ID Blog | Regulace otáček jednofázových motorů

V tomto článku budeme hovořit o regulaci otáček jednofázových motorů. Jaké metody existují? Existují specializované měniče pro jednofázové motory?

— Regulace otáček jednofázových motorů
podíl
26. listopadu 2021 15:34

Jednofázové motory jsou široce používány jak v každodenním životě, tak v malé výrobě, kde je k dispozici pouze jednofázové napájení 220V. Výkonový rozsah takových motorů je omezený a obvykle nepřesahuje 3,7 kW. Nejčastějším příkladem potřeby regulace otáček je domácí ventilátor.

Nejběžnější konstrukce jednofázového motoru obsahuje dvě vinutí – pracovní vinutí a vinutí s fázovým posunem. Pracovní je připojena k síti 220V přímo a přídavná je připojena přes kondenzátor, který posouvá fázi o 90 stupňů, čímž vzniká rotující magnetické pole. Proto se takové motory také nazývají dvoufázové nebo kondenzátorové motory.

Schéma jednofázového motoru

Mezi způsoby regulace jednofázových motorů běžných v domácím použití lze rozlišit následující:

Tyristorový regulátor

Tato metoda využívá polovodičové prvky – tyristory nebo triaky, které „odříznou“ části své napěťové půlvlny, v důsledku čehož se změní efektivní hodnota napětí.

Tento způsob je opodstatněný pouze u motorů s nízkým výkonem, regulace je možná v omezeném rozsahu a za provozu lze pozorovat hluk a cukání motoru.

Schéma a vzhled tyristorového regulátoru

Pomocí autotransformátoru

Autotransformátor je transformátor s jedním vinutím a odbočkami z některých závitů.

Spínač zase připojuje motor k jednomu z kohoutků a ovládání je stupňovité, nikoli plynulé. Motor tedy může pracovat pouze při několika pevných otáčkách, určených počtem odboček autotransformátoru. Je třeba také poznamenat, že samotný autotransformátor má značné rozměry a hmotnost.

Regulační obvod autotransformátoru

Autotransformátorový regulátor

Tranzistorový regulátor napětí

Tato metoda se také nazývá elektronický autotransformátor nebo regulátor PWM. Metoda je založena na pulzní šířkové modulaci (PWM) a hlavními prvky jsou IGBT tranzistory. Tranzistory jsou spínány s frekvencí až 50 kHz a změna šířky pulsů a pauz mezi nimi vede ke změně výstupního napětí.

Obvod tranzistorového regulátoru

PWM regulátor

Všechny výše uvedené metody jsou relevantní pouze pro jednoduché aplikace a nízké výkony motoru, přibližně do 0,37 kW. Co dělat, když je výkon motoru větší a je za to odpovědná aplikace?

Regulace frekvence

S rozvojem technologie se na trhu objevily frekvenční měniče (FC), včetně pro jednofázové motory, schopné provozu bez vyjmutí kondenzátoru z motoru. Na vstupu takového měniče je 1ph 220V a na výstupu je také 1ph 220V, ale s možností regulace frekvence. Zároveň má střídač všechny potřebné ochrany a funkčnost pro připojení externích čidel a ovládání. Chod motoru z takového měniče je stabilní a měkký.

Invertor pro jednofázový motor

Existují však také omezení. Například rozsah výkonu je pouze od 0,37. 1,1 kW, zatímco jednofázové motory jsou k dispozici až do 3,7 kW. Dalším omezením je malá úprava frekvence nad nominální. Tomu zabrání kondenzátor nainstalovaný v obvodu vinutí motoru s fázovým posunem, protože jeho odpor přímo závisí na frekvenci proudu. Hlavní nevýhodou specializovaných měničů pro jednofázové motory je jejich cena.

Zde vyvstává otázka: jaké alternativní možnosti existují? Jak vyměnit jednofázový motor, aby byl zachován výkon a pokud možno ušetřili peníze?

Existují obecné průmyslové invertory s napájením na vstupu 1 fáze 220V, ale produkující plné 3 fáze s napětím 220V na výstupu. K provozu takových měničů se používají klasické třífázové motory, jejichž rozsah a výkonový rozsah je širší.

