Regulace otáček elektromotorů

Asi 70 % energie spotřebované průmyslem pochází z elektrických pohonů. Obrovská rozmanitost technologických procesů diktuje svá vlastní pravidla, v důsledku čehož je potřeba měnit rychlost otáčení elektromotoru přímo během technologického procesu. V tomto článku odhalíme různé způsoby ovládání rychlosti otáčení elektromotorů.

Parametry, jejichž změnou změníme rychlost střídavého motoru:

• frekvence napětí;
• počet párů pólů;
• hodnota napětí;
• přídavný odpor v obvodu rotoru;
• ventilová kaskáda.

Změnitelné parametry pro DPT:

• napájecí napětí;
• odpor obvodu vinutí kotvy;
• magnetický tok.

Způsoby regulace otáček elektromotoru

Dále se podrobně podíváme na tyto metody a jejich použitelnost na různé typy elektromotorů.

Regulace frekvence

Nejúčinnější, neustále se zdokonalující metoda.
Použití: Střídavé motory (synchronní a asynchronní s rotorem nakrátko).
Úpravou frekvence napájecího napětí změníme úhlovou rychlost magnetického pole statoru, tedy otáčky motoru ve značném rozsahu, mající poměrně tuhé mechanické vlastnosti. Pro udržení normálního účiníku a umožnění krátkodobých přetížení by změnou frekvence měla být změněna hodnota samotného napájecího napětí.

Výhody metody:

• široký rozsah nastavení;
• „tuhost“ mechanických vlastností;
• minimální „prokluz“ a ztráty výkonu.

Nedostatek – vysoká cena (v posledních letech se stala méně relevantní).

Regulace změnou počtu pólových párů

Použití: protože Průmysl nevyrábí synchronní motory s proměnným počtem pólových párů, budeme předpokládat, že metoda je relevantní pouze pro asynchronní motory (dále jen IM) s rotorem nakrátko.
Způsob je implementován změnou počtu pólových párů vinutí. Toho lze dosáhnout vytvořením motoru se dvěma nezávislými vinutími. Tato metoda však vede ke zvýšení nákladů na konstrukci a zvýšení velikosti stroje. Proto je nejvýhodnější zvýšit počet pólových párů bez použití druhého nezávislého vinutí.
Průmysl vyrábí dvourychlostní, třírychlostní a čtyřrychlostní elektromotory.

Doplňky:

• ziskovost;
• „tvrdé“ mechanické vlastnosti.

Nevýhody:

• omezený počet možných rychlostí;
• stupňovité přepínání rychlosti.

Změna napájecího napětí

Použití: asynchronní motory.

Napětí na statoru můžete změnit zapojením rezistorů do jeho obvodu (stará a neekonomická metoda), autotransformátorů nebo tyristorových regulátorů.
Při regulaci otáček změnou napětí je kritický moment úměrný druhé mocnině přiváděného napětí. Odolnost proti krátkodobému přetížení a účinnost jsou sníženy, takže tato metoda je vhodnější pro zatížení „ventilátorem“. Další nevýhodou je malý rozsah regulace.

Dodatečný odpor v obvodu rotoru

Použití: IM s vinutým rotorem.
Při změně odporu rotoru se skluz mění přímo úměrně. Ale velikost kritického momentu zůstává konstantní. To umožňuje zvolit odpor tak, aby se vyrovnal kritický moment se startovacím momentem, což má příznivý vliv na startování motoru pod zatížením.

Výhody metody:

• snadnost implementace;
• kritický moment = konst;

Nevýhody:

• velké ztráty (při změně rychlosti se polovina energie spotřebuje na výrobu tepla);
• malý rozsah;
• „měkké“ mechanické vlastnosti.

Kaskáda asynchronních ventilů

Použití: IM s vinutým rotorem.

Smyslem regulace kaskádovými obvody je dodat do obvodu rotoru přídavné EMF. Změnou přídavného EMF rotoru měníme rotorový proud, potažmo jeho točivý moment a otáčky. Kromě zařízení ventilové kaskády může DFC (machine-valve cascade) vytvořit další EMF.

Doplňky:

• Minimální související napájecí a kontaktní zařízení;
• hladké úpravy;
• nízký ovládací výkon.

Nevýhody:

• náklady;
• nízký účiník;
• špatná odolnost proti přetížení.

Změna napájecího napětí kotvy

Použití: jakýkoli DPT.
Metodu lze použít, pokud je zdrojem elektrické energie generátor. Není možné implementovat z obecné sítě.

