einen umrichtergespeisten Antrieb

Damit wir Ihnen den passenden Motor empfehlen können, senden Sie uns bitte folgende Angaben in einer Nachricht:

• Angetriebene Maschine und Lastart (konstantes Drehmoment oder Pumpe/Ventilator).
• Leistung (kW) und Nenndrehzahl (U/min); gewünschte niedrigste und höchste Frequenz.
• Tägliche Betriebsdauer bei niedriger Drehzahl.
• Netzspannung, Marke und Modell des Umrichters sowie Kabellänge zwischen Motor und Umrichter.
• Bauform und Stückzahl; Wunsch nach Fremdlüfter oder PTC/PT100.

Wenn Sie einen vorhandenen Motor ersetzen, senden Sie uns ein Foto des Typenschilds. Ihre Angaben können Sie uns über unsere Kontaktseite übermitteln; Standardmodelle finden Sie im Shop.

Häufig gestellte Fragen

Kann ich meinen vorhandenen, am Netz betriebenen Motor nachträglich an einen Umrichter anschließen?

In den meisten Fällen ja, allerdings müssen Drehzahlbereich, Lastart und Kabellänge geprüft werden. Bei längerem Volllastbetrieb mit niedriger Drehzahl kann die Kühlung unzureichend sein. Allgemeine Informationen finden Sie auf der FAQ-Seite zum Umrichterbetrieb.

Kann ich meinen Förderer dauerhaft mit 10 Hz betreiben?

Da der Förderer ein konstantes Drehmoment verlangt, zieht der Motor auch bei dieser Drehzahl einen hohen Strom, während der Wellenlüfter nur sehr wenig Luft liefert. Für einen solchen Betrieb werden ein Fremdlüfter und ein Wicklungsfühler in Betracht gezogen; geben Sie die niedrigste Drehzahl und deren Dauer bei der Bestellung an.

Kann ich den Volumenstrom meines Ventilators erhöhen, indem ich ihn mit 60 Hz betreibe?

Da der Leistungsbedarf des Ventilators mit der Drehzahl rasch steigt, kann der Motor schnell überlastet werden; zudem sinkt das Motordrehmoment oberhalb von 50 Hz. Diese Entscheidung sollte anhand der Ventilator- und Motordaten und erst nach Prüfung durch den Hersteller getroffen werden.

Ab wann gilt das Kabel zwischen Umrichter und Motor als lang?

Die Grenze hängt vom Umrichtertyp und von der Taktfrequenz ab; maßgeblich ist der Wert in der Anleitung des Umrichterherstellers. Nennen Sie uns Kabellänge und Umrichtermodell, dann prüfen wir gemeinsam, ob ein Filter erforderlich ist.

Wie bestelle ich einen Fremdlüfter anstelle des motoreigenen Lüfters?

Der Fremdlüfter ist eine Option, die bei der Bestellung angegeben wird. Es genügt, in Ihrer Anfrage den Betrieb mit niedriger Drehzahl, die Maschinenart und die für die Lüfterversorgung verfügbare Spannung zu nennen.