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Früher erfolgte die Bereitstellung von veränderbaren Spannungen mit zwei mechanisch verbundenen elektrischen Maschinen. So trieb zum Beispiel in der Ward-Leonard-Schaltung ein Asynchronmotor eine Gleichstrommaschine an. Über die Veränderung derer Erregerspannung konnte man deren Ausgangsspannung stufenlos einstellen und damit eine weitere Gleichstrommaschine regeln. Typische Anwendungen waren zum Beispiel Bergbahnen. Man nennt diese aufwendige und energetisch ineffiziente Einrichtung dynamische Umrichter.
Seit einiger Zeit gibt es dafür Halbleiter, die man mit grossen Spannungen und Strömen beaufschlagen kann. Man nennt diese Geräte statische Umrichter. Hier werden 2 typische Geräte vorgestellt.
Gleichstromsteller, Chopper
Für kleiner Gleichstrommaschinen (bis 100 A) wird eine H-Brückenschaltung verwendet. Damit das System den Antrieb bremsen kann, muss der von der Last kommende Strom (Generatorbetrieb) im Zwischenkreis abgebaut werden können. Dazu ist eine Bremswiderstand vorgesehen, welcher über einen Transistor angesteuert wird.
Frequenzumrichter
Für Asynchronmaschinen wird heute fast nur noch ein Spannungs-Zwischenkreis-Umrichter verwendet. Mit diesem Gerät können auch permanent erregte Synchronmotoren geregelt werden. Damit das System den Antrieb bremsen kann, muss der von der Last kommende Strom (Generatorbetrieb) im Zwischenkreis abgebaut werden können. Dazu ist eine Bremswiderstand vorgesehen, welcher über einen Transistor angesteuert wird. Wenn der Antrieb oft generatorisch läuft, gibt es auch rückspeisefähige Frequenzumrichter, welche die Energie zurück ins Netz speisen. Die haben dann am Eingang auch 6 Transistoren und sind deshalb etwas teurer.
Wenn Gleichstromquellen wie Batterien in einem Elektromobil vorhanden sind, dann entfällt beim Frequenzumrichter der linke Teil mit dem Gleichrichter. Dieses Gerät nennt man dann Wechselrichter. Die gleiche Bezeichnung hat aus das Gerät, welches die Gleichspannung von Photovoltaikmodulen ins Stromnetz einspeist.
Ausgangsspannung
Die Transistoren werden nicht stufenlos sonder in wie Schalter angesteuert. Sie sind entweder voll leitend oder gesperrt. Die Ausgangsspannung besteht aus rechteckigen Spannungszeitflächen. Je länger die Schalter geschlossen sind, desto höher wird der Mittelwert der Ausgangsspannung.
Es gibt 2 verschiedene Ansteuerarten:
Pulsumrichter
Beim Pulsumrichter, ist die Einschaltdauer konstant ist, aber die Einschalthäufigkeit vom Sollwert abhängt, die Taktfrequenz ist hoch.
PWM-Umrichter
Beim PWM-Umrichter (PulsWeiten Modulierte Umrichter) ist die Einschaltdauer vom Sollwert abhängt, die Taktfrequenz ist tief. Dieser Umrichtertyp wird am häufigsten eingesetzt.