Jak zvýšit výkon jednofázového asynchronního motoru?

Stává se, že výkon elektromotoru nestačí zajistit spuštění a provoz zařízení. Jak zvýšit výkon elektromotoru? Nejprve byste měli znát důvod: proč není dostatek energie – a spočívá v parametrech proudu procházejícího vinutím jednotky. Proto je potřeba zvýšit jeho hodnotu, a to buď připojením motoru do sítě vyšší frekvence (pokud se jedná o střídavý přístroj), nebo provedením některých konstrukčních změn (při připojení k domácí síti). Níže se budeme zabývat druhým případem.

Jak zvýšit výkon elektromotoru doma

K provedení práce byste se tedy měli „vyzbrojit“:

sada drátů různých sekcí;
tester;
frekvenční měnič;
zdroj proudu s proměnným EMF.

Nejprve musíte připojit elektromotor k vašemu stávajícímu zdroji proudu a proměnnému EMF a zvýšit jeho hodnotu. Napětí ve vinutí by se mělo odpovídajícím způsobem zvýšit a stát se rovným hodnotě EMF (pokud nezohledníme ztráty v napájecích vodičích, ale jsou nevýznamné).

Chcete-li vypočítat zvýšení výkonu motoru, určete hodnotu zvýšení napětí a tuto hodnotu umocněte. Pokud se například napětí na vinutích zdvojnásobilo (ze 110V na 220V), výkon motoru se zčtyřnásobil.

Někdy je nejracionálnějším způsobem zvýšení výkonu elektromotoru převinutí vinutí. U mnoha modelů se jedná o měděný vodič. Měli byste vzít drát ze stejného materiálu a stejné délky, ale s větším průřezem. Výkon motoru (a proud ve vodiči) se zvýší o stejnou hodnotu, jakou bude klesat odpor vinutí. Ujistěte se, že napětí na vinutí zůstává konstantní.

Výpočet je v tomto případě také docela jednoduchý. Vydělte větší číslo velikosti drátu menším číslem. Pokud je vodič o průřezu 0.5 mm nahrazen vodičem o průřezu 0.75 mm, indikátor napájení se zvýší 1.5krát.

Pokud připojíte asynchronní třífázový motor k jednofázové domácí síti, fáze je přiváděna do prvního vinutí, fáze je posunuta na druhé kondenzátorem a nedochází k žádnému fázovému posunu na třetí. Je to poslední vinutí, které vytváří točivý moment v opačném směru (brzdný moment). V tomto případě lze užitečný výkon motoru zvýšit odpojením třetího vinutí. To povede ke zmizení brzdného momentu generovaného provozem všech vinutí, a tedy ke zvýšení výkonu. Tato metoda je vhodná, když jedno vinutí motoru již vyhořelo – zbývající dvě stačí k připojení a zajištění provozu jednotky.

Ještě lepšího výsledku dosáhnete prohozením vývodů třetího vinutí a tím vytvoření točivého momentu správným směrem. V tomto případě motor „vyrobí“ více než 50 % jmenovitého výkonu. Toto vinutí se doporučuje zapojit přes kondenzátor se správně zvolenou kapacitou.

READ

Jak vyrobit uhlí pro kadidelnici?

Výkon střídavého asynchronního motoru lze zvýšit připojením frekvenčního měniče, který zvýší frekvenci střídavého proudu ve vinutích. Hodnota výkonu se v tomto případě zaznamenává pomocí testeru nastaveného na režim wattmetru. Existují dva typy frekvenčních měničů, které se liší principem činnosti a konstrukcí:

Zařízení s přímou vazbou (usměrňovače). Nejsou vhodné pro výkonné zařízení, ale „zvládnou“ malý motor používaný v každodenním životě. Pomocí takového zařízení je vinutí připojeno k síti. Výstupní napětí jím generované má frekvenci od 0 do 30 Hz. V tomto případě lze rychlost otáčení pohonu řídit pouze v omezeném rozsahu.
Zařízení s meziobvodem. Provádějí dvoustupňovou přeměnu energie – usměrnění vstupního napětí, jeho filtraci a vyhlazení a následnou transformaci na napětí o požadované frekvenci a amplitudě pomocí měniče. Během procesu přeměny může být účinnost zařízení mírně snížena. Vzhledem ke schopnosti zajistit plynulou regulaci otáček a výstupní napětí na dostatečně vysoké frekvenci jsou měniče tohoto typu více žádané a široce používané v každodenním životě a ve výrobě.

