Metody regulace otáček jednofázového čerpadla.

Každý den jsou navrženy systémy zásobování vodou, které zahrnují použití ponorného nebo povrchového jednofázového elektrického čerpadla. U většiny projektů je žádoucí a preferovaná volba řízení rychlosti čerpadla na základě aktuálního zatížení ve vodovodním systému. Automatická regulace otáček čerpadla zajistí stabilní tlak, sníží spotřebu energie a sníží akustický hluk.

Jednofázová jednostupňová a vícestupňová čerpadla jsou obvykle vybavena kondenzátorovými asynchronními elektromotory. Kondenzátorový motor čerpadla obsahuje dvě statorová vinutí, z nichž jedno obsahuje trvale připojený kondenzátor. Moderní způsoby regulace jednofázového čerpadla vybaveného kondenzátorovým motorem jsou založeny na implementaci frekvenční metody (1) nebo metody regulace napětí (2). V první verzi je externím řídicím zařízením speciální jednofázový frekvenční měnič, ve druhé – regulátor výkonu.

Zvážíme možnosti dvou elektronických zařízení pro regulaci otáček jednofázového čerpadla vyráběného Italtecnica Srl (Itálie), založených na různých principech řízení – specializovaného frekvenčního měniče pro jednofázové čerpadlo Sirio Entry 230 a regulátoru napětí MITO.

1. Frekvenční měnič pro jednofázové čerpadlo Sirio Entry 230 s jednofázovým výstupem 1x230V.

Frekvenční měnič pro jednofázové čerpadlo Sirio Entry 230 byl vyvinut společností Italtecnica pro voltfrekvenční řízení otáček jednofázového čerpadla. Sirio Entry 230 generuje výstupní napětí 1x230V, 30-50Hz. Fyzikální veličinou, kterou je třeba ovládat, je tlak. Pro provádění úkolu monitorování tlaku je Sirio Entry 230 vybaven integrovaným analogovým tlakovým senzorem a PID regulátorem. Provozní algoritmy Sirio Entry 230 umožňují zajistit stabilní rozběh a regulaci jednofázového elektromotoru o výkonu až 1,5 kW v daném frekvenčním rozsahu.

Modifikace Sirio Entry XP umožňuje řídit otáčky jednofázového čerpadla o výkonu až 1,8 kW ve frekvenčním rozsahu 35-50 Hz. Úzké regulační rozsahy jsou způsobeny závislostí kapacity kondenzátoru na frekvenci napětí.

Jednofázové čerpadlo řízené Sirio Entry 230 nevyžaduje žádné konstrukční změny jednofázového čerpadla (povrchového nebo ponorného). Frekvenční měnič Sirio Entry 230 se montuje přímo do hlavního potrubí a umožňuje snadné uvedení do provozu nastavením několika parametrů. Sirio Entry 230 je specializovaný frekvenční měnič postavený s ohledem na provozní a ochranné vlastnosti jednofázového čerpadla.

2. Jednofázový tyristorový regulátor napětí MITO s jednofázovým výstupem 1x230V.

Frekvenční regulace dnes zůstává nejefektivnějším a cenově dostupným řešením regulace asynchronního elektromotoru včetně regulace jednofázového čerpadla. Ještě relativně nedávno nebyly dostupné frekvenční měniče pro jednofázová čerpadla na trhu dostupné. To donutilo inženýra hledat jiná řešení a způsoby regulace.

Italtecnica vyvinula tyristorové zařízení pro regulaci charakteristiky jednofázového čerpadla změnou napětí statoru. Toto zařízení se nazývá elektronický regulátor výkonu MITO.

Konstrukce frekvenčního regulátoru pro jednofázové čerpadlo MITO obsahuje dva zapojené tyristory typu back-to-back, které tvoří nastavitelnou efektivní hodnotu jednofázového napětí na výstupu.

Regulátor výkonu MITO reguluje jednofázové čerpadlo o jmenovitém výkonu elektromotoru do 0,75 kW v rozsahu výstupního napětí 170-230V, přičemž zajišťuje udržování nastaveného tlaku podle signálu z integrovaného tlakového senzoru. Řídicí algoritmy MITO umožňují řídit spotřebu proudu a dobu provozu v režimu regulace napětí, který je zaměřen na zabránění přehřátí motoru. Výhoda tyristorového regulátoru napětí MITO ve srovnání s frekvenčním způsobem regulace jednofázového čerpadla je pouze jedna – nižší cena. Použitelnost metody omezuje výkon motoru jednofázového čerpadla (u regulátoru MITO výkon čerpadla P2 ≤ 0,75 kW) a nemožnost zajistit regulaci čerpadla v kontinuálním režimu.

PS Dnes zůstává frekvenční řízení jednofázového čerpadla nejúčinnější, nejpohodlnější a nejméně pracnou metodou. Regulace charakteristiky čerpadla změnou napětí je nízkonákladová a omezená metoda, kterou lze použít pouze u jednofázových čerpadel s nízkým výkonem, jejichž provozní podmínky zahrnují převážně krátkodobé provozní režimy.

