Regulátor otáček asynchronního motoru SK200E 6-250 W, 220 V koupit za cenu 3959 rublů

Řídicí jednotka pro asynchronní motor s výkonem do 250 W s jednofázovým napájecím napětím. Vhodná pro elektromotory s vestavěným tachogenerátorem typu YT a podobné motory jiných výrobců. Fázově posuvný kondenzátor není zabudován v řídicí jednotce, je zavěšen ve svorkách nebo připojen k vinutí motoru. Regulátor je vhodný pouze pro motory s vestavěným tachogenerátorem; regulátor není vhodný pro regulaci otáček elektromotorů bez vestavěné zpětné vazby!

Při výběru nastavitelného pohonu byste se měli zaměřit na maximální požadované otáčky výstupního hřídele motor-reduktoru, protože zvýšení převodového poměru reduktoru vede k nárůstu točivého momentu. Pokud nemůžete obětovat horní část rozsahu otáček a potřebujete točivý moment větší než jmenovitý, doporučuje se zvýšit výkon pohonu. Regulátor umožňuje snížit otáčky vzhledem k jmenovitým.

Blok implementuje tři režimy regulace otáček:

• ovládání rychlosti pomocí tlačítek na předním panelu, přičemž je možné pracovat i s jednou ze tří přednastavených rychlostí, přepínání mezi rychlostmi se provádí odesláním signálu na vstupy M1, M2;
• nastavení vestavěným potenciometrem, i když je na analogový vstup (AVI) přivedeno napětí, rychlost se nastavuje proporcionálně k hodnotě napětí (od 0 do maximální rychlosti nastavené parametrem F-07);
• nastavení rychlosti pomocí externího potenciometru připojeného k regulátoru (vestavěný potenciometr na předním panelu nefunguje).

Výkres řídicí jednotky SK200E

Schéma zapojení

Níže jsou uvedena dvě schémata zapojení. Směr otáčení lze změnit pomocí třípolohového (nebo dvoupolohového) přepínače, tlačítka nebo pomocí PLC. Schéma zapojení se mění v závislosti na hodnotě nastavení F-03.

• F-03 = „2“ — režim startování motoru příchozími signály/tlačítky (FWD — podmíněně, „FORWARD“, REV — „BACKWARD“, FWD&REV — nepoužívají se současně), motor se otáčí pouze na signál (nebo zavřené tlačítko) na jednom ze vstupů K1, K2, pro pohyb je nutné mít na jednom ze vstupů neustále logickou „1“;
• F-03 = „3“ — tlačítkem SB1 — „VPŘED“, tlačítkem SB2 — nouzové „STOP“ (tlačítko normálně sepnuté), SB1 a SB2 — motor je zastaven,
  V tomto provozním režimu lze směr otáčení změnit pouze přepnutím vinutí motoru (prohoďte kontakty U2 a Z2 PŘI ZASTAVENÉM MOTORU).

Ovládání rychlosti

Níže jsou uvedena schémata zapojení pro regulaci otáček pomocí externího analogového signálu 0-10 V a pomocí externího potenciometru. Při připojování potenciometru nastavte parametr F06 na hodnotu tři a použijte vestavěný zdroj napájení 10 V. Potenciometr je 5 kOhm. Vstupní odpor analogového vstupu je 1.3 kOhm.

Řídicí vstupy

Vstupy FWD, REV, M1 a M2 lze napájet z libovolného senzoru pomocí vestavěného 10V zdroje napájení, schéma je znázorněno níže. Vstupy lze také napájet signálem z PLC.

• Způsob balení: balení v kartonové krabici.
• Záruční doba: Záruka 12 měsíců od data prodeje.
• Aktualizace informací o produktu: 13.07.2025 ve 10:37:04

V některých projektech lze v současné době pozorovat pokusy o použití frekvenčních měničů pro plynulou regulaci otáček jednofázových asynchronních motorů s pomocnou fází a kondenzátorem. Tento článek shrnuje základní informace o jednofázových asynchronních motorech a analyzuje vlastnosti pohonů s těmito motory pomocí frekvenčních měničů.

Vzhledem k široké nabídce nepřímých frekvenčních měničů s meziobvodem stejnosměrného napětí a výstupním měničem IGBT a vzhledem k relativně příznivé ceně těchto zařízení je vyřešen problém možnosti provozu pohonu s plynulou regulací otáček s třífázovým asynchronním motorem v případech, kdy je k dispozici pouze jednofázová síť.

Ve výkonovém rozsahu do přibližně 5 kW nabízejí výrobci frekvenčních měničů typy s jednofázovými vstupními usměrňovači a třífázovými výstupy a v některých případech jsou měniče zabudovány přímo do konstrukce motoru.

Vzhledem k výhodnějším vlastnostem třífázových asynchronních motorů oproti jednofázovým ztrácí v těchto případech použití jednofázových motorů smysl.

Navzdory výše uvedeným skutečnostem však v řadě případů v technické praxi existuje potřeba plynulé regulace otáček jednofázového asynchronního motoru.

Jedná se o pohony se speciálními jednofázovými asynchronními motory, jejichž konstrukce je nedílnou součástí celého zařízení. Nejčastějším případem takových zařízení jsou nízkopříkonové ventilační systémy.

V případě rekonstrukce nebo modernizace těchto zařízení má smysl zvážit možnost použití frekvenčních měničů společně s jednofázovými motory, aby se zachovala mechanická část zařízení.

Použití jednofázových asynchronních motorů

Jednofázové asynchronní motory se obvykle používají v případech, kdy jsou zřejmé výhody jednoduchých, snadno použitelných, spolehlivých a levných asynchronních motorů, ale kde není k dispozici třífázový napájecí systém. Obvykle se jedná o oblast neregulovaných pohonů domácích spotřebičů (např. ledničky, sekačky na trávu, v minulosti i pračky). Vzhledem k uvedené oblasti použití se jedná o motory s nižším výkonem, přibližně v rozmezí od desítek wattů do jednotek kilowattů.

Princip činnosti jednofázového asynchronního stroje a jeho hlavní vlastnosti

Na rozdíl od třífázového asynchronního motoru není možné vytvořit točivé magnetické pole jediným vinutím na statoru asynchronního stroje. Když je na toto jediné vinutí aplikováno jednofázové napětí, vzniká pulzující pole.

Toto pulzující magnetické pole lze však rozdělit na dvě protiběžná pole s poloviční magnetomotorickou silou. Pulzující pole obsahuje složku odpovídající požadovaným magnetickým a mechanickým účinkům a reverzní složku, jejíž působení je destruktivní.

Je možné ztotožnit charakteristiky jednofázového asynchronního motoru s charakteristikami fiktivního modelu dvou asynchronních třífázových motorů na společné hřídeli.

Směr rotačních polí fiktivních motorů na společné hřídeli je opačný.

V oblasti provozně stabilní části mechanické charakteristiky, když motor pracuje s nízkým skluzem, převládá spojitá složka točivého pole, protože větší část konečného napětí stroje odpovídá indukovanému napětí spojité složky.

V tomto režimu převládá moment vytvářený spojitou složkou. Vliv malého momentu zpětné složky je malý, ale v důsledku přítomnosti zpětné složky pole se projevuje částečné zvýšení ztrát stroje.

Komplikací jednofázového asynchronního motoru je jeho rozběh, kdy je moment sériové a reverzní složky točivého pole stejně velký, ale opačný.

Rozběhový moment jednofázového asynchronního motoru je tedy nulový a je nutné přijmout další opatření, aby se rozběhový moment zvýšil v požadovaném směru na nenulovou hodnotu.

Při vytváření asynchronních motorů pro jednofázové napájení se předpokládá, že točivé pole lze získat nejen pomocí třífázového systému, ale také pomocí dvoufázového systému, kdy stator motoru obsahuje dvě vinutí s prostorovým posunem 90°.

Proudy protékají těmito vinutími s časovým posunem o 90°. Toto znázornění umožňuje řešit problém spouštění jednofázového motoru a vytváří předpoklady pro zlepšení momentových charakteristik v oblasti jmenovitého zatížení.

Jednofázový asynchronní motor má na statoru dvě vinutí – hlavní a pomocné. Výkon motoru se přenáší převážně přes hlavní vinutí, které zabírá přibližně dvě třetiny statorových drážek. Hlavní vinutí je napájeno přímo z jednofázové sítě. Pomocné vinutí je navrženo pro nižší proud než hlavní vinutí.

Cílem je, aby jeho magnetické účinky spolu s magnetickými účinky hlavního vinutí vytvořily pole co nejblíže kruhovému. Téměř kruhového magnetického pole lze však dosáhnout převážně pouze tehdy, když motor běží jmenovitou rychlostí, jinak se pole deformuje na eliptické.

Při zapínání pomocného vinutí je cílem dosáhnout takových podmínek, aby motor mohl být spuštěn pouze v požadovaném směru dosažením nenulového rozběhového momentu, nebo aby byl optimalizován provoz i při jmenovitém zatížení, když je proud pomocné fáze posunut o 90° oproti proudu hlavní fáze. Efektivní magnetické působení hlavní a pomocné fáze by ideálně mělo být stejné.

Nejčastěji se požadovaného fázového posunu proudu pomocné fáze dosáhne sériovým zapojením kondenzátoru s pomocným vinutím a napájením této sériové kombinace z jednofázového zdroje paralelního s hlavním vinutím.

Optimalizaci konstrukce motoru, stejně jako výběr hodnoty kapacity kondenzátoru, lze provést buď s ohledem na maximální možný rozběhový moment, nebo s ohledem na nejpříznivější charakteristiky (moment, ztráty, účinnost, pulzace momentu, hluk) při provozu s určitým, obvykle jmenovitým zatížením.

Z hlediska optimalizace konstrukce motoru pro zajištění maximálního rozběhového momentu je nejvýhodnější, pokud má pomocné vinutí malý počet závitů. V tomto případě je také výhodné zvolit maximální možnou kapacitu rozběhového kondenzátoru.

Speciální elektrolytické kondenzátory se používají pouze pro startování. Po nastartování se kondenzátor odpojí a motor běží pouze z jednofázové sítě.

Elektrolytické kondenzátory pro tyto aplikace mají kapacitu větší než 100 μF. Pro dosažení co nejsymetričtějšího pole při provozu v okolí jmenovitého zatížení se doporučuje větší počet pomocných fázových závitů a menší kapacita kondenzátoru. Tato možnost je v současnosti běžnější.

Použité kondenzátory mají papírové dielektrikum a jsou trvale spojeny s pomocným vinutím. Kapacita kondenzátorů, trvale připojených ke zdroji napájení pomocným vinutím, je obvykle desítky mikrofaradů. Během jejich provozu je trvale připojený kondenzátor zdrojem tepelných ztrát, které se zvyšují se zvyšující se frekvencí proudu, a to i pod vlivem vyšších harmonických.

Kromě tepelných parametrů kondenzátoru je nutné věnovat pozornost i parametrům napětí, protože napětí kondenzátoru je vyšší než napájecí napětí.

Optimalizace vinutí a kapacity trvale připojeného kondenzátoru zajišťuje, že při jmenovitém zatížení motoru je dosaženo významné symetrie točivého pole a tím i dobré účinnosti, nízkých ztrát, nízkého hluku a dobrého účiníku za tohoto stavu, ale ne při rozběhu.

Udržování optimálního stavu motoru s danou kapacitou trvale připojeného kondenzátoru je určeno konstantní efektivní hodnotou a frekvencí napájecího napětí a konstantním zatěžovacím momentem. Pokud se změní jedna ze zadaných hodnot, vektorový diagram bude nevyvážený – proud hlavní a pomocné fáze již nebude na sebe kolmý, pole ve stroji se deformuje, moment a účinnost motoru se sníží a ztráty a hluk se zvýší.

V některých případech, kdy pomocné vinutí musí zajišťovat pouze spouštění motoru, lze místo připojení kondenzátoru zvýšit odpor pomocného vinutí. Tato koncepce je z hlediska velikosti a momentu méně výhodná než komutace kondenzátorů, ale je konstrukčně jednodušším řešením.

U odporových spouštěcích motorů je pomocné vinutí často vyrobeno z mosazného drátu a jeho odpor je až pětkrát větší než odpor hlavního vinutí. Zároveň má pomocné vinutí méně závitů než hlavní vinutí, díky čemuž při spouštění protéká tímto vinutím maximální možný proud a dosahuje se maximálního možného točivého momentu.

Při spouštění s odporovým pomocným vinutím je však nemožné dosáhnout poměrů kolmosti proudů hlavního a pomocného vinutí. Motor určený pro odporový spouštění není vhodný pro kapacitní spouštění a naopak.

