Jak se řídí otáčky jednofázového asynchronního motoru?

Manažeři společnosti zodpoví všechny vaše dotazy, vyberou potřebné vybavení a připraví obchodní nabídku.

Často vyvstává úkol změnit rychlost jednofázového motoru. Podívejme se, jaké metody pro to existují a která z nich je vhodná ve vašem případě.

Jednofázové asynchronní motory jsou napájeny z běžné sítě střídavého napětí 220 V.

Nejběžnější konstrukce takových motorů obsahuje dvě (nebo více) vinutí – pracovní a fázový posuv. Pracovní je napájen přímo a přídavný je napájen přes kondenzátor, který posune fázi o 90 stupňů, čímž vznikne rotující magnetické pole. Proto se takové motory také nazývají dvoufázové nebo kondenzátorové motory.

Je nutné regulovat rychlost otáčení takových motorů, například pro:

změny proudění vzduchu ve ventilačním systému
kontrola výkonu čerpadla
změny rychlosti pohybujících se částí, například u obráběcích strojů, dopravníků

Ve ventilačních systémech to umožňuje šetřit energii, snížit hladinu akustického hluku instalace a nastavit požadovaný výkon.

Způsoby regulace

Nebudeme uvažovat mechanické způsoby změny rychlosti otáčení, například převodovky, spojky, ozubené převody. Nebudeme se také dotýkat způsobu změny počtu pólů vinutí.

Zvažme metody se změnou elektrických parametrů:

změna napájecího napětí motoru
změna frekvence napájecího napětí

Regulace napětí

Regulace rychlosti tímto způsobem je spojena se změnou tzv prokluz motoru — rozdíl mezi rychlostí otáčení magnetického pole vytvářeného stacionárním statorem motoru a jeho pohybujícím se rotorem:

n₁ – rychlost rotace magnetického pole

n₂ — rychlost otáčení rotoru

V tomto případě se nutně uvolňuje kluzná energie – což způsobuje větší zahřívání vinutí motoru.

Tato metoda má malý regulační rozsah, přibližně 2:1, a lze ji také provádět pouze směrem dolů – tedy snížením napájecího napětí.

Při regulaci otáček tímto způsobem je nutné instalovat předimenzované motory.

Ale navzdory tomu se tato metoda používá poměrně často u motorů s nízkým výkonem se zatížením ventilátoru.

V praxi se k tomu používají různé obvody regulátorů.

Regulace napětí autotransformátoru

Autotransformátor je obyčejný transformátor, ale s jedním vinutím a odbočkami z některých závitů. V tomto případě není galvanické oddělení od sítě, ale v tomto případě není potřeba, takže je dosaženo úspor díky absenci sekundárního vinutí.

Diagram ukazuje autotransformátor T1, vypínač SW1, ke kterým přicházejí odbočky s různým napětím, a motor M1.

Nastavení se provádí v krocích, obvykle se nepoužívá více než 5 kroků regulace.

Výhody tohoto schématu:

nezkreslený průběh výstupního napětí (čistá sinusovka)
dobrá přetížitelnost transformátoru

velká hmotnost a rozměry transformátoru (v závislosti na výkonu motoru zátěže)
všechny nevýhody spojené s regulací napětí

Tyristorový regulátor otáček motoru

Tento obvod používá klíče – dva tyristory zapojené zády k sobě (napětí je střídavé, takže každý tyristor prochází vlastní půlvlnou napětí) nebo triak.

Řídicí obvod reguluje okamžik otevření a zavření tyristorů vzhledem k fázovému přechodu přes nulu, podle toho je kus „odříznut“ na začátku nebo méně často na konci napěťové vlny.

Tím se změní efektivní hodnota napětí.

Tento obvod je poměrně široce používán k regulaci aktivních zátěží – žárovek a všech druhů topných zařízení (tzv. stmívače).

Dalším způsobem regulace je přeskakování půlcyklů napěťové vlny, ale při síťové frekvenci 50 Hz to bude na motoru znát – hluk a škubání při provozu.