Nejběžnější jsou asynchronní elektromotory s rotorem nakrátko. Mají relativně jednoduchý design a jsou relativně levné.

Pro provoz asynchronního motoru je potřeba třífázové napětí, které vytváří točivé magnetické pole na vinutí statoru. Toto pole pohání rotor motoru, který přenáší točivý moment na zátěž, jako je vrtule ventilátoru nebo převodovka dopravníku. Změnou konfigurace vinutí statoru můžete změnit hlavní charakteristiky pohonu – otáčky a výkon hřídele. Když asynchronní elektromotor pracuje v jednofázové síti, používají se kondenzátory pro fázový posun a rozběh.

V současné době také používán DC motory. Tyto pohony mají kartáče, které podléhají opotřebení a jiskření. Dále je zapotřebí předpětí (buzení) vinutí, na které je přivedeno konstantní napětí. Navzdory těmto nevýhodám se stejnosměrné motory používají tam, kde jsou vyžadovány rychlé změny otáček a řízení točivého momentu, a také pro výkony nad 100 kW.

V každodenním životě se také používají komutátorové (kartáčové) střídavé motory, které mají oproti asynchronním nízkou spolehlivost.

2. Jaké způsoby ovládání elektromotorů se v praxi používají?

Ovládání elektromotoru znamená schopnost měnit jeho rychlost a výkon. Takže, pokud je na asynchronní motor aplikováno napětí dané velikosti a frekvence, bude se otáčet jmenovitou rychlostí a bude schopen dodávat energii na hřídel ne více, než je jmenovitá hodnota. Pokud potřebujete snížit nebo zvýšit otáčky elektromotoru, používají se frekvenční měniče. Invertor dokáže poskytnout požadované režimy zrychlení a zpomalení a také vám umožní rychle řídit provozní frekvenci.

Pro zajištění požadovaného zrychlení a zpomalení bez změny pracovní frekvence je použito zařízení pro měkký start (SPD). Pokud potřebujete pouze ovládat zrychlení motoru, použijte propojovací obvod hvězda-trojúhelník.

Pro spouštění motorů bez invertorů a softstartérů se hojně používají stykače, které umožňují dálkové ovládání startu, zastavení a zpětného chodu.

3. Jak zazvonit elektromotor a určit jeho odpor?

Asynchronní elektromotor má obvykle tři vinutí. Každé vinutí má dvě svorky, které musí být označeny ve svorkovnici motoru. Pokud jsou známy svorky vinutí, můžete snadno zazvonit každé z nich a porovnat hodnotu odporu s ostatními vinutími. Pokud se hodnoty odporu neliší o více než 1%, pak s největší pravděpodobností vinutí fungují.

Odpor vinutí motoru se měří pomocí ohmmetru, stejně jako odpor vinutí transformátoru. Čím větší je výkon motoru, tím menší je odpor jeho vinutí a naopak.

4. Jak určit výkon elektromotoru?

Nejjednodušší způsob, jak určit jmenovitý výkon elektromotoru, je pohled na typový štítek. Udává mechanický výkon (výkon hřídele), jehož hodnota je vždy menší než příkon v důsledku ztrát třením a ohřevem. Pokud však na skříni motoru není žádný typový štítek, můžete velmi zhruba odhadnout charakteristiku pohonu na základě jeho rozměrů. Při stejném výkonu bude mít motor s větším průměrem hřídele vyšší výkon na hřídeli a nižší otáčky.

Výkon může být také určen zátěží a nastavením ochranných zařízení, kterými je motor napájen (automatický motor, tepelné relé).

Dalším způsobem je zapnutí motoru na jmenovitý výkon, zajišťující požadované zatížení hřídele. Poté změříme proud pomocí proudové kleště, která by měla být ve všech vinutích stejná. Chcete-li zhruba odhadnout výkon asynchronního motoru zapojeného do hvězdy, musíte jmenovitý naměřený proud vydělit 2.

5. Jak zvýšit nebo snížit otáčky elektromotoru?

Řízení otáček motoru je nutné ve třech provozních režimech – při akceleraci, brzdění a v provozním režimu.

Nejuniverzálnějším způsobem regulace rychlosti je použití frekvenčního měniče. Úpravou nastavení měniče můžete dosáhnout libovolné rychlosti otáčení v rámci technických limitů. Současně můžete ovládat další parametry elektromotoru, stejně jako sledovat jeho stav během provozu. Frekvenci lze měnit plynule nebo postupně.

Řízení otáček motoru v režimech zrychlení a zpomalení je možné pomocí softstartéru. Toto zařízení umožňuje výrazně snížit startovací proud díky hladké akceleraci s pomalým nárůstem rychlosti.