Provedením nezbytných výpočtů a výběrem nejúčinnější metody ve vašem případě můžete zajistit, aby motor pracoval s výkonem, který potřebujete. Nezapomeňte na bezpečnostní opatření.

Zvyšování otáček motoru

Zvýšení otáček elektromotoru vede také ke zvýšení jeho výkonu. Při výběru způsobu zvýšení rychlosti vezměte v úvahu typ jednotky, vlastnosti modelu a jeho rozsah.

Chcete-li zvýšit rychlost otáčení komutátorového motoru, buď snižte zatížení hřídele nebo zvyšte napájecí napětí. Věnujte prosím pozornost následujícím nuancím:

Výkon motoru musí být udržován ve jmenovitém rozsahu.
Provoz sériově buzeného komutátorového motoru bez zatížení, pokud není snížen výkon, je zatížen jeho selháním, protože může zrychlit na příliš vysoké otáčky.
Zvýšení rychlosti posunem budícího vinutí často vede k vážnému přehřátí motoru.

Výše uvedený způsob je vhodný i pro elektromotory s elektronicky řízeným vinutím (využívají zpětnou vazbu), neboť svými vlastnostmi jsou velmi podobné komutátorovým modelům (hlavním rozdílem je nemožnost reverzace přepólováním). Při práci s motory tohoto typu je nutné dodržovat všechna výše uvedená omezení.

U asynchronního motoru připojeného přímo k síti je rychlost otáčení řízena změnou napájecího napětí. Tato metoda není příliš účinná, protože účinnost se velmi liší v důsledku nelineární povahy závislosti rychlosti na napětí. Tuto metodu nelze použít u synchronního motoru.

READ

Jak zředit základní nátěr na sklovinu?

Třífázový měnič umožňuje regulovat otáčky elektromotorů obou typů (synchronních i asynchronních). Zařízení musí zajistit pokles napětí při poklesu frekvence.

Pokud víte, jak zvýšit výkon elektromotoru, můžete zařízení, ke kterému je připojen, provozovat s mnohem větší účinností a účinností. Před zahájením práce byste samozřejmě měli jasně pochopit jmenovitý výkon motoru. Údaje lze nalézt v pasu nebo na štítku připevněném k tělu jednotky. Pokud chybí (nebo jsou nečitelné), použijte jednu z metod pro určení síly popsaných v předchozích článcích.

Při práci s elektromotorem dodržujte bezpečnostní předpisy. Nedovolte, aby se přehříval a zajistěte, aby byl provozován za vhodných podmínek. Pokud se jednotka porouchá nebo se objeví první známky poruchy, proveďte technickou kontrolu a odstraňte problémy. Pokud je problém příliš vážný na to, abyste jej zvládli sami, kontaktujte odborníka. Životnost motoru závisí na mnoha faktorech, ale je na vás, abyste minimalizovali možnost poruchy a zajistili, že zařízení bude fungovat dlouho a efektivně.

Manažeři společnosti zodpoví všechny vaše dotazy, vyberou potřebné vybavení a připraví obchodní nabídku.

Často vyvstává úkol změnit rychlost jednofázového motoru. Podívejme se, jaké metody pro to existují a která z nich je vhodná ve vašem případě.

Jednofázové asynchronní motory jsou napájeny z běžné sítě střídavého napětí 220 V.

Nejběžnější konstrukce takových motorů obsahuje dvě (nebo více) vinutí – pracovní a fázový posuv. Pracovní je napájen přímo a přídavný je napájen přes kondenzátor, který posune fázi o 90 stupňů, čímž vznikne rotující magnetické pole. Proto se takové motory také nazývají dvoufázové nebo kondenzátorové motory.

