WO2023227705A1 - Frequenzumrichterbausatz - Google Patents

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WO2023227705A1 PCT/EP2023/064013 EP2023064013W WO2023227705A1 WO 2023227705 A1 WO2023227705 A1 WO 2023227705A1 EP 2023064013 W EP2023064013 W EP 2023064013W WO 2023227705 A1 WO2023227705 A1 WO 2023227705A1
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Karsten HÜBNER
Erich SIDLER
Daniel Borowski
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Lenze Swiss Ag
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    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14324—Housings specially adapted for power drive units or power converters comprising modular units, e.g. DIN rail mounted units
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Definitions

  • the invention relates to a frequency converter kit and a frequency converter formed from the frequency converter kit, which can be used as flexibly as possible, particularly with regard to their connections.
  • the frequency converter kit has base units that have basic functionality.
  • a base unit can serve as a frequency converter with a basic range of functions without any expansion.
  • the base units have a first, for example 3-, 4- or 5-pin, connector, by means of which the base units can be connected to, for example, a three-phase AC voltage network.
  • the base units also have power electronics, which are designed, for example, to generate conventional control voltages for a three-phase motor.
  • the power electronics can, for example, have a B6 bridge, etc.
  • the base units also have a heat sink for cooling the power electronics.
  • the heat sink can, for example, have cooling fins pointing outwards, which run at an angle of, for example, 45 degrees relative to a longitudinal axis of the base units.
  • the heat sink has several, for example three, coupling elements.
  • the frequency converter kit also has expansion units that can be plugged onto the base unit.
  • the expansion units have a connection, for example 3-, 4- or 5-pin, by means of which the expansion units can be connected to the AC voltage network.
  • the expansion units have a first plug connector for forming a plug connection with the first plug connector in the base units.
  • the expansion units further have a housing element, wherein the housing element has several, for example three, coupling elements.
  • the coupling elements of the base units and the coupling elements of the expansion units are shaped in such a way that when the expansion units are plugged onto the Basic units interlock.
  • the coupling elements of the base units and the coupling elements of the expansion units interact in such a way that they only allow the expansion units to be plugged onto the base units in a designated orientation to one another.
  • the coupling elements of the base units and the coupling elements of the expansion units mechanically fix the units to one another after they have been plugged on.
  • the coupling elements of the base units and the coupling elements of the extension units are shaped to form a dovetail connection.
  • the coupling elements of the base units form pins and the coupling elements of the extension units form correspondingly shaped, in particular trapezoidal, grooves.
  • the base units have a second connector, wherein contacts of the second connector within the base units are electrically connected to corresponding contacts of the first connector of the base units in order to connect multiple frequency converters in a daisy chain configuration to the AC voltage network.
  • the first connector of the base units is female and the second connector of the base units is male.
  • the expansion units have a, for example rotatable, control switch, wherein in a first switching position of the control switch, the connection of the expansion units is electrically connected to the first plug connector of the expansion units in order to connect a plug-in base unit to the AC voltage network, and in a second Switching position of the control switch, the connection of the expansion units is electrically separated from the first connector of the expansion units in order to separate the plugged-in base unit from the AC voltage network.
  • the expansion units have a second plug connector, wherein contacts of the second plug connector within the expansion units are electrically connected to corresponding contacts of the connection of the expansion units in order to connect multiple frequency converters in a daisy chain configuration to the AC voltage network.
  • the connection of the expansion units is designed as a female plug connector and the second plug connector of the expansion units is male.
  • the frequency converter kit has different types of expansion units that differ in the way they are connected.
  • a first type of expansion unit can, for example, have a connection in the form of a plug connector and a second type of expansion unit can, for example, have a connection in the form of a conventional spring-loaded terminal or screw terminal.
  • a frequency converter according to the invention is formed either from just a base unit or from a base unit and an expansion unit.
