Etm.cz - elektrotechnika on-line

Regulované pohony s měniči frekvence (1. část)

abb_5_titl Téměř 60 % elektrické energie v průmyslu spotřebovávají elektrické motory pro pohon mechanických zařízení. Pokud jsou pohony neregulované, značná část této energie je neefektivně zmařena.

Nasazení měničů frekvence naopak vede mimo jiné ke značným úsporám elektrické energie. Výrobci strojních zařízení proto stále častěji instalují před elektrické motory pohánějící jejich zařízení měniče frekvence. Stejně tak provozovatelé stávajících zařízení intenzivně hledají provozy a aplikace, kde by nahradily dosavadní způsoby regulace regulaci prostřednictvím měničů frekvence. Hlavními přednostmi kromě regulace otáček jsou také měkké rozběhy motorů, zabudované ochranné funkce a snížení mechanického opotřebení navazujících zařízení. Měniče frekvence tak najdeme v pračkách, pohonech garážových vrat a závor, v tepelných čerpadlech, na dopravnících, na jeřábech, extrudérech, drtičích, dmychadlech, kompresorech, odstředivkách, pecích, na papírenských strojích i válcovnách, na čerpadlech i ventilátorech jak v domácnosti, tak v průmyslu a v řadě dalších aplikací.

Měniče frekvence jsou řešením pro rozběhy motorů

Asynchronní motory spouštěné přímým připojením na síť mají momentovou charakteristiku znázorněnou na obr. 1 zelenou křivkou. Charakteristické hodnoty jsou moment záběrný v nule otáček, moment maximální jako nejvyšší bod a moment jmenovitý, který odpovídá jmenovitým otáčkám motoru. Pokud sledujeme křivky proudové na obr. 2, nezanedbatelný je proud záběrný, který je 5-7 násobkem proudu jmenovitého. Rozběh motoru velkého výkonu přímým připojením na síť (DOL = Direct On Line) nám tak způsobí úbytek napětí v síti. Na obr. 3 je stejná situace při rozběhu motoru při použití měniče frekvence, křivky momentu. Proud je na obr. 2 růžová přímka, narůstá lineárně na hodnotu jmenovitého proudu a starosti s několikanásobným proudem při rozběhu motoru tak odpadají. Říká se také, že měnič frekvence je ideální softstartér. Softstartér nebo přepínač hvězda/trojúhelník lze také použít pro omezení záběrného proudu (obr. 2, fialová a červená křivka) zároveň je však třeba si uvědomit, že v tomto případě dochází také k omezení momentu (viz obr. 1) a v případě těžkých rozběhů jakými jsou třeba drtiče nebo naložené dopravníky, by se pohon vůbec nemusel rozeběhnout. Z obr. 3 je zřejmé, že při rozběhu s měničem frekvence je již v nule otáček k dispozici dostatečný moment.

abb_2_1

Obr. 1 Momentové charakteristiky asynchronního motoru

abb_2_2

Obr. 2 Proudy při rozběhu asynchronního motoru

abb_2_3

Obr. 3 Momentové charakteristiky při rozběhu s měničem frekvence

Měniče frekvence umožňují plynule regulovat otáčky motorů

V řadě aplikací vzniká potřeba regulovat otáčky odvozená od potřeby regulovat dopravované množství media, ať už je to materiál na dopravnících nebo třeba voda pro čerpadla či vzduch pro ventilátory. Vezmeme-li typický příklad časového využití čerpadel nebo ventilátorů v teplárnách (Operating profile na obr. 4), vidíme vysokou proměnlivost v závislosti na čase. Ze všech dosud užívaných metod regulace je právě metoda řízení otáček měniči frekvence nejhospodárnější, neboť má nejnižší spotřebu energie. Příklad pro čerpadla je na obr. 5 a obr. 6, pro ventilátory na obr. 7. Ekonomické vyhodnocení (Payback period na obr. 4) vychází velmi příznivě právě u typických aplikací v pohonech oběhových čerpadel, napáječek, kouřových i primárních a sekundárních ventilátorů kotlů. Obvyklá doba návratnosti je menší než 1,5 až 2,5 roku. Naopak nízké úspory jsou tam, kde buďto běží zařízení trvale v blízkosti plného výkonu anebo pracuje do konstantního protitlaku.

abb_2_4