Řízení otáček elektromotorů

Někdy se označují jako "dynamické" FC. S vynálezem polovodičové elektroniky bylo možné konstruovat zcela elektronické FC, které se často označují jako "statické" FC (bez pohyblivých částí).

Zatímco princip přeměny pevného síťového napětí a frekvence na proměnné veličiny zůstává prakticky stále stejný, došlo k mnoha vylepšením od prvních FC s tyristory a analogovou technologií až po dnešní mikroprocesorem řízené digitální jednotky.
Vzhledem ke stále se zvyšujícímu stupni automatizace v průmyslu je neustále potřeba automatizovanějšího řízení a neustálého zvyšování rychlosti výroby, takže se neustále vyvíjejí lepší metody dalšího zvyšování efektivity výrobních zařízení.
Třífázové motory s řízením FC jsou dnes standardním prvkem všech automatizovaných technologických zařízení, komerčních a veřejných budov. Vysoce účinné indukční motory, ale zejména konstrukce motorů, jako jsou motory s permanentními magnety, EC motory a synchronní reluktanční motory, potřebují regulaci pomocí FC, mnohé motory dokonce nelze provozovat přímo ze standardního třífázového napájení.
Pro systémy, které mohou řídit nebo měnit otáčky elektromotorů, se používá různá terminologie. Nejčastěji se používají tyto:

• Frekvenční měnič (FC)
• Měnič otáček (VSD)
• Regulovatelný pohon otáček (ASD)
• Nastavitelný frekvenční měnič (AFD)
• Měnič kmitočtu s proměnnou frekvencí (VFD)

Zatímco VSD a ASD se týkají regulace otáček obecně, AFD a VFD jsou přímo spojeny s nastavením napájecí frekvence motoru.
V této souvislosti se používá i zkratka "pohon". Tato formulace zahrnuje výkonovou elektronickou část zařízení a podpůrné komponenty, jako jsou snímače proudu, vstupy/výstupy a rozhraní člověk-stroj (HMI).

Proč používat regulace otáček?

Důvodů pro nastavení rychlosti aplikace je celá řada:

• Úspora energie a zvýšení účinnosti systémů
• Přizpůsobení otáček pohonu požadavkům procesu
• Přizpůsobení točivého momentu nebo výkonu pohonu požadavkům procesu
• Zlepšení pracovního prostředí
• Snížit mechanické namáhání strojů
• Snižte hladinu hluku, například u ventilátorů a čerpadel

V závislosti na aplikaci převažuje jedna nebo druhá výhoda. Je však prokázáno, že regulace otáček přináší významné výhody v mnoha různých aplikacích.

Jak jsou možnosti regulace otáček motoru?

Existují tři hlavní technologie realizace regulace otáček používané v průmyslu. Každá z nich má své jedinečné vlastnosti.

Hydraulické

• Hydrodynamický typ
• Statický typy

Jsou často upřednostňovány v dopravníkových aplikacích, zejména u zemních a důlních zařízení. Je to v podstatě díky inherentní schopnosti "měkkého startu" hydraulické jednotky.

Mechanické

• Pásové a řetězové pohony (s nastavitelným průměrem)
• Třecí pohony (kovové)
• Převodovky s proměnlivou rychlostí

Mechanická řešení jsou u některých aplikací stále upřednostňována mnoha inženýry, zejména strojními, především pro svou jednoduchost a nízkou cenu.

Elektrické

• FC s elektrickým motorem
• Servosystémy (např. servozesilovač a servomotor PM)
• Stejnosměrný motor s řídicí elektronikou
• Motor s kluzným kroužkem (řízení skluzu s indukčním motorem s vinutým rotorem)

V minulosti byla elektrická zařízení pro regulaci otáček složitá na obsluhu a drahá. Používaly se pro nejnáročnější úlohy, kde nebyly k dispozici žádné alternativy. Uvedený výčet technických řešení pro regulaci otáček motorů není vyčerpávající a má poskytnout pouze představu o možnostech.

Frekvenční měniče

Moderní frekvenční měniče lze použít k nastavení a udržování rychlosti nebo točivého momentu poháněného stroje s přesností ±0,5 %. To je nezávislé na zatížení ve srovnání s provozem indukčního motoru s pevnými otáčkami, kde se otáčky mohou lišit až o 3-5 % (skluz) od chodu naprázdno do plného zatížení.
Výrobci motorů používají různé koncepce k dosažení vysoké účinnosti elektromotorů. Pro uživatele může být obtížné rozpoznat hlavní výhody jedné technologie od druhé, ale jistě si všimne, že energeticky účinné motory potřebují vysoce technologické řízení.
V zásadě lze téměř všechny motory provozovat pomocí řídicích algoritmů speciálně přizpůsobených jednotlivým typům motorů. Někteří výrobci frekvenčních měničů vztahují svou konstrukci na úzkou skupinu technologií motorů, ale mnoho výrobců má různé algoritmy zabudované a volitelné při uvádění do provozu.
Pro zadavatele je důležité, aby frekvenční měnič bylo možné snadno uvést do provozu na základě údajů, které jsou obvykle k dispozici pro typ použitého motoru. Po uvedení do provozu musí být uživatel přesvědčen, že systém je skutečně tak jednoduchý, jak očekával, proto je nezbytné online měření skutečné spotřeby energie a snadný přístup k důležitým údajům o provozu.
Je třeba mít na paměti, že pro potenciální úspory energie jsou důležité všechny součásti systému. Podle Německého svazu výrobců elektrotechniky a elektroniky lze přibližně 10 % úspor dosáhnout použitím motorů s vysokou účinností, 30 % úspor se dosáhne proměnlivými otáčkami, ale až 60 % potenciálních úspor se dosáhne tím, že se podíváme na celý systém a podle toho ho optimalizujeme.