Schéma vinutí kondenzátorového elektromotoru Kondenzátorový motor s fázovým posuvem vinutí

Je nutné regulovat rychlost otáčení takových motorů, například pro:

změny proudění vzduchu ve ventilačním systému
kontrola výkonu čerpadla
změny rychlosti pohybujících se částí, například u obráběcích strojů, dopravníků

Ve ventilačních systémech to umožňuje šetřit energii, snížit hladinu akustického hluku instalace a nastavit požadovaný výkon.

Způsoby regulace

Nebudeme uvažovat mechanické způsoby změny rychlosti otáčení, například převodovky, spojky, ozubené převody. Nebudeme se také dotýkat způsobu změny počtu pólů vinutí.

Zvažme metody se změnou elektrických parametrů:

změna napájecího napětí motoru
změna frekvence napájecího napětí

Regulace napětí

Regulace rychlosti tímto způsobem je spojena se změnou tzv prokluz motoru – rozdíl mezi rychlostí otáčení magnetického pole vytvářeného stacionárním statorem motoru a jeho pohybujícím se rotorem:

READ

Jak upevnit polykarbonát podél nebo napříč?

n₁ – rychlost rotace magnetického pole

n₂ – rychlost otáčení rotoru

V tomto případě se nutně uvolňuje kluzná energie – což způsobuje větší zahřívání vinutí motoru.

Tato metoda má malý regulační rozsah, přibližně 2:1, a lze ji také provádět pouze směrem dolů – tedy snížením napájecího napětí.

Při regulaci otáček tímto způsobem je nutné instalovat předimenzované motory.

Ale navzdory tomu se tato metoda používá poměrně často u motorů s nízkým výkonem se zatížením ventilátoru.

V praxi se k tomu používají různé obvody regulátorů.

Regulace napětí autotransformátoru

Autotransformátor je obyčejný transformátor, ale s jedním vinutím a odbočkami z některých závitů. V tomto případě není galvanické oddělení od sítě, ale v tomto případě není potřeba, takže je dosaženo úspor díky absenci sekundárního vinutí.

Nastavení rychlosti asynchronního motoru

Diagram ukazuje autotransformátor T1, vypínač SW1, ke kterým přicházejí odbočky s různým napětím, a motor M1.

Nastavení se provádí v krocích, obvykle se nepoužívá více než 5 kroků regulace.

Výhody tohoto schématu:

nezkreslený průběh výstupního napětí (čistá sinusovka)
dobrá přetížitelnost transformátoru

velká hmotnost a rozměry transformátoru (v závislosti na výkonu motoru zátěže)
všechny nevýhody spojené s regulací napětí

Napěťová regulace otáček motoru Řízení otáček motoru pomocí transformátoru

Tyristorový regulátor otáček motoru

Tento obvod používá klíče – dva tyristory zapojené zády k sobě (napětí je střídavé, takže každý tyristor prochází vlastní půlvlnou napětí) nebo triak.

Schematické schéma regulátoru otáček motoru ventilátoru

Řídicí obvod reguluje okamžik otevření a zavření tyristorů vzhledem k fázovému přechodu přes nulu, podle toho je kus „odříznut“ na začátku nebo méně často na konci napěťové vlny.

Tím se změní efektivní hodnota napětí.

Tento obvod je poměrně široce používán k regulaci aktivních zátěží – žárovek a všech druhů topných zařízení (tzv. stmívače).

Dalším způsobem regulace je přeskakování půlcyklů napěťové vlny, ale při síťové frekvenci 50 Hz to bude na motoru znát – hluk a škubání při provozu.

Pro řízení motorů jsou regulátory upraveny kvůli charakteristikám indukční zátěže:

nainstalujte ochranné obvody LRC pro ochranu vypínače (kondenzátory, rezistory, tlumivky)
přidejte na výstup kondenzátor pro úpravu průběhu napětí
omezit minimální výkon regulace napětí – pro zaručený start motoru
použijte tyristory s proudem několikanásobně vyšším než je proud elektromotoru

Výhody tyristorových regulátorů:

nízké náklady
nízká hmotnost a rozměry

lze použít pro motory s nízkým výkonem
Během provozu se může objevit hluk, praskání a škubání motoru.
při použití triaků je na motor přivedeno konstantní napětí
všechny nevýhody regulace napětí

Stojí za zmínku, že u většiny moderních klimatizací střední a vyšší úrovně se rychlost ventilátoru upravuje tímto způsobem.

Tranzistorový regulátor napětí

Jak sám výrobce nazývá, elektronický autotransformátor neboli PWM regulátor.

Elektronický transformátor pro motor ventilátoru

Změna napětí se provádí na principu PWM (pulsně šířková modulace) a v koncovém stupni jsou použity tranzistory – polní nebo bipolární s izolovaným hradlem (IGBT).

Elektronický obvod transformátoru řízení otáčení motoru

Výstupní tranzistory jsou spínány na vysoké frekvenci (asi 50 kHz), pokud změníte šířku impulsů a pauz mezi nimi, změní se i výsledné napětí na zátěži. Čím kratší pulz a delší pauza mezi nimi, tím nižší je výsledné napětí a příkon.

U motoru je při frekvenci několika desítek kHz změna šířky impulsu ekvivalentní změně napětí.

Koncový stupeň je stejný jako u frekvenčního měniče, jen pro jednu fázi je místo šesti diodový usměrňovač a dva tranzistory a řídicí obvod mění výstupní napětí.

Výhody elektronického autotransformátoru:

Malé rozměry a hmotnost zařízení
Nízké náklady
Čistý, nezkreslený průběh výstupního proudu
Žádný hukot při nízkých otáčkách
Ovládání signálu 0-10 V

Vzdálenost od zařízení k motoru není větší než 5 metrů (tato nevýhoda odpadá při použití dálkového ovladače)
Všechny nevýhody regulace napětí

Regulace frekvence

Zrovna nedávno (před 10 lety) byl na trhu omezený počet frekvenčních regulátorů pro otáčky motoru a byly poměrně drahé. Důvodem bylo, že neexistovaly levné vysokonapěťové výkonové tranzistory a moduly.

Ale vývoj v oblasti polovodičové elektroniky umožnil přinést na trh výkonové IGBT moduly. V důsledku toho se na trhu masivně objevují invertorové klimatizace, svařovací invertory a frekvenční měniče.

Frekvenční převod je v tuto chvíli hlavním způsobem regulace výkonu, výkonu, rychlosti všech zařízení a mechanismů poháněných elektromotorem.

Frekvenční měniče jsou však určeny pro řízení třífázových elektromotorů.

Jednofázové motory lze ovládat:

specializované jednofázové měniče
třífázové měniče s výjimkou kondenzátoru

Měniče pro jednofázové motory

V současnosti pouze jediný výrobce ohlašuje sériovou výrobu specializovaného měniče pro kondenzátorové motory – INVERTEK DRIVES.

Toto je model Optidrive E2

Frekvenční měnič pro jednofázové motory

Pro stabilní startování a provoz motoru se používají speciální algoritmy.

V tomto případě je možné nastavení frekvence směrem nahoru, ale v omezeném frekvenčním rozsahu tomu brání kondenzátor nainstalovaný v obvodu vinutí s fázovým posunem, protože jeho odpor přímo závisí na frekvenci proudu:

f – aktuální frekvence

C – kapacita kondenzátoru

Koncový stupeň používá můstkový obvod se čtyřmi výstupními IGBT tranzistory:

Frekvenční měnič pro jednofázový motor

Optidrive E2 umožňuje ovládat motor bez vyjmutí kondenzátoru z obvodu, to znamená bez změny konstrukce motoru – u některých modelů je to docela obtížné.

Výhody specializovaného frekvenčního měniče:

inteligentní řízení motoru
Stabilně stabilní chod motoru
Obrovské možnosti moderních měničů:
- schopnost řídit chod motoru pro udržení určitých charakteristik (tlak vody, průtok vzduchu, rychlost při měnícím se zatížení)
- četné ochrany (motor a samotné zařízení)
- senzorové vstupy (digitální a analogové)
- různé výstupy
- komunikační rozhraní (pro ovládání, monitorování)
- přednastavené rychlosti
- PID regulátor
Nevýhody použití jednofázového měniče: