Vlastnosti připojení motoru k jednofázovému frekvenčnímu měniči

Z mnoha důvodů se jednofázové motory rozšířily v každodenním životě. Stejně jako třífázové pohony mohou být připojeny přes frekvenční měniče, přičemž všechny výhody takového schématu zapojení jsou zachovány – plynulé zrychlování a zpomalování, nastavení libovolné rychlosti otáčení, řízení proudu a točivého momentu na hřídeli, ochrana. Připojení jednofázových motorů má však své vlastní charakteristiky, o kterých budeme diskutovat níže.

Elektrický motor

Článek bude pojednávat o jednofázových asynchronních elektromotorech se dvěma výkonovými svorkami a napájecím napětím 220 nebo 380 V při jmenovité frekvenci 50 Hz. Takové jednotky mají zpravidla ve svém obvodu spouštěcí nebo fázově posunutý kondenzátor.

Frekvenční měnič

Podle způsobu připojení napájení na vstupní svorky se rozlišují jednofázové a třífázové frekvenční měniče. Jednofázové frekvenční měniče jsou v tomto případě napájeny fázovým napětím 220 V, třífázové – lineárním napětím 380 V. Na výstupu frekvenčního měniče však většinou vzniká třífázové napětí s fázovým posunem 120°, jehož hodnota je omezena napájecím napětím na vstupu.

Jednofázové a třífázové měniče SIEMENS Micromaster 420

V souvislosti s jednofázovými motory lze frekvenční měniče rozdělit do tří skupin:

1. Měniče speciálně navržené pro jednofázové motory.
2. Měniče s volitelnou možností připojení jednofázových motorů, v takovém případě je nutné použít příslušné nastavení a schéma zapojení.
3. Měniče bez možnosti připojení jednofázového motoru.

Budeme uvažovat frekvenční měniče z druhé skupiny.

Dávejte pozor! Nezaměňujte měniče s jednofázovým vstupním napájením s měniči kmitočtu, které mají jednofázový výstup. Kombinace jsou možné, když měnič s jednofázovým napájením má 3 fáze s napětím 220 V na výstupu, nebo když frekvenční měnič s třífázovým zdrojem dodává napětí 220 nebo 380 V na jednofázový motor.

Funkce připojení

Jak bylo uvedeno výše, ne každý frekvenční měnič může pracovat s jednofázovým motorem, protože při jeho připojení bude třetí (nepřipojená) fáze skutečně otevřená, což způsobí chybu. Proto je nutné pečlivě číst dokumentaci k frekvenčnímu měniči – výrobce musí jasně uvést, že je možné připojit a provozovat jednofázovou zátěž.

Protože jednofázový motor obsahuje kondenzátor, při změně pracovní frekvence nebude možné zajistit požadovaný fázový posun a motor se bude při nízkých frekvencích (méně než 30 Hz) přehřívat. To je třeba vzít v úvahu při výběru rozsahu provozní frekvence a způsobu chlazení měniče.

Při připojení motoru k jedné fázi není možný zpětný chod přes ovládací panel nebo nastavení frekvenčního měniče. Směr otáčení můžete změnit změnou schématu zapojení vinutí uvnitř motoru.

Nastavení frekvenčního měniče

Při nastavování frekvenčního měniče je třeba věnovat pozornost následujícím bodům:

• Pokud je to možné, omezte dobu zrychlování a zpomalování, aby se snížilo zahřívání měniče kmitočtu a motoru. Totéž platí pro počet cyklů zapnutí/vypnutí za jednotku času.
• Vyberte režim řízení skalární frekvence.
• Zakázat sledování přerušení fáze na výstupu FC.
• Před prvním spuštěním je nutné provést automatické seřízení (adaptaci) dle návodu.

Zde je třeba poznamenat jeden důležitý bod. Jednofázový motor má nižší účinnost než třífázový motor se stejnými parametry. To je třeba vzít v úvahu při výběru dvojice měnič kmitočtu/motor. Chcete-li zvýšit účinnost a snížit zahřívání, můžete experimentálně nastavit body na grafu volt-frekvence. Alternativně můžete odpojit startovací kondenzátor a připojit svorky startovacího a pracovního vinutí k výstupu třífázového měniče. Dále proveďte nastavení, jak je uvedeno výše.

