Im Prinzip besteht ein Frequenzumrichter aus einem Gleichrichter, einem Zwischenkreis, einem Wechselrichter und der Steuerelektronik (Bild 9.6.1). Am Umrichter-Eingang wird die einphasige oder verkettete dreiphasige Wechselspannung in eine pulsierende Gleichspannung umgewandelt und gelangt in den Zwischenkreis, der auch als Energiespeicher (Puffer) dient.

Durch Kondensatoren im Zwischenkreis und gegen Masse geschaltete L-C-Glieder im Netzfilter können Probleme mit vorgeschalteten RCD-Schutzeinrichtungen entstehen (RCD = Residual Current protective Device). Diese Probleme werden fälschlicherweise oftmals mit dem Einsatz von Überspannungs-Ableitern in Verbindung gebracht. Sie entstehen jedoch durch kurzzeitige Fehlerströme des Frequenzumrichters. Diese reichen aus, um empfindliche RCD-Schutzeinrichtungen zum Auslösen zu bringen. Eine mögliche Abhilfe bietet ein stoßstromfester RCD-Schutzschalter, der bei einem Auslösestrom von I_∆n = 30 mA mit einem Ableitvermögen ab 3 kA (8/20 µs) erhältlich ist. 

Der Wechselrichter stellt durch die Steuerelektronik eine getaktete Ausgangsspannung zur Verfügung. Je höher die Taktfrequenz der Steuerelektronik für die Puls-Weiten-Modulation ist, desto mehr ähnelt die Ausgangsspannung einem sinusförmigen Verlauf. Bei jedem Takt entsteht jedoch eine Spannungsspitze, die dem Verlauf der Grundschwingung überlagert ist. Diese Spannungsspitze erreicht Werte über 1200 V (abhängig vom Frequenzumrichter). Je besser die Nachbildung des Sinusverlaufes ist, desto besser ist das Lauf- und Steuerverhalten des Motors. Dies aber bedeutet, dass auch die Spannungsspitzen häufiger am Ausgang des Frequenzumrichters auftreten.

Bei der Auswahl von Überspannungs-Ableitern ist die höchste Dauerspannung U_c zu beachten. Sie gibt die maximal zulässige Betriebsspannung an, an der ein Überspannungsschutzgerät angeschlossen werden darf. Durch die bei Frequenzumrichtern betriebsmäßig entstehenden Spannungsspitzen müssen Ableiter mit einem entsprechend höheren Wert für U_c eingesetzt werden. Dadurch wird vermieden, dass durch den „normalen“ Betriebszustand und den damit verbundenen Spannungsspitzen eine „künstliche Alterung“ durch fortschreitende Ableiter­erwärmung herbeigeführt wird. Auch der Einsatz eines Sinusfilters schließt dies nicht aus.

Die hohe Taktfrequenz am Ausgang des Frequenzumrichters erzeugt feldgebundene Störungen. Damit andere Systeme dadurch nicht gestört werden, ist eine geschirmte Leitungsverlegung erforderlich. Der Schirm der Motorzuleitung ist beidseitig zu erden, d. h. sowohl am Frequenzumrichter wie auch am Motor. Dabei ist auf eine großflächige Kontaktierung des Schirms zu achten. Vorteilhaft ist hierfür der Einsatz von Kontaktrollfedern (Bild 9.6.2). Durch vermaschte Erdungsanlagen, d. h. die Verbindung der Erdungsanlage des Frequenzumrichters mit der des Antriebsmotors, werden Potentialdifferenzen zwischen den Anlagenteilen reduziert und somit Ausgleichströme über den Schirm vermieden.

Bei der Integration des Frequenzumrichters in die Gebäudeautomation ist es erforderlich, alle Auswerte- und Kommunikationsschnittstellen mit Überspannungsschutzgeräten zu beschalten, damit überspannungsbedingte Systemausfälle vermieden werden. Im Bild 9.6.3 wurde diese Aussage exemplarisch für die Reglerschnittstelle 4 – 20 mA dargestellt.