Pro řízení motorů jsou regulátory upraveny kvůli charakteristikám indukční zátěže:

nainstalujte ochranné obvody LRC pro ochranu vypínače (kondenzátory, rezistory, tlumivky)
přidejte na výstup kondenzátor pro úpravu průběhu napětí
omezit minimální výkon regulace napětí – pro zaručený start motoru
použijte tyristory s proudem několikanásobně vyšším než je proud elektromotoru

Výhody tyristorových regulátorů:

nízké náklady
nízká hmotnost a rozměry

lze použít pro motory s nízkým výkonem
Během provozu se může objevit hluk, praskání a škubání motoru.
při použití triaků je na motor přivedeno konstantní napětí
všechny nevýhody regulace napětí

Stojí za zmínku, že u většiny moderních klimatizací střední a vyšší úrovně se rychlost ventilátoru upravuje tímto způsobem.

Tranzistorový regulátor napětí

Jak sám výrobce nazývá, elektronický autotransformátor neboli PWM regulátor.

Napětí se mění na principu PWM (pulsně šířková modulace) a v koncovém stupni jsou použity tranzistory – polní nebo bipolární s izolovaným hradlem (IGBT).

Výstupní tranzistory jsou spínány na vysoké frekvenci (asi 50 kHz), pokud změníte šířku impulsů a pauz mezi nimi, změní se i výsledné napětí na zátěži. Čím kratší pulz a delší pauza mezi nimi, tím nižší je výsledné napětí a příkon.

U motoru je při frekvenci několika desítek kHz změna šířky impulsu ekvivalentní změně napětí.

Koncový stupeň je stejný jako u frekvenčního měniče, jen pro jednu fázi je místo šesti diodový usměrňovač a dva tranzistory a řídicí obvod mění výstupní napětí.

Výhody elektronického autotransformátoru:

Malé rozměry a hmotnost zařízení
Nízké náklady
Čistý, nezkreslený průběh výstupního proudu
Žádný hukot při nízkých otáčkách
Ovládání signálu 0-10 V

Vzdálenost od zařízení k motoru není větší než 5 metrů (tato nevýhoda odpadá při použití dálkového ovladače)
Všechny nevýhody regulace napětí

Regulace frekvence

Zrovna nedávno (před 10 lety) byl na trhu omezený počet frekvenčních regulátorů pro otáčky motoru a byly poměrně drahé. Důvodem bylo, že neexistovaly levné vysokonapěťové výkonové tranzistory a moduly.

Ale vývoj v oblasti polovodičové elektroniky umožnil přinést na trh výkonové IGBT moduly. V důsledku toho se na trhu masivně objevují invertorové klimatizace, svařovací invertory a frekvenční měniče.

Frekvenční převod je v tuto chvíli hlavním způsobem regulace výkonu, výkonu, rychlosti všech zařízení a mechanismů poháněných elektromotorem.

Frekvenční měniče jsou však určeny pro řízení třífázových elektromotorů.

Jednofázové motory lze ovládat:

specializované jednofázové měniče
třífázové měniče s výjimkou kondenzátoru

Měniče pro jednofázové motory

V současnosti pouze jediný výrobce ohlašuje sériovou výrobu specializovaného měniče pro kondenzátorové motory – INVERTEK DRIVES.

Toto je model Optidrive E2

Pro stabilní startování a provoz motoru se používají speciální algoritmy.

V tomto případě je možné nastavení frekvence směrem nahoru, ale v omezeném frekvenčním rozsahu tomu brání kondenzátor nainstalovaný v obvodu vinutí s fázovým posunem, protože jeho odpor přímo závisí na frekvenci proudu:

f – aktuální frekvence

C – kapacita kondenzátoru

Koncový stupeň používá můstkový obvod se čtyřmi výstupními IGBT tranzistory:

Optidrive E2 umožňuje ovládat motor bez vyjmutí kondenzátoru z obvodu, to znamená bez změny konstrukce motoru – u některých modelů je to docela obtížné.

Výhody specializovaného frekvenčního měniče:

inteligentní řízení motoru
Stabilně stabilní chod motoru
Obrovské možnosti moderních měničů:
- schopnost řídit chod motoru pro udržení určitých charakteristik (tlak vody, průtok vzduchu, rychlost při měnícím se zatížení)
- četné ochrany (motor a samotné zařízení)
- senzorové vstupy (digitální a analogové)
- různé výstupy
- komunikační rozhraní (pro ovládání, monitorování)
- přednastavené rychlosti
- PID regulátor
Nevýhody použití jednofázového měniče: