Frekvenční měniče jsou zařízení pro plynulou změnu rychlosti otáčení synchronních a asynchronních motorů změnou frekvence napájecího proudu.
V moderní technice se díky jednoduchosti konstrukce a údržby, malým rozměrům, vysoké spolehlivosti a nízké ceně extrémně rozšířily asynchronní elektromotory.
Při provozu různých zařízení, která používají jako pohony asynchronní elektromotory, je často potřeba regulovat rychlost jejich otáčení.
Na základě vzorce n = (1 – S)60f/p kde n je rychlost otáčení rotoru, S je skluz, f je frekvence napájecí sítě, p je počet pólových párů.
Existují tři způsoby, jak regulovat rychlost otáčení asynchronního motoru:
- – změna ve skluzu. Tato metoda se používá u motorů s vinutým rotorem. Do okruhu vinutého rotoru je zaveden seřizovací reostat. Pomocí této metody můžete získat velký rozsah regulace rychlosti směrem dolů. Tento způsob má však i řadu nevýhod, z nichž hlavní jsou velké ztráty na regulačním reostatu (topení), tzn. snížení účinnosti. V důsledku toho se tato metoda používá ke krátkodobému snížení rychlosti otáčení.
- – změna počtu pólových párů. Tato metoda zahrnuje použití speciálních motorů (vícerychlostních) se složitějším statorovým vinutím, které umožňuje měnit počet pólových párů, a rotoru s veverkou. Nevýhodou tohoto způsobu je stupňová regulace (3000, 1500, 1000, 750, 600 ot./min – 1,2,3,4,5 vinutí s 1,2,3,4,5 páry pólů, resp.), vysoká cena resp. objemnost motoru.
- – změna frekvence napájecího proudu (napětí). V praxi tato metoda, v obecném případě (nejjednodušší), zahrnuje změnu efektivní hodnoty dodávaného napětí spolu s frekvencí tak, aby poměr U/f byl konstantní. Toto (změna vstupního napětí) se provádí pro udržení přetížitelnosti motoru při změně frekvence sítě.
V pohonech odstředivých čerpadel a ventilátorů, které jsou typickými představiteli proměnného mechanického zatížení (zatěžovací moment roste s rostoucí rychlostí otáčení), se využívá napěťová funkce na druhou mocninu frekvence U/f 2 = konst.
U pokročilejších frekvenčních regulátorů se pro nezávislé řízení rychlosti otáčení a elektromagnetického momentu motoru používá tzv. vektorové řízení. U tohoto typu řízení je nutné řídit amplitudu a fázi proudu statoru (tj. vektor) v závislosti na poloze rotoru vůči vinutí statoru v každém časovém okamžiku.
Aplikace frekvenčních regulátorů. Proč potřebujete regulátor frekvence?
Asynchronní motory mají řadu nevýhod (obtížná regulace rychlosti otáčení, velké rozběhové proudy, relativně nízký rozběhový moment). Pro svou jednoduchost, spolehlivost a nízkou cenu se však extrémně rozšířily v průmyslu i každodenním životě. Použití frekvenčních regulátorů „odstraňuje“ nevýhody asynchronních motorů a navíc umožňuje vyhnout se instalaci různých přídavných zařízení, snížit ztráty v technologickém procesu, zvýšit účinnost samotného motoru a snížit opotřebení motoru. jak samotný motor, tak i zařízení použité v tomto technologickém procesu.
Podívejme se podrobněji na použití frekvenčních regulátorů na příkladu čerpacího zařízení. Ztráty v technologickém systému závisí na zatížení vytvářeném spotřebiči (nemůžeme ovlivnit) a hydraulickém odporu prvků tohoto systému. Udržování tlaku u spotřebitelů na konstantní úrovni s měnícím se zatížením je tedy možné pouze s použitím přídavných zařízení (různé regulátory tlaku, membránové nádrže, škrticí ventily). Použití tohoto zařízení vytváří dodatečný hydraulický odpor a v důsledku toho snižuje účinnost systému jako celku. Při použití frekvenčního regulátoru si motor sám reguluje tlak v síti změnou rychlosti otáčení. Navíc, jak se snižuje procesní zatížení a rychlost čerpadla, zvyšuje se i účinnost samotného čerpadla. Tímto způsobem je dosaženo dvojího účinku, zvýšení účinnosti systému jako celku, v důsledku vyloučení nadměrného hydraulického odporu ze systému a zvýšení účinnosti samotného čerpadla jako celku.
Použití frekvenčního regulátoru také výrazně snižuje provozní náklady spojené s opotřebením zařízení. Plynulé ovládání otáčení (a pozvolný start) téměř zcela zamezuje jak vodním rázům, tak rázům energie (obzvláště důležité v systémech, kde je zajištěno časté spouštění/zastavování čerpadla).