Doplňky:

• hladké úpravy;
• snadné startování a brzdění;
• ekonomiku.

Nevýhody:

• potřeba trojnásobné přeměny energie→nízká účinnost;
• tři elektrické stroje v systému;
• drahé na provoz.

Použití: jakýkoli DPT.

Spočívá v sekvenčním zapojení seřizovacího reostatu do obvodu kotvy. Ale metoda se nerozšířila kvůli její neefektivnosti a špatnému vlivu na účinnost motoru, protože V okruhu reostatu se ztrácí velmi velké množství energie.

Regulace změnou magnetického toku

K budicímu obvodu paralelních a smíšených budicích motorů je připojen reostat. U sériových budicích strojů se změna magnetického toku v budícím vinutí provádí bočníkem tohoto vinutí s nastavitelným odporem. Maximální otáčky motoru jsou omezeny pouze mechanickou pevností kotvy. Otáčky motoru jsou nastavitelné v rozsahu 2:1-5:1, v konkrétních případech 8-10:1.

Výhody:

• minimální ztráty→ziskovost;
• široký rozsah regulace

Nevýhody:

• Není možné donekonečna snižovat proud v budicím vinutí, motor přejde do rychloběhu.

Chcete-li zadat objednávku, zavolejte manažerům společnosti Cable.RF ® telefonicky +7 (495) 646-08-58 nebo zašlete žádost na e-mail [email protected] s uvedením požadovaného modelu elektromotoru, cílů a provozní podmínky. Manažer vám pomůže vybrat tu správnou značku podle vašich přání a potřeb.

Chcete ušetřit čas?

Svěřte výběr produktů profesionálům

Specialisté Kabel.RF® vědí o tomto produktu vše a kompetentně vám poradí s výběrem s ohledem na technické požadavky a pomohou zajistit včasnou dodávku

Odeslat poptávku na výběr produktu

Pošlete žádost emailem

Odpovězte do 15 minut

Regulace otáček motoru je stanovena v souladu s požadavky technologických postupů a výrobních mechanismů, ve kterých jsou použity. Je charakterizován následujícími hlavními ukazateli.
Rozsah regulace D (limit změny rychlosti). Tato hodnota je chápána jako poměr maximálních otáček motoru k jeho minimálním otáčkám.
Plynulost regulace, který se vyznačuje minimálním skokem otáček motoru při přechodu z jedné mechanické charakteristiky na druhou.
Směr možné změny otáček motoru (kontrolní zóna).
Za jmenovitých provozních podmínek (napájecí napětí a frekvence) má motor přirozené mechanické vlastnosti. Při nastavování rychlosti otáčení se budou odpovídající charakteristiky lišit od přirozené. Tyto vlastnosti se nazývají umělé (regulační) charakteristiky. Pomocí některých metod řízení je možné získat umělé charakteristiky, které se nacházejí pouze pod tou přirozenou. Jiné metody poskytují řízení rychlosti nad a pod přirozenou křivkou. Efektivnost regulace je dána dodatečnými investičními náklady nutnými k vytvoření regulačních zařízení a také ztrátami elektrické energie při regulaci.

Je třeba poznamenat, že v řadě případů, například u mechanismů, které pracují relativně krátkou dobu na umělých charakteristikách, budou energetické ztráty i při nehospodárných způsobech řízení malé (práce při nízkých dokončovacích rychlostech výtahů, jeřábů atd.). ). Přitom je racionálnější používat jednoduché a levné způsoby regulace otáček motoru, i když jsou z hlediska spotřeby energie neekonomické.

Přípustné zatížení motoru při provozu na jeho regulačních charakteristikách je omezeno velikostí proudů v obvodech statoru a rotoru. Toto zatížení je určeno přípustným ohřevem motoru a je do značné míry dáno mechanickými vlastnostmi výrobních mechanismů, momentem odporu na hřídeli, momentem setrvačnosti motoru a mechanismu atd.

Otáčky asynchronních motorů lze řídit jejich ovlivňováním ze strany statoru nebo ze strany rotoru. Všechny tři metody jsou v praxi široce používány. Zvažme tyto metody podrobněji.

Regulace rychlosti otáčení změnou frekvence napájecí sítě je nejekonomičtější způsob ovládání a umožňuje získat dobré mechanické vlastnosti elektrického pohonu. Při změně frekvence napájecí sítě se mění frekvence otáčení magnetického pole asynchronního motoru. Napájecí zdroj motoru musí převádět napětí standardní síťové frekvence 50 Hz na napětí s požadovanou frekvencí. Současně se změnou frekvence je třeba podle určitého zákona regulovat velikost napětí přiváděného do motoru, aby byla zajištěna vysoká tuhost mechanických charakteristik a požadovaná přetížitelnost motoru. Při regulaci rychlosti otáčení asynchronních motorů změnou frekvence napájecí sítě je možné zajistit různé provozní režimy: s konstantním momentem; s konstantním výkonem hřídele; s točivým momentem úměrným druhé mocnině frekvence.

