Hvad er en frekvensomformer? Den smarte vej til energibesparelser og præcis motorstyring

Pumper og ventilatorer sluger stille og roligt strøm i de fleste danske hjem og bygninger – ofte mere end vi aner. Hvad nu, hvis du kunne skrue ned for forbruget uden at gå på kompromis med komfort, driftssikkerhed eller ydeevne? Svaret gemmer sig i en lille, men kraftfuld boks fyldt med halvledere: frekvensomformeren.

I denne guide fra Varme, Afløb & Teknik (vat.dk) dykker vi ned i, hvordan en frekvensomformer – også kendt som Variable Frequency Drive (VFD) – kan:

  • sænke dit elforbrug markant ved at tilpasse motorhastigheden præcist til behovet
  • give blød opstart, som skåner både installationer og tegnebogen
  • øge komforten ved at holde tryk, temperatur og luftmængde helt stabile

Fra den tekniske AC-DC-AC-magie over konkrete anvendelser i varme, afløb og ventilation til valget af den rigtige model og fejlfinding i praksis – du får hele pakken. Klar til at opdage, hvorfor en frekvensomformer kan være den mest rentable opgradering af dit anlæg? Lad os komme i gang!

Hvad er en frekvensomformer – den korte definition og den tekniske virkemåde

En frekvensomformer – på engelsk Variable Frequency Drive (VFD) – er et stykke effektelektronik, der tager den vekselstrøm (AC), du får fra elnettet, og omdanner den til en ny vekselstrøm med netop den frekvens og spænding, som din elmotor har brug for i øjeblikket. Dermed kan man trinløst regulere både omdrejningstal og moment, hvilket især er attraktivt for de udbredte asynkronmotorer (kilder: Wikipedia, Lex.dk).

Sådan virker den – Tretrins-princippet

  1. Ensretning (AC → DC)
    Netspændingen (typisk 3×400 V/50 Hz) føres først gennem en diode- eller tyristorbro, der laver en pulserende jævnstrøm.
  2. DC-mellemkreds
    Store kondensatorer (og ofte en spole) glatter spændingen og lagrer energi, så man har en stabil DC-bus at arbejde videre med.
  3. Inverter (DC → variabel AC)
    En halvlederbro – i dag oftest IGBT’er – hakker DC’en op i små pulser (PWM). Ved at variere bredden og rækkefølgen af pulserne skabes en ny, “digital” sinus med valgfri frekvens (f) og spænding (V).
    Det er her, kunsten ligger: Man skal både minimere tab (høj virkningsgrad) og lave en kurveform, der ligger så tæt på en ideel sinus som muligt.

Moderne omformere er fuldt baseret på halvlederteknik og spænder fra små enheder til hvidevarer op til industrielle giganter i megawatt-klassen (Lex.dk).

Et kort historisk tilbageblik

Før halvlederne tog over, bestod en frekvensomformer af to sammenkoblede roterende AC-maskiner med forskelligt poltal. De gav kun faste frekvensforhold og var både tunge og ineffektive (Lex.dk). Det ændrede sig, da Danfoss som de første i verden satte frekvensomformere i serieproduktion i 1960’erne (Wikipedia).

Frekvens = hastighed

For en asynkronmotor gælder (forenklet) n ≈ 60 · f / p – slip, hvor n er omdrejninger pr. minut, f er frekvensen i hertz, og p er antal polpar. Skruer du frekvensen 20 % ned, falder motorens hastighed omtrent tilsvarende. Samtidig justerer omformeren typisk spændingen i samme forhold (V/f-styring) for at bevare magnetiseringsstrømmen. Har man brug for ekstra præcision eller fuldt moment ved lave hastigheder, vælges vektorstyring/FOC, hvor strømmen i hver fase beregnes matematisk i realtid.

Den “digitale” sinus – Og hvorfor der kan være brug for filtre

PWM-udgangen er ikke en perfekt sinus; den består af højfrekvente kantpulser. Ved korte motorkabler filtreres de af motorens egen impedans, men ved lange kabler eller gamle motorviklinger kan de stejle dV/dt-spændinger give EMC-støj, ekstra varme og lejestrømme. Løsningen er typisk et dV/dt-filter eller et sinusbølgefilter, som glatter pulserne, før de når motoren.

Sammenfattende er frekvensomformeren nøglen til variabel hastighed og høj energieffektivitet – fra husets cirkulationspumpe til industriens kæmpemotorer.