Obecný průmyslový invertor + standardní třífázový motor

Porovnejme cenu dvou sad

Jednofázový motor + specializovaný měnič pro jednofázový motor
Třífázový motor + obecný průmyslový invertor s napájením 220V na vstupu (a na výstupu 3F 220V).

Jak je patrné ze srovnávací tabulky, při výměně motoru za třífázový a použití obecného průmyslového měniče je úspora více než 50 %. Kromě ekonomických výhod získává uživatel kompletní systém pohonu bez nevýhod spojených s jednofázovými měniči.

1. Obecné průmyslové měniče s napájením 220V mají větší výkonový rozsah – až 2,2 kW

2. Rozsah řízení frekvence v takovém systému není omezen motorem a může se pohybovat od 0 do 500 Hz.

Sčítání — pro malé motory v domácnosti je vhodná jakákoliv metoda regulace napětí: autotransformátor, tyristor nebo PWM regulátor. V aplikacích, kde motor nelze z konstrukčních důvodů vyměnit a požadavky na regulaci jsou vysoké, použijte drahé specializované měniče pro jednofázové motory. V ostatních případech by bylo nejracionálnějším řešením nahradit jednofázový motor 220V třífázovým motorem 220V a řídit jej pomocí běžného průmyslového měniče s napájením 220V.

Řízení chodu elektrického asynchronního motoru na základě frekvenční regulace je optimálním řešením z hlediska úspory energetických zdrojů a dosažení maximální účinnosti. Takové pohony se stále více používají v různých ekonomických a výrobních odvětvích, ventilačních systémech, čerpacích komplexech, takže regulace frekvence je stále více žádaná. Jaké jsou jeho implementační principy, výhody a vlastnosti?

Ladění výkonu

1. Skalární. Vychází z napětí, jehož amplituda a frekvence přesně odpovídají aktuální potřebě. Skalární metoda je optimálně vhodná pro systémy, kde je potřeba upravit rychlost pohonu na základě aktuálního zatížení.
2. Vektor. V tomto případě se motor točí stabilní frekvencí, na zátěži nezáleží. Díky tomu si hřídel zachovává přesnost polohy, je možné dosahovat vynikajících provozních parametrů bez ohledu na otáčky a plynule spouštět a zastavovat asynchronní motor.

Možnosti technologie pohonů

V dnešní době jsou frekvenční měniče maximálně funkční a všestranné. Je přípustné připojit motor jak s nízkým výkonem, dosahujícím několika set wattů, tak s velkým motorem v megawattech, bez ohledu na jmenovité provozní vlastnosti, napětí, proud. Provoz zařízení je automatizovaný, frekvenční měniče nezávisle určují charakteristiku motoru a volí optimální schéma řízení. Tuto technologii lze také použít k integraci třífázového motoru do běžné jednofázové sítě, čímž se eliminují jakékoli problémy s výkonem, a k rekuperaci energie, kdy se její část, například ta použitá při brzdění, vrací zpět do elektrické sítě.

Dárek pro vás! K dispozici do konce měsíce

Získejte výběr z profesionálních materiálů

Zjistěte, jak se vyvarovat chyb a udělat správnou volbu pro efektivní práci – všechna doporučení na jednom místě

Autor:
Tým Prompoint

Jak vybrat vybavení semaforem

Instalace a údržba světelné signalizace

Jak vybrat frekvenční měnič

Jak vybrat správný elektromotor

Již staženo 348x

Hlavní výhody řízení frekvence

Obliba asynchronních motorů rok od roku roste. Bohužel ne všichni uživatelé věnují dostatečnou pozornost přesnosti nastavení rychlosti, ochraně pohyblivých, konstrukčních prvků motoru před účinky nárazu. Maximální závažnost tohoto typu nárazu je zaznamenána v okamžiku nastartování motoru, kdy proud může několikrát překročit nominální hodnotu. Řízení frekvence vám umožní s jistotou se s těmito problémy vyrovnat. Měnič neumožňuje chod motoru při nadměrné zátěži, jeho aktuální výkon vždy odpovídá potřebám.