  • FIG. 1 is a perspective view of a frequency converter kit, exemplarily having a base unit and an expansion unit,
  • FIG. 2 is a perspective view of a base unit
  • Fig. 3 is a perspective view of an opened base unit
  • Fig. 4 is a perspective view of an expansion unit.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a frequency converter kit 100, exemplarily having a base unit 1 and an expansion unit 6, which is plugged onto the base unit 1. For reasons of presentation, only a single base unit 1 and a single expansion unit 6 are shown. It goes without saying that the frequency converter kit 100 can contain more than the units 1 and 6 shown.
  • Fig. 2 shows a perspective view of a base unit 1 and Fig. 3 shows a perspective view of an opened base unit 1.
  • the base unit 1 has a first plug connector 2, by means of which the base unit 1 can be connected to a three-phase alternating voltage network. Furthermore, the base unit 1 has a second plug connector 11, with contacts 11a of the second plug connector 11 within the base unit 1 having corresponding contacts 2a of the first connector 2 of the base unit 1 are electrically connected.
  • the first connector 2 of the base unit 1 is female and the second connector 11 of the base unit 1 is male. Using the connectors 2 and 11, several base units 1 can be connected to the AC voltage network in a daisy chain configuration.
  • the base unit 1 has power electronics 3 and a heat sink 4 for cooling the power electronics 3, the heat sink 4 having coupling elements 5, the function of which is described below.
  • the base unit has a plug connector 14 for connecting a three-phase electric motor.
  • Fig. 4 shows a perspective view of the expansion unit 6.
  • the expansion unit 6 has a connection 7 in the form of a female plug connector, by means of which the expansion unit 6 can be connected to the AC voltage network.
  • the expansion unit 6 further has a first plug connector 8 for forming a plug connection with the first plug connector 2 of the base unit 1.
  • the expansion unit 6 further has a second plug connector 13, wherein contacts 13a of the second plug connector 13 within the expansion unit 6 are electrically connected to corresponding contacts 7a of the connection 7 or the plug connector of the expansion unit 6.
  • connection 7 of the expansion unit 6 is designed as a female plug connector and the second plug connector 13 of the expansion units 6 is male.
  • the expansion unit 6 further has a housing element 9, wherein the housing element 9 has coupling elements 10.
  • the coupling elements 5 of the base unit 1 and the coupling elements 10 of the expansion unit 6 are shaped in such a way that they interlock when the expansion unit 6 is plugged onto the base unit 1.
  • the coupling elements 5 of the base unit 1 and the coupling elements 10 of the extension unit 6 are shaped in such a way that they form a dovetail guide during attachment and form a dovetail connection after attachment.
  • the coupling elements 5 of the base unit form 1 pin and the coupling elements 10 of the extension unit 6 form correspondingly shaped, trapezoidal grooves.
  • the expansion unit 6 has an operating switch 12, wherein in a first switching position of the operating switch 12, the plug connectors 7 and 13 of the expansion unit 6 are electrically connected to the first plug connector 8 of the expansion unit 6, so that the base unit 1 is connected to the AC voltage network is connected.
  • the frequency converter kit 100 can have different types of expansion units 6, which differ, for example, in the type of their connection 7 and/or 13.
  • the frequency converters are only formed from a base unit 1 if a basic range of functions is sufficient. If an extended range of functions is necessary, the frequency converters are formed from a base unit 1 and an expansion unit 6.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

Frequenzumrichterbausatz (100), aufweisend: - Basiseinheiten (1), aufweisend: - einen ersten Steckverbinder, mittels dem die Basiseinheiten (1) an ein Wechselspannungsnetz anschließbar sind, - eine Leistungselektronik, und - einen Kühlkörper (4) zum Kühlen der Leistungselektronik, wobei der Kühlkörper (4) Kopplungselemente aufweist, - auf die Basiseinheiten (1) aufsteckbare Erweiterungseinheiten (6), aufweisend: - einen Anschluss (7), mittels dem die Erweiterungseinheiten (6) an das Wechselspannungsnetz anschließbar sind, - einen ersten Steckverbinder zum Bilden einer Steckverbindung mit dem ersten Steckverbinder der Basiseinheiten (1), und - ein Gehäuseelement, wobei das Gehäuseelement Kopplungselemente aufweist, - wobei die Kopplungselemente der Basiseinheiten und die Kopplungselemente der Erweiterungseinheiten (6) derart geformt sind, dass diese bei einem Aufstecken der Erweiterungseinheiten (6) auf die Basiseinheiten (1) ineinandergreifen.

