Regulace otáček asynchronního motoru
Třífázové motory lze ovládat několika způsoby. Probereme nejběžnější metody a zvážíme jejich výhody a nevýhody.
Přepínání sekcí statorových vinutí na různý počet pólových párů
Dřevoobráběcí a kovoobráběcí stroje, výtahy a mnoho dalších mechanismů pracují s různými rychlostmi a nevyžadují plynulou regulaci. K jejich ovládání postačuje krokový pohon.
U vícerychlostního motoru s klecí nakrátko můžete zajistit několik pevných otáček přepnutím vinutí statoru na různý počet pólových párů. Rychlost otáčení magnetického toku se v tomto případě mění rozložením magnetomotorické síly ve statorovém otvoru. Pokud je poměr pólových párů 1:2, vinutí každé fáze tvoří dvě sekce. Změnou směru proudu v jedné z nich změníte počet pólových párů 2krát.
Metoda řízení frekvence
Tato metoda umožňuje plynulou regulaci otáček v poměrně širokých mezích a zároveň zachovává charakteristiky motoru. Rychlost otáčení rotoru se mění změnou frekvence napájecího proudu a rychlosti otáčení magnetického pole.
Budete potřebovat frekvenční měnič schopný převést síťový proud o frekvenci 50 Hz na proud s proměnnou frekvencí, který se plynule mění v širokém rozsahu. Mnoho frekvenčních měničů vyráběných moderním průmyslem provádí vektorovou nebo bezsnímačovou regulaci a reguluje výstupní frekvence v rozsahu 0–800 Hz.
Tato metoda řízení zahrnuje použití dvou řídicích kanálů – napětí a frekvence. Při snižování frekvence je nutné současně snižovat úroveň napětí, aby se magnetický tok udržel nezměněný.
Změna napětí dodávaného do statoru
Aby tvar mechanické charakteristiky motoru zůstal konstantní a otáčky dosáhly požadované hodnoty, je třeba použít metodu změny napětí. U konvenčních motorů není rozsah regulace otáček příliš velký. Většího rozsahu lze dosáhnout u motorů s vysokým prokluzem. Pro zajištění stabilního provozu jednotky je nutné použít uzavřený systém, který zaručuje stabilizaci otáček.
Při změně statického momentu začne řídicí systém udržovat nastavenou úroveň otáček a jedna mechanická charakteristika se změní na jinou. Zdrojem s nastavitelným napětím jsou tyristorové měniče (obvykle pracující v pulzním režimu) nebo magnetické zesilovače. Nastavená rychlost je zajištěna průměrným napětím udržovaným na svorkách statoru.
Použití autotransformátorů se sekčními vinutími a transformátorů pro regulaci napětí na svorkách je možné, ale ne vždy vhodné, protože tyto jednotky jsou poměrně drahé a nemohou zajistit vysoce kvalitní regulaci a jsou s nimi k dispozici pouze postupné změny napětí. Autotransformátory se obvykle používají, pokud je nutné omezit rozběhový proud u výkonného motoru.
Parametrické řízení
Tato metoda znamená zavedení dodatečného odporu do obvodu motoru. Protože aktivní odpor statorového obvodu má malý vliv na kritickou hodnotu skluzu, je zavedení dodatečného odporu do statorového obvodu neúčinné a tato metoda se prakticky nepoužívá. Pokud se statický moment nezmění, otáčky se sníží jen mírně.
Přibližně stejného efektu se dosáhne zavedením indukčního odporu do obvodu statoru. V tomto případě se kritický skluz mírně sníží, ale točivý moment motoru se výrazně sníží, protože se odpor zvyšuje.
Dodatečný odpor ve statorovém obvodu může omezit rozběhové proudy. Tyristory pak poskytují dodatečný aktivní odpor a tlumivky poskytují dodatečný indukční odpor.
Stejného nevýznamného efektu se dosáhne zavedením dodatečného indukčního odporu do obvodu rotoru. Dodatečný aktivní odpor v obvodu rotoru reguluje otáčky mnohem lépe.
Vzhledem ke všemu výše uvedenému je použití parametrické metody řízení opodstatněné v případě, kdy je během technologického procesu nutné krátkodobé snížení rychlosti, nebo pokud jsou procesy regulace rychlosti plně kombinovány s cyklem rozběhu a brzdění aktuátoru.
Metody regulace otáček třífázových motorů se volí v závislosti na sledovaných cílech, typu a modelu motoru a pracovního mechanismu, vlastnostech technologického procesu atd.
Již dlouhou dobu se v průmyslu používají neregulované elektrické pohony založené na AM, ale v poslední době je potřeba regulace otáček asynchronních motorů.