Hvorfor er det smart? Energibesparelser, blød opstart og præcis regulering

Den altoverskyggende fordel ved at montere en frekvensomformer på pumper, ventilatorer og andre variabel-moment-laster er energibesparelserne. Ifølge ventilator- og pumpe­affinitets­lovene gælder, at det moment – og dermed den elektriske effekt – som motoren skal levere, stiger med hastigheden i tredje potens (P ≈ n3). Det giver en næsten eksplosiv besparelseseffekt, når man kan skrue lidt ned for omdrejningerne:

  • Kører motoren kun 80 % af fuld hastighed (fx 40 Hz i stedet for 50 Hz), falder effektbehovet til 0,83 ≈ 51 %. Der spares altså cirka 49 % strøm ved uændrede driftstimer.
  • Ved 70 % hastighed er forbruget blot 0,73 ≈ 34 % – en besparelse på hele 66 %.

Uden frekvensomformer ville man typisk regulere flow eller tryk mekanisk med spjæld, ventiler eller kvælningsplader. Hermed fortsætter motoren på fuld hastighed, og energien bortkastes som tryktab, støj og varme. En frekvensomformer justerer i stedet motorhastigheden, så pumpen eller ventilatoren kun producerer det, der reelt efterspørges. Resultatet er:

  • Lavere energiforbrug og el-regning
  • Markant mindre slid på lejer, pakninger og remme
  • Reduceret støjniveau, fordi både motor og luft-/vandstrøm går langsommere

Blød opstart – Skånsomt for både el-net og installation

Lex.dk fremhæver, at frekvensomformere ikke kun sparer energi i drift, men også giver bedre ydeevne og højere virkningsgrad ved hyppige start/stop. Med indbygget soft start accelererer motoren gradvist:

  • Startstrømmen reduceres fra typisk 6-7 × mærkestrøm til blot 1,1-1,5 × – mindre belastning af forsyningsnet og sikringer.
  • Mekaniske stød minimeres, hvilket forlænger gear, koblinger og pakningers levetid.
  • I pumpesystemer dæmpes “vandhammer”, og ventiler samt rørnet skånes.

Præcis proces- og komfortstyring

Moderne omformere har en indbygget PID-regulator, som kan bruge signaler fra tryk-, temperatur- eller flowfølere til automatisk at holde et setpunkt. Kombineret med rampe­tider og søvn­funktion (stop ved lav belastning) kan man:

  • Holdet et konstant differenstryk i varmeanlæg, så termostater arbejder optimalt.
  • Regulere luftmængde i VAV-ventilation ud fra CO2-niveau.
  • Sænke pumpehastigheden om natten for at spare strøm og dæmpe støj.

Intern virkningsgrad ligger som regel på 97-99 %, så de få watt, omformeren selv taber, er forsvindende små i forhold til de kWh, den sparer. Hertil kommer ekstra fordele:

  • Længere levetid for motor og transmission pga. lavere middelhastighed og færre temperatursving.
  • Mindre servicebehov – færre lejeskift, remstramninger osv.
  • Indbygget overvågning af strøm, temperatur og vibrationer samt alarmer til CTS/BMS.

Nysgerrig på den bagvedliggende elektronik? Se Wikipedia-artiklen om frekvensomformere for en nærmere gennemgang af AC-DC-AC-princippet, som gør den variable frekvens – og dermed alle ovennævnte fordele – mulig.

Hvor bruges frekvensomformere i huset og i bygninger? Varme, afløb og ventilation i fokus

Når teorien skal omsættes til daglig drift i huse og større bygninger, er det især pumper, ventilatorer og kompressorer der drager nytte af den variable hastighed, en frekvensomformer giver. Fælles for de gode cases er variabel belastning over tid – her kan de kubiske energibesparelser for alvor høstes, mens komforten forbedres.

1) varme og køl – Pumper og ventilatorer

  • Cirkulationspumper i varmeanlæg (radiator- og gulvvarmekredse): En indbygget PID-regulator i omformeren kan holde differentialtrykket stabilt, uanset om nogle termostater lukker. Det betyder lavere elforbrug og færre suselyde i rørene.
  • Fjernvarmeunits og shuntpumper: Hastighedstilpasning holder det ønskede fremløbstemperatursætpunkt uden at “løbe for varmt”, hvilket både sparer energi og reducerer returtemperaturen.
  • Blandekredse og vekslersystemer: Smidig rampestyring forebygger temperaturchok og øger komforten i fx ventilationsvarmeflader.
  • Køleanlæg og køletårne: Ventilatorerne kan køre langsomt om vinteren eller ved lav last, så både el- og vandforbrug falder.

2) ventilation – Indblæsning og udsugning

  • Boligventilation (HRV/ERV): I stedet for faste trin kan luftmængden reguleres trinløst via CO2– eller fugtfølere. Om natten kan hastigheden sænkes for lavt lydniveau.
  • VAV-anlæg i kontorer og skoler: Med trykstyring i kanalsystemet undgås energitung spjælddrosling. En frekvensomformer på hovedventilatoren holder konstant kanaltryk, mens rumsensorer bestemmer det lokale flow.

3) afløb og vand – Spildevand, dræn og trykforøgere

  • Kloak- og spildevandspumper: Blød start eliminerer de hydrauliske stød i løftebrønde, mens variabel hastighed tilpasses nedbørs- eller belastningsmønster.
  • Drænpumper: Ved lav grundvandsstand kan omformeren sænke omdrejningerne og spare strøm fremfor hyppige start/stop-cyklusser.
  • Trykforøgeranlæg: Et konstant tryk i hanerne opnås uden behov for store trykbeholdere. Rampetider forebygger trykstød og kavitation.

4) hvidevarer og varmepumper – Indbygget inverter

Mange nyere luft-til-vand og luft-til-luft varmepumper samt kølekompressorer leveres som “inverter-drevne”. Her er frekvensomformeren integreret fra fabrikken, hvilket giver høj COP ved dellast. Brugeren udskifter normalt ikke omformeren separat, men princippet er identisk.

Integration i cts/bms og driftsfordele

  • Kommunikation: Modbus, BACnet, 0-10 V eller 4-20 mA gør det let at koble omformeren til husets CTS/BMS for setpunkter, alarmer og energilogning.
  • Komfort: Konstant tryk i varmesløjfen, lavere ventilatorstøj om natten, og jævne ramper der forhindrer vandhammer og kavitation.
  • Vedligeholdelse: Færre mekaniske belastninger forlænger levetiden på både motor og rørinstallation.

Vil du dykke dybere i teknikken bag den variable frekvens og de tilhørende energigevinster, finder du mere baggrund i Wikipedia-artiklen om frekvensomformere samt på Lex.dk.

Valg og installation: dimensionering, EMC, harmoniske og sikkerhed du skal kende

En frekvensomformer er ikke plug-and-play. Du får først fuldt udbytte – og undgår dyre fejl – når dimensionering, installation og beskyttelse spiller sammen. Brug tjeklisten her som drejebog fra projektering til idriftsættelse.

  1. Dimensionering – start med motorens mærkeplade
    • Match spænding, strøm, effekt, cos φ og poltal 1:1 med omformerens data.
    • Vælg en omformer, der kan levere 5-15 % højere mærkestrøm end motoren, hvis:
      • der er tunge opstarter (f.eks. pumper med høj inerti),
      • omgivelsestemperaturen overstiger 40 °C, eller
      • du forventer hyppige start/stop.
    • Afklar styringsbehov:
      • Simpel V/f-styring = billig og fin til de fleste pumpe-/ventilatoropgaver.
      • Vektorstyring/FOC = bedre momentkontrol, servolignende præcision og lav hastighed uden “hak”.
  2. Miljø og kapsling
    • Vælg IP-klasse efter placering: IP20 i tavle, IP54/55 på væg i teknikum, IP66 i våde zoner.
    • Sørg for fri luft omkring køleribber/ventilatorer eller led varmen væk i kanal (keep it cool = lang levetid).
    • Tjek støv, fugt, aggressive gasser og vibrationer – vælg evt. coatet elektronik (3C3/3C2).
  3. EMC & harmoniske – få styr på støjen

    En PWM-udgang er ikke perfekt sinus (Wikipedia) og kan skabe både udstrålet og ledt støj.

    • Brug skærmede motorkabler, jord skjoldet 360° i begge ender, og hold kabellængden så kort som muligt.
    • Over 20-30 m eller ved ældre motorer: montér dV/dt-filter eller sinusfilter for at skåne viklinger og reducere lejestrømme; alternativt isolerede lejer/common-mode-chokes.
    • På netsiden skaber diode-ensretteren overharmoniske. Tilføj netreaktor/DC-choke, eller vælg en AFE-omformer (Active Front End) med lav THDi og mulighed for regenerativ bremsning.
    • Følg EMC-standarden IEC 61800-3; mål/hver op imod klasse C1-C3 krav i bygninger.
  4. El-sikkerhed og RCD
    • PWM-filtre og kondensatorer giver lækstrømme. Brug RCD type B (HPFI) eller type B-EV, hvis lækstrøm > 30 mA.
    • Overhold sikkerhedsstandarden IEC 61800-5-1; alle faste installationer > 16 A kræver autoriseret el-installatør.
  5. Motorbeskyttelse & kabler
    • Aktivér omformerens termiske model, overstrøm- og overspændingsbeskyttelse.
    • Til kritiske motorer: tilslut PTC/PT100 temperaturføler til den dedikerede indgang.
    • Dimensioner kobbertykkelse efter både strøm og dV/dt; hold motorkabler fysisk adskilt fra signalkabler (min. 20 cm).
  6. Funktioner til applikationen
    • Indbygget PID – styr tryk/flow direkte.
    • Søvn/vågen – stop motoren ved lavt behov.
    • Flydende start/stop – minimer trykstød og vandhammer.
    • Brandkørsel – ventilation fortsætter ved røg (omformer ignorerer varme/fejl).
    • Bremsemodstand eller DC-bremse – nødvendigt ved hurtigt stop af tunge laster.
    • Energimonitorering – log forbrug, beregn besparelse, send data til CTS/BMS via Modbus/BACnet.
  7. Kompatibilitet – hvilken motortype?
    • Asynkronmotorer er standard – virker med alle omformere.
    • PM-motorer/EC-motorer kræver som regel FOC-kompatibel eller dedikeret driver.
    • Sørg for korrekt feedback (enkoder/Hall) hvis du skal regulere præcist under 10 % nominelt hastighed.