Description

Frequenzumrichterbausatz
Die Erfindung betrifft einen Frequenzumrichterbausatz und einen aus dem Frequenzumrichterbausatz gebildeten Frequenzumrichter, die insbesondere im Hinblick auf ihre Anschlüsse möglichst flexibel einsetzbar sind.
Der Frequenzumrichterbausatz weist Basiseinheiten auf, die eine Basisfunktionalität aufweisen. Eine Basiseinheit kann ohne eine Erweiterung als Frequenzumrichter mit einem Basisfunktionsumfang dienen.
Die Basiseinheiten weisen einen ersten, beispielsweise 3-, 4 oder 5-poligen, Steckverbinder auf, mittels dem die Basiseinheiten an ein beispielsweise dreiphasiges Wechselspannungsnetz anschließbar sind.
Die Basiseinheiten weisen weiter eine Leistungselektronik auf, die beispielsweise dazu ausgebildet ist, herkömmlich Ansteuerspannungen für einen Drehstrommotor zu erzeugen. Die Leistungselektronik kann hierzu beispielsweise eine B6-Brücke usw. aufweisen.
Die Basiseinheiten weisen weiter einen Kühlkörper zum Kühlen der Leistungselektronik auf. Der Kühlkörper kann beispielsweise nach außen weisende Kühlrippen aufweisen, die in einem Winkel von beispielsweise 45 Grad bezogen auf eine Längsachse der Basiseinheiten verlaufen. Der Kühlkörper weist mehrere, beispielsweise drei, Kopplungselemente auf.
Der Frequenzumrichterbausatz weist weiter auf die Basiseinheit aufsteckbare Erweiterungseinheiten auf.
Die Erweiterungseinheiten weisen einen, beispielsweise 3-, 4 oder 5-poligen, Anschluss auf, mittels dem die Erweiterungseinheiten an das Wechselspannungsnetz anschließbar sind.
Die Erweiterungseinheiten weisen einen ersten Steckverbinder zum Bilden einer Steckverbindung mit dem ersten Steckverbinder den Basiseinheiten auf.
Die Erweiterungseinheiten weisen weiter ein Gehäuseelement auf, wobei das Gehäuseelement mehrere, beispielsweise drei, Kopplungselemente aufweist.
Die Kopplungselemente der Basiseinheiten und die Kopplungselemente der Erweiterungseinheiten sind derart geformt, dass diese bei einem Aufstecken der Erweiterungseinheiten auf die Basiseinheiten ineinandergreifen. Die Kopplungselemente der Basiseinheiten und die Kopplungselement der Erweiterungseinheiten wechselwirken derart, dass diese ein Aufstecken der Erweiterungseinheiten auf die Basiseinheiten nur in einer dafür vorgesehenen Ausrichtung zueinander ermöglichen. Weiter fixieren die Kopplungselemente der Basiseinheiten und die Kopplungselement der Erweiterungseinheiten die Einheiten zueinander mechanisch nach dem Aufstecken.
In einer Ausführungsform sind die Kopplungselemente der Basiseinheiten und die Kopplungselemente der Erweiterungseinheiten derart geformt, dass sie eine Schwalbenschwanz- Verbindung bilden.
In einer Ausführungsform bilden die Kopplungselemente der Basiseinheiten Zapfen und die Kopplungselemente der Erweiterungseinheiten bilden korrespondierend geformte, insbesondere trapezförmige, Nuten.