Rychlost rotoru je
V tomto případě závisí rychlost synchronního otáčení na frekvenci napětí a počtu pólových párů
Na základě toho můžeme usoudit, že rychlost krevního tlaku lze upravit změnou skluzu, frekvence a počtu pólových párů.
Podívejme se na hlavní způsoby úpravy.
Řízení otáček změnou aktivního odporu v obvodu rotoru
Tato metoda řízení rychlosti je použitelná pro motory s vinutým rotorem. V tomto případě je k obvodu vinutí rotoru připojen reostat, který může postupně zvyšovat odpor. Se zvyšujícím se odporem se zvyšuje prokluz motoru a klesá rychlost. Tím je zajištěno, že rychlost je nastavena směrem dolů od přirozené charakteristiky.
Nevýhodou tohoto způsobu je, že je neekonomický, protože s narůstajícím skluzem rostou ztráty v rotorovém okruhu a tím klesá účinnost motoru. Navíc se mechanické vlastnosti motoru stávají plošší a měkčí, díky čemuž malá změna zátěžového momentu na hřídeli způsobí velkou změnu rychlosti otáčení.
Regulace otáček tímto způsobem není efektivní, ale přesto se používá u motorů s vinutým rotorem.
Regulace otáček motoru změnou napájecího napětí
Tento způsob řízení lze realizovat připojením autotransformátoru k obvodu před stator za napájecí vodiče. Současně, pokud snížíte napětí na výstupu autotransformátoru, motor bude pracovat se sníženým napětím. To povede ke snížení otáček motoru při konstantním zatěžovacím momentu a také ke snížení přetížitelnosti motoru. To je způsobeno tím, že při poklesu napájecího napětí se maximální točivý moment motoru sníží o faktor čtverce. Navíc tento moment klesá rychleji než proud v rotorovém okruhu, což znamená, že se také zvyšují ztráty s následným zahříváním motoru.
Způsob regulace změnou napětí je možný pouze směrem dolů od přirozené charakteristiky, protože není možné zvýšit napětí nad jmenovité napětí, protože to může vést k velkým ztrátám v motoru, přehřátí a poruchám.
Kromě autotransformátoru můžete použít tyristorový regulátor napětí.
Řízení otáček změnou frekvence napájecího zdroje
Při tomto způsobu řízení je k motoru připojen frekvenční měnič (FC). Nejčastěji se jedná o tyristorový frekvenční měnič. Regulace rychlosti se provádí změnou frekvence napětí f, protože v tomto případě ovlivňuje synchronní rychlost otáčení motoru.
S klesající frekvencí napětí klesá přetížitelnost motoru, aby se tomu zabránilo, je nutné zvýšit hodnotu napětí U1. Hodnota, o kterou je potřeba zvýšit, závisí na jednotce. Pokud se regulace provádí s konstantním zatěžovacím momentem na hřídeli, pak se napětí musí měnit úměrně změně frekvence (se snižující se rychlostí). Při zvyšování otáček by se to nemělo dělat, napětí by mělo zůstat na jmenovité hodnotě, jinak může dojít k poškození motoru.
Pokud se regulace otáček provádí s konstantním výkonem motoru (například u obráběcích strojů), pak změna napětí U1 musí být provedeno v poměru k druhé odmocnině změny frekvence f1.
Při regulaci instalací s charakteristikou ventilátoru je nutné změnit napájecí napětí U1 úměrná druhé mocnině změny frekvence f1.
Regulace změnou frekvence je nejpřijatelnější možností pro asynchronní motory, protože poskytuje řízení otáček v širokém rozsahu, bez výrazných ztrát a snížení přetížitelnosti motoru.
Regulace rychlosti krevního tlaku změnou počtu pólových párů
Tento způsob řízení je možný pouze u víceotáčkových asynchronních motorů s rotorem nakrátko, protože počet pólů tohoto rotoru je vždy roven počtu pólů statoru.
V souladu s výše uvedeným vzorcem lze rychlost motoru upravit změnou počtu pólových párů. Navíc ke změně rychlosti dochází v krocích, protože počet pólů nabývá pouze určitých hodnot – 1,2,3,4,5.
Změna počtu pólů se dosahuje přepínáním skupin cívek statorového vinutí. V tomto případě jsou cívky připojeny pomocí různých schémat zapojení, například „hvězda-hvězda“ nebo „hvězda-dvojitá hvězda“. První schéma zapojení udává změnu počtu pólů v poměru 2:1. To zajišťuje konstantní výkon motoru při přepínání. Druhý obvod mění počet pólů ve stejném poměru, ale zároveň poskytuje konstantní moment motoru.
Použití tohoto způsobu regulace je odůvodněno zachováním účinnosti a účiníku při spínání. Nevýhodou je složitější a zvětšená konstrukce motoru a také zvýšení jeho nákladů.
