Vše o frekvenčních měničích

Frekvenční měniče jsou zařízení pro plynulou změnu rychlosti otáčení synchronních a asynchronních motorů změnou frekvence napájecího proudu.

V moderní technice se díky jednoduchosti konstrukce a údržby, malým rozměrům, vysoké spolehlivosti a nízké ceně extrémně rozšířily asynchronní elektromotory.

Při provozu různých zařízení, která používají jako pohony asynchronní elektromotory, je často potřeba regulovat rychlost jejich otáčení.

Na základě vzorce n = (1 – S)60f/p kde n je rychlost otáčení rotoru, S je skluz, f je frekvence napájecí sítě, p je počet pólových párů.

Existují tři způsoby, jak regulovat rychlost otáčení asynchronního motoru:

• — změna ve skluzu. Tato metoda se používá u motorů s vinutým rotorem. Do okruhu vinutého rotoru je zaveden seřizovací reostat. Pomocí této metody můžete získat velký rozsah regulace rychlosti směrem dolů. Tento způsob má však i řadu nevýhod, z nichž hlavní jsou velké ztráty na regulačním reostatu (topení), tzn. snížení účinnosti. V důsledku toho se tato metoda používá ke krátkodobému snížení rychlosti otáčení.
• — změna počtu párů pólů. Tato metoda zahrnuje použití speciálních motorů (vícerychlostních) se složitějším statorovým vinutím, které umožňuje měnit počet pólových párů, a rotoru s veverkou. Nevýhodou tohoto způsobu je stupňovitá regulace (3000, 1500, 1000, 750, 600 ot./min – 1,2,3,4,5 vinutí s 1,2,3,4,5 páry pólů, resp.), vysoká cena resp. objemnost motoru.
• — změna frekvence napájecího proudu (napětí). V praxi tato metoda, v obecném případě (nejjednodušší), zahrnuje změnu efektivní hodnoty dodávaného napětí spolu s frekvencí tak, aby poměr U/f byl konstantní. Toto (změna vstupního napětí) se provádí pro udržení přetížitelnosti motoru při změně frekvence sítě.

U pohonů odstředivých čerpadel a ventilátorů, které jsou typickými představiteli proměnlivého mechanického zatížení (zatěžovací moment roste s rostoucí rychlostí otáčení), se napěťová funkce využívá na druhou mocninu frekvence U/f 2 = konst.

U pokročilejších frekvenčních regulátorů se pro nezávislé řízení rychlosti otáčení a elektromagnetického momentu motoru používá tzv. vektorové řízení. U tohoto typu řízení je nutné v každém časovém okamžiku řídit amplitudu a fázi statorového proudu (tj. vektoru) v závislosti na poloze rotoru vůči vinutí statoru.

Aplikace frekvenčních regulátorů. Proč potřebujete regulátor frekvence?
Asynchronní motory mají řadu nevýhod (obtížná regulace rychlosti otáčení, velké rozběhové proudy, relativně nízký rozběhový moment). Pro svou jednoduchost, spolehlivost a nízkou cenu se však extrémně rozšířily v průmyslu i každodenním životě. Použití frekvenčních regulátorů „odstraňuje“ nevýhody asynchronních motorů a navíc umožňuje vyhnout se instalaci různých přídavných zařízení, snížit ztráty v technologickém procesu, zvýšit účinnost samotného motoru a snížit opotřebení motoru. jak samotný motor, tak i zařízení použité v tomto technologickém procesu.

Podívejme se podrobněji na příklad použití frekvenčních regulátorů využívajících čerpací zařízení. Ztráty v technologickém systému závisí na zatížení vytvářeném spotřebiči (nemůžeme ovlivnit) a hydraulickém odporu prvků tohoto systému. Udržování tlaku u spotřebitelů na konstantní úrovni s měnícím se zatížením je tedy možné pouze s použitím přídavných zařízení (různé regulátory tlaku, membránové nádrže, škrticí ventily). Použití tohoto zařízení vytváří dodatečný hydraulický odpor a v důsledku toho snižuje účinnost systému jako celku. Při použití frekvenčního regulátoru si motor sám reguluje tlak v síti změnou rychlosti otáčení. Navíc, jak se snižuje procesní zatížení a rychlost čerpadla, zvyšuje se i účinnost samotného čerpadla. Tímto způsobem je dosaženo dvojího účinku, zvýšení účinnosti systému jako celku, v důsledku vyloučení nadměrného hydraulického odporu ze systému a zvýšení účinnosti samotného čerpadla jako celku.

Použití frekvenčního regulátoru také výrazně snižuje provozní náklady spojené s opotřebením zařízení. Plynulé ovládání otáčení (a pozvolný start) téměř zcela zamezuje jak vodním rázům, tak rázům energie (obzvláště důležité v systémech, kde je zajištěno časté spouštění/zastavování čerpadla).