Frekvenční řízení motorů se tedy vyznačuje následujícími výhodami:

• Maximální hladkost startu, zatížení sítě je nevýznamné, pokud frekvenční měnič řídí čerpadlo, jsou vyloučeny prudké tlakové rázy v cirkulačním okruhu, které mohou vyvolat zničení segmentů potrubí a vyřadit uzavírací ventily.
• Prodloužení životnosti pohonu. Zatížení je minimální, mechanismy se proto téměř neopotřebovávají a personál údržby nemusí provádět pravidelné kontroly ani vyměňovat poškozené díly.
• Úspora energie. K regulaci na základě frekvence existují alternativy. Například obvod reostatu zahrnuje zavedení aktivních odporů do vinutí motoru, zatímco krokový obvod zahrnuje nastavení počtu párů pólů vinutí statoru. Uvedené metody jsou však méně účinné než jejich modernější protějšky, nejsou dostatečně flexibilní a vedou k nadměrné spotřebě energie, což negativně ovlivňuje finanční výkonnost organizace, která je používá.
• Soulad s aktuálními regulačními a technickými dokumenty. Očekává se, že v nejbližší době budou na úrovni vlády schváleny nové předpisy, které jasně stanoví požadavky na energetickou účinnost elektromotorů. Kompletní, rozsáhlá výměna motorů v celé zemi vypadá jako utopie; zahrnuje obrovské výdaje, které nejsou dostupné pro všechny organizace, existuje však alternativa, která je spojena konkrétně s regulací frekvence. Umožňuje plnou shodu s ustanoveními nových dokumentů, zvýšení účinnosti zařízení a minimalizaci spotřeby energetických zdrojů.

K otázce spoření

Jak přesně řízení frekvence snižuje spotřebu zdrojů? Účinnost metody je vysvětlena především kubickým vztahem mezi spotřebou energie a intenzitou otáčení hřídele. Například pro dvojnásobné snížení spotřeby stačí snížit otáčky pouze o 20 procent. Ve standardních režimech, jak ukazuje praxe, je možné snížit spotřebu energie nejméně o 30 procent, ale 70procentní hodnoty jsou také docela dosažitelné. Režim lze navíc vylepšit doplňkovými funkcemi, z nichž hlavní je snížení jalové složky proudu při nepříliš velkém zatížení motoru.

Regulace frekvence nabízí i další režimy, které lze volit podle účelu připojeného asynchronního elektromotoru. Jsou určeny pro čerpadla, ventilátory, zvedací mechanismy, dopravní pásy, balicí stroje. Jejich kompetentní použití umožňuje mnohonásobně zvýšit základní hodnoty a závisí na nich celkový obraz úspor.

V praxi lze na poměrně jednoduchém příkladu pochopit, jak účinná je taková regulace. Předpokládejme, že frekvenční měnič je připojen k čerpadlu, které zajišťuje autonomní dodávku vody do bytového komplexu. Průměrný výkon motoru bude 20 kilowattů, ale potřeba takového výkonu vzniká pouze v obdobích špičkového zatížení, ranních a večerních hodinách, kdy se všichni členové rodiny vracejí do svých bytů.

Přes den je spotřeba mnohem menší. Pokud do systému přidáte frekvenční měnič, můžete snadno snížit otáčky na 80 % jmenovitých, což sníží skutečnou spotřebu energie na polovinu, jak již bylo uvedeno dříve. Roční úspora bude činit desítky tisíc kilowatthodin, což je prostě obrovská částka. Tato částka navíc není konečná, protože můžete využít i doplňkové režimy, adaptivní, noční a další. Pokud uděláte vše správně, pak bez nepohodlí při provozu motoru budou náklady s tím spojené pouze 30% ve srovnání s přímým připojením k elektrické síti, bez dalších vazeb ve formě regulátorů frekvence.

Praxe ukázala, že frekvenční měnič se dobře osvědčil v široké škále systémů, komerčních, průmyslových, výrobních. S jeho pomocí je možné zavést spolehlivý, stabilní a maximálně ekonomický provoz autonomních systémů vytápění, větrání, klimatizace, výrobních dopravníkových linek, chladicích a chladicích jednotek.