Kort sagt: Vælg rigtigt, montér rigtigt – så får du både maksimal energibesparelse og minimale driftsproblemer. Husk, at moderne løsninger er fuld halvlederteknik og spænder fra få watt til mange megawatt (Lex.dk), men grundreglerne ovenfor gælder for dem alle.

Økonomi, vedligehold og fejlfinding: sådan sikrer du lav TCO og høj driftssikkerhed

Den største gevinst fås, når motoren driver en variabel moment-last som pumpe eller ventilator. Her gælder affinitetsloven:

Pny ≈ Pmærke · (nny/nmærke)3

Det giver en næsten eksplosiv effekt­besparelse ved selv små hastighedsreduktioner.

  1. Kortlæg nuværende forbrug
    Årsforbrug = optaget effekt (kW) × driftstimer
    F.eks. 7,5 kW ventilator, 4 000 h/år ⇒ 30 000 kWh.
  2. Beregn effekt ved ny hastighed
    Kører samme ventilator 20 % langsommere (n = 0,8) giver
    Pny = 7,5 kW · 0,83 ≈ 3,8 kW (-49 %).
  3. Find ny energimængde
    3,8 kW × 4 000 h = 15 200 kWh.
  4. Regn besparelse og payoff
    30 000 kWh – 15 200 kWh = 14 800 kWh/år.
    Ved 2,5 kr./kWh spares ≈ 37 000 kr./år.
    Investerer du 12 000-15 000 kr. i omformer + filtre, er simple payback under 6 måneder.

Omformerens egne tab på 1-3 % og ekstraudstyr (drossel, sinusfilter) indregnes i budgettet, men ændrer sjældent konklusionen for variable laster.

2) vedligehold – Små rutiner, stor levetid

  • Hold det køligt: Støvsug eller blæs kølekanaler og blæserhjul hvert halve år. Overvej IP54-kapsling eller kanalført køleløsning i snavsede miljøer.
  • Skift blæsere ved leje­støj – de er billige og beskytter dyre halvledere.
  • Kondensatorer: Elektrolyt-kondensatorer er “sliddele”. Forvent 7-10 + år ved 40 °C – dobbelt levetid for hver 10 °C lavere.
  • Firmware: Opdater efter fabrikantens anbefalinger for bedre EMC, nye funktioner og patch af fejl.

3) overvågning & alarmer – Lad elektronikken passe på sig selv

Moderne drev logger næsten alt. Brug det:

  • Events/fejlkoder: overstrøm, overspænding, jordfejl, overtemperatur, kommunikationsfejl.
  • Kommunikation: 0-10 V, 4-20 mA, digitale I/O samt Modbus eller BACnet til CTS/BMS. Opsæt alarmer, trend energidata og kør forebyggende service.

4) fejlfinding – De klassiske syndere

  • Motor bliver varm/støjende – for lange rampetider, forkert PID eller manglende dV/dt-filter. Kontroller også frekvens­område ift. motorens ventilator­køling.
  • HPFI/RCD udkobler – mål lækstrømme, afskærm motorkabler, brug evt. type B-RCD.
  • Lejeskader/hørbar strøm – common-mode strømme. Montér isolerede lejer, common-mode-choke eller sinusfilter.

5) regler, roller og ansvar

Frekvensomformere til 230/400 V er autoriseret el-arbejde. Følg fabrikantens manual samt:

  • IEC 61800-3: EMC-krav
  • IEC 61800-5-1: Elektrisk sikkerhed
  • Lokale stærkstrømsbekendtgørelser

Manglende overholdelse kan koste både driftsafbrydelser og forsikringsdækning.

Frekvensomformeren er altså ikke bare en sort boks, men en investeringsmotor. Pas på den – så kvitterer den med lav TCO og høj driftssikkerhed i mange år.

Kilder: Lex.dk – “frekvensomformer” (virkningsgrad i varierende drift, halvlederteknik) og Wikipedia – “Frekvensomformer” (AC-DC-AC-arkitektur, kurveform).