Frekvenční regulace úhlové rychlosti otáčení elektrického pohonu s asynchronním motorem je v současnosti široce používána, protože umožňuje plynulé změny otáček rotoru v širokém rozsahu, a to jak nad, tak pod jmenovité hodnoty.
Frekvenční měniče jsou moderní, high-tech zařízení s velkým regulačním rozsahem a širokou škálou funkcí pro řízení asynchronních motorů. Nejvyšší kvalita a spolehlivost umožňují jejich použití v různých průmyslových odvětvích k řízení pohonů čerpadel, ventilátorů, dopravníků atd.
Měniče kmitočtu se podle napájecího napětí dělí na jednofázové a třífázové a podle konstrukce na rotační a statické elektrické stroje. U měničů elektrických strojů se proměnné frekvence dosahuje pomocí konvenčních nebo speciálních elektrických strojů. U statických měničů kmitočtu se změny frekvence napájecího proudu dosahuje pomocí nepohyblivých elektrických prvků.
Obvod frekvenčního měniče asynchronního motoru
Výstupní signál frekvenčního měniče
Frekvenční měniče pro jednofázové sítě umožňují elektrický pohon výrobních zařízení s výkonem až 7,5 kW. Zvláštností konstrukce moderních jednofázových měničů je, že na vstupu je jedna fáze s napětím 220 V a na výstupu tři fáze se stejnou hodnotou napětí, což umožňuje připojit k zařízení třífázové elektromotory bez použití kondenzátorů.
Frekvenční měniče napájené třífázovou sítí 380 V jsou k dispozici ve výkonovém rozsahu od 0,75 do 630 kW. V závislosti na hodnotě výkonu se zařízení vyrábějí v polymerových kombinovaných a kovových pouzdrech.
Nejoblíbenější strategií řízení asynchronních elektromotorů je vektorové řízení. V současné době většina frekvenčních měničů implementuje vektorové řízení nebo dokonce bezsenzorové vektorové řízení (tento trend se vyskytuje u frekvenčních měničů, které zpočátku implementují skalární řízení a nemají svorky pro připojení snímače otáček).
Na základě typu výstupního zatížení se frekvenční měniče dělí podle provedení:
- pro pohony čerpadel a ventilátorů;
- pro obecné průmyslové elektrické pohony;
- Používá se jako součást elektromotorů pracujících s přetížením.
Mechanické vlastnosti typických zatížení
Moderní frekvenční měniče mají rozmanitou sadu funkčních vlastností, například mají ruční a automatické ovládání otáček a směru otáčení motoru a také vestavěný potenciometr na ovládacím panelu. Mají schopnost regulovat rozsah výstupních frekvencí od 0 do 800 Hz.
Měniče jsou schopny provádět automatické řízení asynchronního motoru na základě signálů z periferních senzorů a aktivovat elektrický pohon na základě zadaného časového algoritmu. Podporují funkce automatického obnovení provozního režimu při krátkodobém výpadku napájení. Provádějí řízení přechodových procesů z dálkového ovládání a chrání elektromotory před přetížením.
Vztah mezi úhlovou rychlostí otáčení a frekvencí napájecího proudu vyplývá z rovnice
Při konstantním napětí napájecího zdroje U1 a změně frekvence se mění magnetický tok asynchronního motoru. Zároveň je pro lepší využití magnetického systému s klesající frekvencí napájecího zdroje nutné úměrně snižovat napětí, jinak se magnetizační proud a ztráty v železe výrazně zvýší.
Podobně by se při zvyšování napájecí frekvence mělo úměrně zvyšovat napětí, aby se magnetický tok udržel konstantní, protože jinak (při konstantním točivém momentu na hřídeli) to povede ke zvýšení proudu rotoru, přetížení jeho vinutí proudem a snížení maximálního točivého momentu.
Racionální zákon regulace napětí závisí na povaze momentu odporu.
Při konstantním statickém zatěžovacím momentu (Mс = const) by mělo být napětí regulováno úměrně jeho frekvenci U1/f1 = const. Pro vějířové zatížení má vztah tvar U1/f 2 1 = const.
Když je moment zatížení nepřímo úměrný rychlosti U1/ √ f1 = const.
Níže uvedené obrázky znázorňují zjednodušené schéma zapojení a mechanické vlastnosti asynchronního motoru s frekvenční regulací úhlové rychlosti.
Schéma zapojení frekvenčního měniče k asynchronnímu elektromotoru
Charakteristiky pro zatížení s konstantním statickým momentem odporu
Charakteristiky pro zatížení ventilátorů
Charakteristiky se statickým zatěžovacím momentem nepřímo úměrným úhlové rychlosti otáčení
Frekvenční regulace otáček asynchronního motoru umožňuje měnit úhlovou rychlost otáčení v rozsahu 20, 30 až 1. Regulace otáček asynchronního motoru směrem dolů od hlavních otáček se provádí prakticky na nulu.
Při změně frekvence napájecí sítě závisí horní hranice frekvence otáčení asynchronního motoru na jeho mechanických vlastnostech, zejména proto, že při frekvencích nad nominální hodnotou pracuje asynchronní motor s lepšími energetickými ukazateli než při nižších frekvencích. Pokud je tedy v pohonném systému použita převodovka, měla by se tato regulace frekvence motoru provádět nejen směrem dolů, ale i směrem nahoru od nominálního bodu, a to až do maximální frekvence otáčení přípustné za podmínek mechanické pevnosti rotoru.
Při zvyšování otáček motoru nad hodnotu uvedenou v jeho pasu by frekvence zdroje energie neměla překročit jmenovitou hodnotu o více než 1,5 – 2krát.
Frekvenční metoda je nejslibnější pro regulaci asynchronního motoru s rotorem veverkové klece. Ztráty výkonu při této regulaci jsou malé, protože nejsou doprovázeny zvýšením skluzu. Mechanické vlastnosti získané tímto způsobem mají vysokou tuhost.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Zjednodušte si výpočty elektrických obvodů, parametrů zařízení a dalších elektrotechnických úkolů s touto praktickou aplikací: Online kalkulačka elektrotechniky
Rozvíjejte své profesní dovednosti:
Vyberte si vhodný formát a témata!