In einer Ausführungsform weisen die Basiseinheiten einen zweiten Steckverbinder auf, wobei Kontakte des zweiten Steckverbinders innerhalb der Basiseinheiten mit korrespondierenden Kontakten des ersten Steckverbinders der Basiseinheiten elektrisch verbunden sind, um mehrere Frequenzumrichter in einer Daisy-Chain-Konfiguration mit dem Wechselspannungsnetz zu verbinden.
In einer Ausführungsform ist der erste Steckverbinder der Basiseinheiten weiblich und der zweite Steckverbinder der Basiseinheiten ist männlich.
In einer Ausführungsform weisen die Erweiterungseinheiten einen, beispielsweise drehbaren, Bedienschalter auf, wobei bei einer ersten Schaltstellung des Bedienschalters der Anschluss der Erweiterungseinheiten mit dem ersten Steckverbinder der Erweiterungseinheiten elektrisch verbunden ist, um eine aufgesteckte Basiseinheit mit dem Wechselspannungsnetz zu verbinden, und wobei bei einer zweiten Schaltstellung des Bedienschalters der Anschluss der Erweiterungseinheiten von dem ersten Steckverbinder der Erweiterungseinheiten elektrisch getrennt ist, um die aufgesteckte Basiseinheit von dem Wechselspannungsnetz zu trennen.
In einer Ausführungsform weisen die Erweiterungseinheiten einen zweiten Steckverbinder auf, wobei Kontakte des zweiten Steckverbinders innerhalb der Erweiterungseinheiten mit korrespondierenden Kontakten des Anschlusses der Erweiterungseinheiten elektrisch verbunden sind, um mehrere Frequenzumrichter in einer Daisy-Chain-Konfiguration mit dem Wechselspannungsnetz zu verbinden. In einer Ausführungsform ist der Anschluss der Erweiterungseinheiten als weiblicher Steckverbinder ausgebildet und der zweite Steckverbinder der Erweiterungseinheiten ist männlich.
In einer Ausführungsform weist der Frequenzumrichterbausatz unterschiedliche Typen von Erweiterungseinheiten auf, die sich in der Art ihres Anschlusses unterscheiden. Ein erster Typ von Erweiterungseinheiten kann beispielsweise einen Anschluss in Form eines Steckverbinders aufweisen und ein zweiter Typ von Erweiterungseinheiten kann beispielsweise einen Anschluss in Form einer herkömmlichen Federzugklemme oder Schraubklemme aufweisen.
Ein erfindungsgemäßer Frequenzumrichter ist entweder nur aus einer Basiseinheit oder aus einer Basiseinheit und einer Erweiterungseinheit gebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Frequenzumrichterbausatzes exemplarisch aufweisend eine Basiseinheit und eine Erweiterungseinheit,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Basiseinheit,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer geöffneten Basiseinheit, und
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Erweiterungseinheit.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Frequenzumrichterbausatzes 100 exemplarisch aufweisend eine Basiseinheit 1 und eine Erweiterungseinheit 6, die auf die Basiseinheit 1 aufgesteckt ist. Aus Gründen der Darstellbarkeit ist lediglich eine einzelne Basiseinheit 1 und eine einzelne Erweiterungseinheit 6 dargestellt. Es versteht sich, dass der Frequenzumrichterbausatz 100 mehr als die dargestellten Einheiten 1 bzw. 6 enthalten kann.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Basiseinheit 1 und Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer geöffneten Basiseinheit 1.
Bezug nehmend auf die Figuren 2 und 3 weist die Basiseinheit 1 einen ersten Steckverbinder 2 auf, mittels dem die Basiseinheit 1 an ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz anschließbar ist. Weiter weist die Basiseinheit 1 einen zweiten Steckverbinder 11 auf, wobei Kontakte 11 a des zweiten Steckverbinders 11 innerhalb der Basiseinheit 1 mit korrespondierenden Kontakten 2a des ersten Steckverbinders 2 der Basiseinheit 1 elektrisch verbunden sind. Der erste Steckverbinder 2 der Basiseinheit 1 ist weiblich und der zweite Steckverbinder 11 der Basiseinheit 1 ist männlich. Mittels der Steckverbinder 2 und 11 können mehrere Basiseinheiten 1 in einer Da- isy-Chain-Konfiguration mit dem Wechselspannungsnetz verbunden werden.
