Měniče kmitočtu jsou také známé jako invertory, měniče s proměnlivou rychlostí (VSD), měniče s proměnlivou frekvencí (VFD) a střídavé měniče. Měniče kmitočtu slouží k řízení asynchronních motorů, které jsou nejběžnějšími motory používanými v průmyslu.
Tyto motory jsou robustní, vyžadují jen velmi malou údržbu, mají vysokou ochranu před vlivy okolního prostředí a lze je snadno vyrobit.
Když se asynchronní motor připojí přímo k síťovému napájení, rychle se rozběhne a potom se otáčí konstantní rychlostí, která závisí na kmitočtu elektrického napájení a konstrukci motoru.
U některých aplikací je konstantní rychlost přijatelná s tím, že požadované úrovně rychlosti lze dosáhnout pomocí vhodné převodovky. U mnoha aplikací však prudké zrychlení, nebrzděné zpomalení a nemožnost měnit rychlost, případně točivý moment, představují vážný problém. Měniče kmitočtu poskytují řešení: mění napětí a kmitočet přivedené na motor. Mohou pracovat ve dvou režimech a to buď v otevřené smyčce (bez zpětné vazby) nebo v uzavřené smyčce (se zpětnou vazbou). Obě tyto metody mají své výhody a nevýhody:
Otevřená smyčka
Režim otevřená smyčka představuje nejjednodušší způsob řízení asynchronních motorů. Jelikož rychlost motoru závisí na kmitočtu napájení, požadované rychlosti motoru lze jednoduše dosáhnout změnou napětí a kmitočtu. Tato metoda je známá jako řízení dle křivky U/f (skalární režim). Hlavními nevýhodami tohoto způsobu řízení je malá přesnost a slabý točivý moment při nízkých rychlostech.
Proto byl podniknut rozsáhlý výzkum pro zlepšení vlastností měničů kmitočtu s otevřenou smyčkou. Technologie vektorového řízení s otevřenou smyčkou (pseudovektorový režim) a přímého řízení točivého momentu (DTC) pracují s náhradním modelem motoru v reálném čase, aby kompenzovaly širokou řadu faktorů, které ovlivňují rychlost a točivý moment na hřídeli. Výsledkem těchto metod je velké zlepšení výkonu a přesnosti, avšak při nízké rychlosti mohou být vlastnosti pro některé aplikace nedostačující.
Regulace rotorového toku (RFC) je nová metoda řízení pro měniče s otevřenou smyčkou, která poskytuje zlepšenou stabilitu a větší dynamicku.
Měniče s otevřenou smyčkou se používají v případech, kdy se od motoru nevyžaduje zatížení při nulové nebo nízké rychlosti a není důležitá přesnost točivého momentu a rychlosti. Mezi typické aplikace patří:
- čerpadla
- ventilátory
- dopravníky
- mísicí stroje
- odstředivky
Řízení s uzavřenou smyčkou
Řízení s uzavřenou smyčkou používá zpětnou vazbu a to prostřednictvím čidla rychlosti a polohy, připojeného k hřídeli motoru.
Výsledkem je stabilní a přesné řízení rychlosti a točivého momentu s vysokou dynamikou a to z klidového stavu až po maximální rychlost. Mezi typické aplikace patří:
- jeřáby a zvedáky
- výtahy
- navíjení
- manipulace s materiálem
- testování v automobilovém průmyslu
- protlačování
Inteligentní měniče
Inteligentní měniče jsou standardně nebo volitelně vybaveny programovatelnými řídicími jednotkami pro automatizaci nebo řízení polohy. Přinášejí značné výhody: jelikož je řídicí jednotka umístěna přímo v měniči, eliminují se tím zpoždění při komunikaci, čímž se zvýší výkon v automatizačních i polohových aplikacích. Odpadá tak potřeba externích řídicích jednotek, čímž se ušetří místo na panelu.
Úspora energie
Efektivnějším provozem motorů lze podle odhadů dosáhnout až 20% úspory energie. Použití měničů kmitočtu v určitých aplikacích, jako jsou zejména ventilátory a čerpadla, může mít výrazný vliv na spotřebu energie. Jelikož motory spotřebovávají odhadem dvě třetiny elektrické energie v průmyslu, měniče kmitočtu tvoří klíčovou součást každého programu na snížení emisí vypouštěných elektrárnami do ovzduší.