6. Jak vypočítat proud a výkon elektromotoru?

Stává se, že proud asynchronního motoru je znám (z měření ve jmenovitém režimu nebo z typového štítku), ale jeho výkon je neznámý. Jak v tomto případě vypočítat výkon? Obvykle se používá následující vzorec:

P = I (1,73 U cosφ η)

kde:
P – jmenovitý čistý výkon na hřídeli motoru ve W (uveden na typovém štítku),
I – proud motoru, A,
U – napájecí napětí vinutí (380 V při zapojení do „hvězdy“, 220 V při zapojení do „trojúhelníku“),
cosφ, η – faktory výkonu a účinnosti pro zohlednění ztrát (obvykle 0,7. 0,8).

Pro výpočet proudu na základě známého výkonu použijte inverzní vzorec:

I = P/(1,73 U cosφ η)

Pro motory o výkonu 1,5 kW a více, jejichž vinutí jsou zapojena do hvězdy (toto zapojení se používá nejčastěji), platí jednoduché pravidlo – pro přibližný odhad proudu motoru je potřeba jeho výkon vynásobit do 2.

7. Jak zvýšit výkon elektromotoru?

Jmenovitý výkon hřídele, který je uveden na typovém štítku motoru, je obvykle omezen přípustným proudem, a tedy ohřevem skříně pohonu. Proto je při zvyšování výkonu nutné provést dodatečná opatření pro chlazení elektromotoru instalací samostatného ventilátoru.

Při použití frekvenčního měniče ke zvýšení výkonu můžete změnit nosnou frekvenci PWM, ale měli byste se vyhnout přehřátí střídače. Výkon lze také zvýšit pomocí převodovky nebo řemenového pohonu, obětovat počet otáček, pokud je to přijatelné.

Pokud výše uvedené tipy nejsou použitelné, budete muset změnit motor na výkonnější.

8. Jaké jsou výkonové ztráty při připojení třífázového motoru do jednofázové sítě (380 x 220)?

Při tomto zapojení se používají spouštěcí a provozní kondenzátory s fázovým posunem. V tomto případě nebude možné získat jmenovitý výkon na hřídeli a ztráta výkonu bude 20-30% jmenovité hodnoty. K tomu dochází kvůli neschopnosti zajistit, aby při změně zátěže nedocházelo k nevyváženosti fází.

9. Jaké typy motorů existují?

V závislosti na konstrukci jsou elektromotory klasifikovány podle způsobu instalace, třídy ochrany a klimatického provedení. Existují dva hlavní způsoby montáže asynchronních elektromotorů – na patky a přes přírubu. Obě možnosti v různých kombinacích jsou uvedeny v tabulce níže.

Typy klimatických úprav vyžadují použití motoru v určitých klimatických pásmech: mírné klima (U), studené klima (CL), mírně chladné klima (UCHL), tropické klima (T), obecná klimatická verze (O), obecná klimatická námořní verze (OM), celoklimatická verze (B). Existují také kategorie umístění (venku, pod přístřeškem nebo uvnitř atd.).

Třída ochrany udává povahu ochrany motoru proti prachu a vlhkosti. Nejběžnější disky jsou IP55 a IP55.

10. Proč potřebuje elektromotor brzdu?

U některých zařízení (výtahy, elektrické kladkostroje, navijáky) je při zastavení motoru nutné zafixovat jeho hřídel v nehybném stavu. K tomu slouží elektromagnetická mechanická brzda, která je součástí konstrukce motoru a je umístěna v jeho zadní části. Brzda je ovládána pomocí frekvenčního měniče nebo stykačového obvodu.

11. Jak je motor označen na elektrických schématech?

Elektromotor je ve schématech označen písmenem „M“ vepsaným do kruhu. Diagramy mohou také udávat sériové číslo motoru, počet fází (1 nebo 3), typ proudu (AC nebo DC), způsob připojení vinutí (hvězda nebo trojúhelník) a výkon. Příklady notace jsou uvedeny níže.

12. Proč se elektromotor zahřívá?

Motor se může zahřát z jednoho z následujících důvodů:

• opotřebení ložisek a zvýšené mechanické tření
• zvýšení zatížení hřídele
• nesymetrie napájecího napětí
• ztráta fáze
• zkrat ve vinutí
• problém s prouděním vzduchu (chlazení)

Zahřívání motoru prudce snižuje jeho životnost a účinnost a může také vést k selhání pohonu.

13. Typické poruchy elektromotorů

Existují dva typy poruch elektromotoru: elektrické a mechanické.

Mezi elektrické poruchy patří poruchy související s vinutím:

• mezizpětný zkrat
• zkrat vinutí k pouzdru
• zlom vinutí

K odstranění těchto poruch je třeba motor převinout.

• opotřebení a tření v ložiskách
• otáčení rotoru na hřídeli
• poškození skříně motoru
• rotaci nebo poškození oběžného kola dmychadla

Ložiska by se měla pravidelně vyměňovat s ohledem na jejich opotřebení a životnost. V případě poškození se oběžné kolo také vymění. Zbývající závady prakticky nelze odstranit a jediným řešením je výměna motoru.

Pokud máte otázky, které nebyly zodpovězeny v tomto článku, napište nám. Rádi vám pomůžeme!