Die Basiseinheit 1 weist eine Leistungselektronik 3 und einen Kühlkörper 4 zum Kühlen der Leistungselektronik 3 auf, wobei der Kühlkörper 4 Kopplungselemente 5 aufweist, deren Funktion nachfolgend beschrieben wird.
Die Basiseinheit weist einen Steckverbinder 14 zum Anschluss eines dreiphasigen Elektromotors auf.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung der Erweiterungseinheit 6. Die Erweiterungseinheit 6 weist einen Anschluss 7 in Form eins weiblichen Steckverbinders auf, mittels dem die Erweiterungseinheit 6 an das Wechselspannungsnetz anschließbar ist.
Die Erweiterungseinheit 6 weist weiter einen ersten Steckverbinder 8 zum Bilden einer Steckverbindung mit dem ersten Steckverbinder 2 der Basiseinheit 1 auf.
Die Erweiterungseinheit 6 weist weiter einen zweiten Steckverbinder 13 auf, wobei Kontakte 13a des zweiten Steckverbinders 13 innerhalb der Erweiterungseinheit 6 mit korrespondierenden Kontakten 7a des Anschlusses 7 bzw. des Steckverbinders der Erweiterungseinheit 6 elektrisch verbunden sind.
Der Anschluss 7 der Erweiterungseinheit 6 ist als weiblicher Steckverbinder ausgebildet und der zweite Steckverbinder 13 der Erweiterungseinheiten 6 ist männlich.
Die Erweiterungseinheit 6 weist weiter ein Gehäuseelement 9 auf, wobei das Gehäuseelement 9 Kopplungselemente 10 aufweist. Die Kopplungselemente 5 der Basiseinheit 1 und die Kopplungselemente 10 der Erweiterungseinheit 6 sind derart geformt, dass diese bei einem Aufstecken der Erweiterungseinheit 6 auf die Basiseinheit 1 ineinandergreifen.
Die Kopplungselemente 5 der Basiseinheit 1 und die Kopplungselemente 10 der Erweiterungseinheit 6 sind derart geformt, dass sie während des Aufsteckens eine Schwalbenschwanz- Führung bilden und nach dem Aufstecken eine Schwalbenschwanz-Verbindung bilden. Die Kopplungselemente 5 der Basiseinheit bilden 1 Zapfen und die Kopplungselemente 10 der Erweiterungseinheit 6 bilden korrespondierend geformte, trapezförmige Nuten. Bezug nehmend auf Fig. 1 weist die Erweiterungseinheit 6 einen Bedienschalter 12 auf, wobei bei einer ersten Schaltstellung des Bedienschalters 12 die Steckverbinder 7 und 13 der Erweiterungseinheit 6 mit dem ersten Steckverbinder 8 der Erweiterungseinheit 6 elektrisch verbunden sind, so dass die Basiseinheit 1 mit dem Wechselspannungsnetz verbunden ist.
Bei einer zweiten Schaltstellung des Bedienschalters 12 sind die Steckverbinder 7 und 13 der Erweiterungseinheit 6 von dem ersten Steckverbinder 8 der Erweiterungseinheit 6 elektrisch getrennt.
Der Frequenzumrichterbausatz 100 kann unterschiedliche Typen von Erweiterungseinheiten 6 aufweisen, die sich beispielsweise in der Art ihres Anschlusses 7 und/oder 13 unterscheiden.
Die Frequenzumrichter sind nur aus einer Basiseinheit 1 gebildet, falls ein Basisfunktionsumfang ausreichend ist. Falls ein erweiterter Funktionsumfang notwendig ist, sind die Frequenzumrichter aus einer Basiseinheit 1 und einer Erweiterungseinheit 6 gebildet.