Přestavba jednofázového motoru na třífázový motor

Často se jednofázový asynchronní motor ukáže jako třífázový. Jeho přestavba na jednofázovou je obvykle spojena s omezením napájení, které v některých lokalitách může být pouze jednofázové.

Před připojením jednofázového motoru k měniči kmitočtu můžete zkontrolovat jeho schopnost pracovat na třech fázích. K tomu je třeba otevřít motor, určit typ motoru a jeho původní okruh. Nejčastěji se ukazuje, že pohon má třífázové napájení se síťovým napětím 220 V a je sestaven podle schématu “Trojúhelník”, přičemž pro zajištění jeho provozu z jedné fáze je použit kondenzátor s fázovým posunem. Proto postačí vyřadit kondenzátor z obvodu a nastartovat motor pomocí klasického třífázového obvodu.

Podle počtu fází se elektrické sítě dělí na jednofázové a třífázové. První mají jeden fázový a jeden nulový vodič, druhý má tři fázové vodiče, v některých případech je v třífázových sítích přidán nulový vodič. Zařízení, přístroje a elektromotory se také dělí na třífázové a jednofázové.

Třífázové sítě a zařízení se používají v průmyslových a zemědělských zařízeních, inženýrských systémech budov a konstrukcí. Jednofázové – v každodenním životě, obytných budovách a bytech.

Elektromotory se také dělí na jednofázové a třífázové. Ty jsou široce používány v pohonech obráběcích strojů, čerpacích jednotek a dalších zařízení.

Princip činnosti 3fázového elektrického stroje je založen na generování indukovaného točivého magnetického pole při přivedení napětí na vinutí statoru. Rotace je dosaženo posunutím každé fáze o 120 0 vzhledem k druhé. V některých případech jsou třífázové elektromotory připojeny k jednofázové síti. To může být nutné, když v zařízeních s napájecím systémem 220 V není žádné vhodné vybavení.

Jednofázové napětí indukuje pulzující magnetické pole, které je dostatečné pro zajištění rotace rotoru. Takové pole však nezajistí startování motoru. Pro zahájení rotace je nutný fázový posun alespoň 90 0. Pro vytvoření rozdílu v magnetických tocích jednoho nebo dvou vinutí se používají prvky s fázovým posunem. Nejběžnější použití jsou kondenzátory.

Připojení třífázového motoru k jednofázové síti

Schémata zapojení vinutí při zavádění kondenzátorů do obvodů jsou podobná standardním způsobům připojení používaných u asynchronních motorů:

• “Hvězda”. V tomto případě jsou začátky vinutí spojeny v jednom centrálním bodě.
• “Trojúhelník”. Konec každého vinutí je spojen se začátkem dalšího v uzavřeném trojúhelníku.

Schémata zapojení třífázového elektromotoru připojeného k jednofázové síti s jedním kondenzátorem lze použít pro spouštění bez zátěže. Tato metoda výrazně snižuje rozběhový moment. K částečnému odstranění této nevýhody se v praxi používají obvody se dvěma kondenzátory: spouštěcí a pracovní. Start se provádí pomocí dvou kapacitních prvků zahrnutých v obvodu. Spouštěcí kondenzátor je odpojen, když hřídel motoru dosáhne jmenovitých otáček.

Zařazení třífázových elektrických strojů do jednofázové sítě je však doprovázeno ztrátou výkonu a účinnosti, nadměrným zahříváním vinutí, hlukem a výrazným nárůstem tvorby parazitních harmonických.

S příchodem jednofázových frekvenčních měničů bylo možné používat zařízení s 3fázovými motory v jednofázové síti bez vážných nevýhod.

Vlastnosti spojení jednofázového frekvenčního měniče s třífázovým motorem

Pro připojení k frekvenčnímu měniči jsou vhodné motory s vinutím stejných parametrů a třífázové elektrické stroje převedené na jednofázové kondenzátorové elektromotory. V tomto případě je frekvenční měnič připojen k jednofázové síti 3 nebo 2 fáze mohou vycházet z výstupu zařízení, ke kterému je připojen motor. Zapojení se provádí podle níže uvedeného schématu.

