V tomto článku by som chcel spomenúť niečo z našich aplikačných skúseností s asynchrónnymi motormi riadenými frekvenčným meničom. Nakoľko mnohým nie sú jasné základné princípy riadených pohonov, začnem od úplného začiatku
Aký je princíp činnosti asynchrónneho motora s kotvou nakrátko ?
Asynchrónny motor sa skladá z dvoch základných častí - statora a rotora. V prípade asynchrónneho motora s kotvou nakrátko je rotor tvorený spravidla hliníkovou klietkou, ktorá je obvykle tvorená vodivými tyčami na koncoch vodivo spojenými.
Stator je vo svojom princípe sústava elektromagnetov.
Po pripojení statora na napájanie, vytvorí stator rotujúce magnetické pole. Toto pole statora indukuje v tyčiach rotora elektrický prúd vytvárajúci elektromagnetické pole rotora. Magnetické pole rotora je unášané rotujúcim poľom statora a snaží sa ho dobehnúť. Pri priblížení sa rotora otáčkam rotačného poľa statora sa znižuje indukovaný prúd a klesá veľkosť magnetického poľa rotora. Preto asynchrónny motor nikdy nedosiahne otáčky točivého poľa statora a je sústavne za rotačným magnetickým poľom rotora v sklze.
Aký je vzťah medi výkonom, otáčkami a momentom pohonu ?
Tento vzťah vyjadruje vzorec
kde P = je výkon v kW
M = je moment v Nm
n = sú otáčky za minútu
9550 je prepočítavacia konštanta
Tento vzorec môžeme považovať za základný vzorec riadených pohonov. Jasne z neho vidíme, že moment, výkon a otáčky pohonu, sú matematicky viazané.
Aký je regulačný rozsah motora riadeného frekvenčným meničom?
Dnešné frekvenčné meniče dokážu v pomerne veľkom rozsahu riadiť asynchrónne motory.
Všeobecne sa uvádza, že regulačný rozsah asynchrónneho motora riadeného frekvenčným meničom je 1 : 10. Čo znamená preložené do zrozumiteľnej reči, že motor bude pracovať bez straty momentu pri frekvencii 5 až 50 Hz, alebo prepočítané na otáčky bežného štvorpólového asynchrónneho motora v rozsahu od 140 do 1400 ot./ min. V tomto rozsahu bude jeho moment konštantný, teda bude rovnaký pri 5 Hz, 20 Hz aj 50 Hz.
Keď sa pozrieme na základný pohonový vzorec, vyplýva z neho, že výkon motora sa mení s jeho otáčkami.
Ako príklad si zoberme štandardný motor výkonu 1,5 kW s parametrami:
nominálny výkon P = 1,5 kW
nominálny moment M = 10,3 Nm
nominálne otáčky n = 1 390 ot./ min.
1.
Otáčky motora pri 5 Hz budú:
Výkon pri 5 Hz bude:
2.
Otáčky motora pri 20 Hz budú:
Výkon pri 20 Hz bude:
3.
Otáčky pri 50 Hz budú: n = 1 390 ot./ min
Výkon pri 50 Hz bude:
Z uvedeného je jasne vidieť, že pri riadenom pohone je do 50 Hz moment konštantný, ale výkon lineárne rastie.
Čo je krútiaci moment motora ?
Moment pri riadenom pohone je najdôležitejší parameter. Z fyziky vieme, že moment sa vypočíta podľa vzorca:
M = F * r,
kde
M je moment v Nm
F je sila ( napríklad tiažová v N )
r je rameno, na ktorom pôsobí sila v m
Aký je moment asynchrónneho motora pri frekvencii nižšej ako 5 Hz ?
Moment pri nižších frekvenciách je veľmi závislý od algoritmu riadenia motora vo frekvenčnom meniči. Pri skalárnom riadení ( U/ f ) väčšinou nebýva pod 5 Hz garantovaný. Pri frekvenčných meničoch s vektorovým riadením v otvorenej regulačnej slučke môže motor nominálny moment dosiahnuť už pri frekvencii okolo 1 Hz a regulačný rozsah sa zvýši na 1 : 100. Pri vektorovom riadení v uzavretej slučke ( s použitím inkrementálneho snímača otáčok motora ) sa môže regulačný rozsah blížiť až ku hodnote 1 : 10 000.
Čo sa deje s momentom motora nad frekvenciou 50 Hz ?
Ako vyplýva z princípu asynchrónneho motora, rotor na základe indukcie vytvára elektromagnetické pole. Pri riadení motora frekvenčným meničom ( najlepšie sa to dá pochopiť z U/f charakteristiky ) existuje závislosť medzi frekvenciou a napätím na výstupe frekvenčného meniča (obr. 1).
Vyššej frekvencii zodpovedá vyššie napätie. Zvyšujúce sa napätie kompenzuje vzájomnú interakciu pola rotora a statora. Pri 50 Hz dosiahne menič nominálne napätie na výstupe a ďalšie zvyšovanie napätia už nie je možné. Zvyšovanie frekvencie spôsobuje odbudenie motora a postupné znižovanie momentu motora. Motor už nepracuje s konštantným momentom, ale s konštantným výkonom.