Vztahy mezi regulovaným napětím a frekvencí, zohledňující vliv odporu statoru, změny tuhosti mechanických charakteristik, nasycení oceli a zhoršení přenosu tepla při nízkých otáčkách rotoru motoru, jsou poměrně složité. Jako zdroj energie lze použít elektrické rotační měniče využívající elektrické stroje nebo statické měniče frekvence na polovodičových součástkách, které jsou komerčně vyráběny v průmyslu. Pozitivní vlastností frekvenční regulace je možnost plynulé regulace v širokém rozsahu v obou směrech přirozené charakteristiky (včetně možnosti natáčet motor na vyšší frekvenci, než je jmenovitá). Při regulaci je zajištěna tuhost charakteristiky a vysoká přetížitelnost. V řadě případů je však u pohonů kovoobráběcích strojů, elektrovřeten, výkonných dmychadel a dalších mechanismů nejvhodnější regulace frekvence.

Ovládání rychlosti změnou počtu pólů ve vinutí statoru je zajištěno změnou frekvence otáčení magnetického pole statoru. Při konstantní frekvenci napájecí sítě se frekvence otáčení magnetického pole a jím určená rychlost rotoru mění nepřímo úměrně počtu pólů. Protože počet pólů, pevně stanovený v krocích, se může rovnat 2, 4, 6, 8, 10 atd., což při frekvenci napájecí sítě 50 Hz odpovídá synchronní rychlosti otáčení 3000, 1500, 1000 , 750, 600 ot./min. atd., pak lze pomocí této metody dosáhnout pouze krokového řízení.

Kromě dvourychlostních asynchronních motorů se používají i třírychlostní a čtyřrychlostní motory. Třírychlostní motory mají jedno spínané a jedno nespínané vinutí, zatímco čtyřrychlostní motory mají dvě spínaná vinutí, umožňující čtyři synchronní rychlosti, například 3000/1500/1000/500 ot./min. Motory s přepínáním počtu pólových párů mají zpravidla rotor nakrátko s vinutím nakrátko. Takový rotor umožňuje provoz bez dalších přepojování ve svém obvodu. V případě vinutého rotoru u víceotáčkových motorů by bylo nutné současné spínání na statoru a rotoru, což by komplikovalo konstrukci rotoru a provoz takových strojů. Mezi pozitivní ukazatele vícerychlostních asynchronních motorů patří účinnost a poměrně velký rozsah regulace otáček rotoru. Nevýhodou tohoto způsobu ovládání je výše zmíněná nemožnost plynule měnit rychlost otáčení.

Jak bylo uvedeno, v rámci jedné obecné průmyslové řady 4A asynchronních motorů se vyrábí modifikace vícerychlostních motorů navržená pro provoz při dvou, třech nebo čtyřech rychlostech. Regulace rychlosti otáčení změnou skluzu je jedním z nejjednodušších způsobů ovládání. Zároveň se při změně skluzu (zvětšení) mění (zvětšují) ztráty ve vinutí rotoru, což vede ke snížení účinnosti při regulaci.

Regulace skluzu lze provádět jak ze strany statoru, tak ze strany rotoru. Přirozeně ve druhém případě musí být rotor fázový a musí mít vinutí připojené ke sběracím kroužkům. Při regulaci ze strany statoru se mění napětí aplikované na jeho vinutí. Zvýšení napětí nad jmenovité vede k saturaci magnetického obvodu motoru a proto se nepoužívá.

Pro regulaci rychlosti otáčení snižte napájecí napětí. V tomto případě se točivý moment vyvíjený motorem mění úměrně druhé mocnině napětí a podle toho se mění i mechanické vlastnosti motoru, v důsledku čehož se mění i hodnoty pracovních skluzů. Při regulaci ze strany rotoru se využívá především reostatická regulace otáček zaváděním přídavných aktivních odporů (rezistorů) do obvodu vinutí rotoru. Je důležité poznamenat, že změna otáček motoru v širokém rozsahu s tímto způsobem řízení nebude mít za následek změnu maximálního (kritického) točivého momentu. Při regulaci se tedy nesnižuje přetížitelnost motoru.

Související články: