METODY ŘÍZENÍ OTÁČEK ASYNCHRONNÍHO MOTORU, Klasifikace metod řízení – Teorie elektrického pohonu

Asynchronní motor je nejrozšířenějším elektromotorem. Tyto motory se vyrábějí s výkonem od 0,1 kW do několika tisíc kilowattů a používají se ve všech odvětvích hospodářství. Hlavní předností asynchronního motoru je jeho jednoduchá konstrukce a nízká cena. Asynchronní motor v přímém zapojení však podle principu své činnosti neumožňuje regulaci rychlosti otáčení. Zvláštní pozornost by měla být věnována zamezení značných energetických ztrát, tj. přehřátí rotoru, u asynchronního motoru s kotvou nakrátko je možné, pokud motor pracuje v dlouhodobém režimu s minimálními hodnotami skluzu.

Uvažujme možné způsoby regulace otáček asynchronních motorů (obr. 6.16). Otáčky motoru jsou určeny dvěma veličinami – rychlostí otáčení elektromagnetického pole statoru a posuvné s: s = s₍₎ – s_a6c s = s — spol₍₎s. Na základě toho existují v zásadě dva možné způsoby regulace rychlosti: regulace otáček statorového pole и konstantní regulace skluzu s. Obr. 6.16.Klasifikace metod regulace asynchronních motorů Rychlost otáčení statorového pole je určena dvěma veličinami [viz (1.7)]: frekvence napětí přiváděného do vinutí statoru/_р a počet pólových párů motoru р_п. V souladu s tím existují dva možné způsoby řízení otáček: změna frekvence napájecího napětí pomocí frekvenčních měničů obsažených v obvodu statoru motoru (regulace frekvence), a tím změny v počtu pólových párů motoru. Regulace prokluzu motoru při konstantní rychlosti otáčení statorového pole u asynchronních motorů s kotvou nakrátko je možná změnou napětí statoru při konstantní frekvenci tohoto napětí. U asynchronních motorů s fázovým rotorem jsou navíc možné dva další způsoby: zavedení přídavných odporů do obvodu rotoru a zavedení dodatečného nastavitelného EMF do obvodu rotoru pomocí frekvenčních měničů zahrnutých v obvodu rotoru (kaskáda asynchronních ventilů a motor s dvojitým výkonem). V současné době jsou díky rozvoji technologie přeměny výkonu sériově vyráběny různé typy polovodičových frekvenčních měničů, což předurčilo pokročilý vývoj a široké uplatnění asynchronní elektrický pohon s proměnnou frekvencí. Hlavní výhody tohoto systému pohonu s proměnnou rychlostí jsou:

• • plynulá regulace a vysoká tuhost mechanických charakteristik, která umožňuje regulaci otáček v širokém rozsahu;
• • účinnost regulace, daná tím, že motor pracuje s malými hodnotami absolutního skluzu a ztráty v motoru nepřesahují jmenovité.

Nevýhody frekvenční regulace jsou složitost a

vysoká cena (zejména u výkonových pohonů) frekvenčních měničů a složitost implementace ve většině obvodů režimu rekuperačního brzdění.

Principy a schémata frekvenční regulace otáček asynchronního motoru budou podrobně diskutovány níže.

Změna rychlosti přepínáním počtu pólových párů asynchronního motoru umožňuje získat několik (2-4) hodnot pevných provozních rychlostí, tj. plynulé řízení rychlosti a vytváření přechodných procesů je u této metody nemožné. Proto má tato metoda určité oblasti použití, ale nelze ji považovat za základ pro konstrukci nastavitelných elektrických pohonných systémů.

Způsob regulace otáček asynchronního motoru změnou napájecího napětí na konstantní (standardní) frekvenci má velmi omezené uplatnění z toho důvodu, že regulace otáček je zde spojena se ztrátami skluzové energie uvolněné v rotoru motoru a vedoucí k jeho přehřátí. Mechanické vlastnosti získané touto metodou jsou pro kvalitní regulaci nepříznivé. Rozsah regulace nepřesahuje 1,5:1,0. Hlubší regulaci rychlosti lze povolit pouze na krátkou dobu. Na základě tohoto posouzení je regulace změnou napájecího napětí využívána především pouze k zajištění plynulého rozběhu neregulovaných asynchronních elektrických pohonů nebo ke krátkodobému snížení otáček. Někdy se tento způsob řízení používá pro řízení otáček čerpadel a ventilátorů (mechanismy se zátěží ventilátorového typu) o nízkém výkonu (do 15 kW), v tomto případě je však také nutné zvýšit instalovaný výkon motoru.

U asynchronních motorů s fázovým rotorem lze regulaci otáček provádět působením na obvod rotoru motoru. Při zavedení dodatečného odporu do obvodu rotoru se energie prokluzu rozptýlí nikoli v objemu motoru, ale v odporech. Tento způsob regulace je považován za neekonomický. Při použití obvodů relé-stykač je vyloučena plynulá regulace otáček. V současné době se řízení se zavedením přídavných odporů do obvodu rotoru využívá především pro spouštění asynchronních motorů s fázovým rotorem. Elektropohony s ovládáním reostat-stykač nelze považovat za regulovatelné elektropohony.

Všechny způsoby řízení založené na změně skluzu asynchronního motoru jsou spojeny s uvolňováním energie skluzu v obvodu rotoru motoru. Ve výše zvažovaných metodách byla tato energie vynaložena na ohřev vinutí rotoru a odporů rotoru. Existují systémy regulovatelných elektropohonů, ve kterých se kluzná energie neztrácí v odporech, ale je účelně využívána – vrací se do napájecí sítě, což činí regulaci v těchto systémech hospodárnou. Mezi takové systémy pohonu s proměnnou rychlostí patří: asynchronní ventilové kaskády и motory s dvojitým podáváním. Charakteristickým rysem kaskádových obvodů asynchronních pohonů je omezený regulační rozsah – ne více než 2:1. V tomto rozsahu poskytují kaskádové obvody plynulé a ekonomické řízení rychlosti. Takové systémy elektrického pohonu jsou nejvhodnější pro výkonné turbomechanismy (čerpadla a ventilátory).