Claims

Patentansprüche Frequenzumrichterbausatz (100), aufweisend:
Basiseinheiten (1 ), aulweisend: einen ersten Steckverbinder
(2), mittels dem die Basiseinheiten (1) an ein Wechselspannungsnetz anschließbar sind, eine Leistungselektronik (3), und einen Kühlkörper (4) zum Kühlen der Leistungselektronik
(3), wobei der Kühlkörper
(4) Kopplungselemente (5) aufweist, auf die Basiseinheiten (1) aufsteckbare Erweiterungseinheiten (6), aufweisend: einen Anschluss (7), mittels dem die Erweiterungseinheiten (6) an das Wechselspannungsnetz anschließbar sind, einen ersten Steckverbinder (8) zum Bilden einer Steckverbindung mit dem ersten Steckverbinder (2) der Basiseinheiten (1), und ein Gehäuseelement (9), wobei das Gehäuseelement (9) Kopplungselemente (10) aufweist, wobei die Kopplungselemente (5) der Basiseinheiten (1) und die Kopplungselemente (10) der Erweiterungseinheiten (6) derart geformt sind, dass diese bei einem Aufstecken der Erweiterungseinheiten (6) auf die Basiseinheiten (1) ineinandergreifen. Frequenzumrichterbausatz (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungselemente (5) der Basiseinheiten (1) und die Kopplungselemente (10) der Erweiterungseinheiten (6) derart geformt sind, dass sie eine Schwalbenschwanz- Verbindung bilden. Frequenzumrichterbausatz (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungselemente (5) der Basiseinheiten (1) Zapfen bilden und die Kopplungselemente (10) der Erweiterungseinheiten (6) korrespondierend geformte, insbesondere trapezförmige, Nuten bilden. Frequenzumrichterbausatz (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheiten (1) einen zweiten Steckverbinder (11) aufweisen, wobei Kontakte (11a) des zweiten Steckverbinders (11) innerhalb der Basiseinheiten (1) mit korrespondierenden Kontakten (2a) des ersten Steckverbinders (2) der Basiseinheiten (1) elektrisch verbunden sind. Frequenzumrichterbausatz (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steckverbinder (2) der Basiseinheiten (1) weiblich ist und der zweite Steckverbinder (11) der Basiseinheiten (1) männlich ist. Frequenzumrichterbausatz (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterungseinheiten (6) einen Bedienschalter (12) aufweisen, wobei bei einer ersten Schaltstellung des Bedienschalters (12) der Anschluss (7) der Erweiterungseinheiten (6) mit dem ersten Steckverbinder (8) der Erweiterungseinheiten (6) elektrisch verbunden ist, und wobei bei einer zweiten Schaltstellung des Bedienschalters (12) der Anschluss (7) der Erweiterungseinheiten (6) von dem ersten Steckverbinder (8) der Erweiterungseinheiten (6) elektrisch getrennt ist. Frequenzumrichterbausatz (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterungseinheiten (6) einen zweiten Steckverbinder (13) aufweisen, wobei Kontakte (13a) des zweiten Steckverbinders (13) innerhalb der Erweiterungseinheiten (6) mit korrespondierenden Kontakten (7a) des Anschlusses (7) der Erweiterungseinheiten (6) elektrisch verbunden sind. Frequenzumrichterbausatz (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (7) der Erweiterungseinheiten (6) als weiblicher Steckverbinder ausgebildet ist und der zweite Steckverbinder (13) der Erweiterungseinheiten (6) männlich ist. Frequenzumrichterbausatz (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichterbausatz (100) unterschiedliche Typen von Erweiterungseinheiten (6) aufweist, die sich in der Art ihres Anschlusses (7) unterscheiden. Frequenzumrichter, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumrichter aus einer Basiseinheit (1) oder einen Basiseinheit (1) und einer Erweiterungseinheit (6) eines Frequenzumrichterbausatzes (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet ist.
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