Schéma zapojení jednofázového frekvenčního měniče s třífázovým motorem

Před připojením je nutné nejprve zkontrolovat parametry motoru a ujasnit si konstrukci stroje. V některých případech je nutné demontovat elektromotor. Pokud jsou vinutí zapojena do “trojúhelníku”, je nutné z obvodu vyloučit kapacitní prvek a připojit elektromotor k frekvenčnímu měniči pomocí třívodičového obvodu.

Kondenzátorový motor je připojen pomocí dvouvodičového obvodu a kondenzátor s fázovým posunem není z obvodu vyloučen.

Pozor Před připojením kondenzátorového motoru k jednofázové síti přes frekvenční měnič se doporučuje kontaktovat technickou podporu. Nesoulad typu elektromotoru může vést k trvalému vypnutí pohonu a poruše frekvenčního měniče. Řada motorů s vinutími různé indukčnosti a odporovými prvky fázového posunu není vhodná pro spínání přes frekvenční měnič.

Zapnutí třífázového motoru přes frekvenční měnič umožňuje eliminovat nevýhody provozu v jednofázové síti:

• Částečně snížit ztráty energie a zvýšit účinnost.
• Snižte zahřívání vinutí a hluk během provozu.

Pomocí frekvenčních měničů je možné regulovat otáčky rotoru. To výrazně rozšiřuje funkčnost zařízení. VFD také umožňují nastavení spodní hranice otáček pro jednofázové motory chladících kompresorů a dalších zařízení, která nedovolí snížit úhlovou frekvenci otáčení pod určitou hodnotu.

Výhody frekvenčních měničů

Plně funkční frekvenční řízení elektromotorů při zapnutí přes frekvenční měnič je možné pouze u třívodičového schématu zapojení. U motorů připojených bez vyloučení kondenzátoru z obvodu je možná regulace otáček. Zároveň jsou částečně zachovány nevýhody takového pohonu: zahřívání vinutí, snížený výkon a rozběhový moment.

Jednofázové frekvenční měniče:

• Poskytují ochranu proti přehřátí, přepětí a zkratu.
• Zajišťuje plynulé spouštění a zastavování elektromotorů.
• Snižte startovací proudy a spotřebu energie v režimu částečného zatížení.
• Umožňuje implementaci automatického řízení zařízení pomocí jednoduchých algoritmů.
• Může komunikovat s externím ovládacím a řídícím zařízením. Frekvenční měniče mohou komunikovat s centrálním ovladačem automatizačního systému a na dálku upravovat chod pohonu.
• Zajišťuje provoz s externími zařízeními nižšího stupně automatizace. Frekvenční měniče mají analogové, digitální a reléové výstupy pro připojení senzorů, relé a dalších automatizačních prvků.

Zařízení mohou řídit dobu zrychlení a brzdění, přeskakovat rezonanční rychlosti (frekvenční měniče pro ventilační systémy) a provádět řadu dalších funkcí.

Závěr

Připojení třífázového motoru do jednofázové sítě se u průmyslových elektrických pohonů nepoužívá. Charakteristiky elektrického stroje za takových podmínek neodpovídají údajům z pasu, navíc má metoda následující nevýhody:

• Výstupní výkon není větší než 70 % jmenovité hodnoty.
• Zahřívání vinutí v důsledku fázové asymetrie se výrazně zvyšuje.
• Tento režim je přípustný ve výjimečných případech.

Použití třífázových strojů v jednofázových sítích je ekonomicky a technicky nepraktické, protože:

• Výkon je třeba volit s velkou rezervou. To výrazně zvyšuje náklady na elektrický pohon.
• Skutečné parametry třífázového motoru s upraveným obvodem nejsou známy. Zajistit správný chod elektropohonu je však často nemožné.

Použití frekvenčních měničů umožňuje eliminovat nevýhody provozu v jednofázovém režimu. Frekvenční měnič zvyšuje účinnost, snižuje hlučnost a umožňuje regulaci otáček.

Frekvenční měniče pro třífázové motory v jednofázové síti lze použít pro jednoduchá zařízení s nízkým výkonem pracující s malou zátěží. Před zakoupením jednofázového frekvenčního měniče pro připojení třífázového motoru je lepší se poradit s výrobcem.

© Materiál je chráněn autorským právem společnosti OWEN. Bez předchozího souhlasu držitele autorských práv je zakázáno kopírovat, distribuovat nebo jinak používat informace a předměty tohoto materiálu.