Charakteristiky jednofázového asynchronního motoru s frekvenční regulací

Pro udržení točivého pole s minimem rušivých složek, tj. pro dosažení optimálního výkonu jednofázového asynchronního motoru s trvale připojeným kondenzátorem, je nutné udržovat fázový posun 90° mezi proudy hlavní a pomocné fáze a udržovat konstantní poměr mezi proudy hlavní a pomocné fáze.

V nejjednodušším případě, kdy dochází k regulaci frekvence třífázového asynchronního motoru, se efektivní hodnota napětí také lineárně mění s frekvencí. Tím se dosahuje konstantního magnetického toku stroje a zároveň konstantního maximálního momentu a konstantní tuhosti mechanické charakteristiky při proměnné frekvenci.

Stejné požadavky a kritéria řízení platí pro jednofázový asynchronní motor. Při proměnné frekvenci napájení se však změna optimální hodnoty kondenzátoru zapojeného do pomocné fáze stává problémem.

Pokud se frekvence napájecího napětí (a tedy jeho efektivní hodnota) sníží na polovinu, hodnota optimální kapacity se zvýší na čtyřnásobek původní velikosti.

Během normálního provozu je frekvenčně závislá změna kapacity kondenzátoru zapojeného do série s pomocným vinutím nereálná.

Proto je vektorový diagram motoru zkreslený při jakékoli frekvenci odlišné od jmenovité (ale také při zatížení odlišném od jmenovité) – proudy hlavního a pomocného vinutí již nejsou na sebe kolmé, deformace pole ve stroji se zvyšuje, moment se snižuje, ztráty a hluk motoru se zvyšují a účinnost se snižuje.

Když se sníží hodnoty frekvence a napětí, proud kondenzátoru a pomocného vinutí se výrazně sníží a také se sníží točivý moment.

Situace je zcela neuspokojivá při pokusu o frekvenční spouštění, protože při nízké nebo nulové frekvenci je proud pomocného vinutí tak malý, že jeho okamžitý vliv je nevýznamný – pomocné vinutí se v principu nepoužívá a jednofázový motor nelze touto metodou spustit.

Kromě popsaných nevýhod má frekvenčně řízený jednofázový motor i další. Následující body jasně uvádějí nejdůležitější fakta týkající se frekvenční regulace jednofázových motorů:

• Jednofázové asynchronní motory jsou navrženy pro provoz v jednofázové síti s konstantní frekvencí a efektivní hodnotou napětí s mírně proměnnou zátěží. Za tohoto stavu je možné dosáhnout přibližně stejných charakteristik (moment, účinnost, hluk) jako u třífázového motoru s pomocným vinutím připojeným přes kondenzátor. Při jakékoli odchylce od tohoto stavu se charakteristiky jednofázového motoru výrazně zhoršují.
• Konstrukce jednofázového asynchronního motoru nezohledňuje možnost regulace frekvence. Pro provoz frekvenčně řízených pohonů z jednofázové sítě se považuje za výhodnější použití třífázových motorů napájených měniči s jednofázovým vstupem. Při výrazných výkyvech zatížení, změnách frekvence napájecí sítě nebo efektivní hodnoty napětí se motor v důsledku značné deformace pole dostává do velmi nepříznivého režimu, při kterém klesá točivý moment, roste proud, ztráty a hluk a klesá účinnost.
• Při pokusu o zvýšení frekvence se pomocné vinutí se sériovým kondenzátorem při nízkých frekvencích vůbec nepoužívá. Spouštění je nutné provést zvýšením napětí a frekvence na jmenovitou hodnotu, což však vyžaduje vyšší proudovou charakteristiku měniče. Spouštění, kdy se motor nejprve roztočí na plné otáčky a poté zpomalí na požadovanou frekvenci, není z technického a bezpečnostního hlediska zcela správné.
• Při provozu frekvenčně řízeného jednofázového asynchronního motoru v klasickém zapojení a při napájení z adaptovaného frekvenčního měniče a při provozu z klasického frekvenčního měniče, kde je výkon hlavního a pomocného vinutí rozložen na všechny tři výstupní fáze, vyžaduje měnič v každém případě přebytek proudu a výkonu – jednofázový motor představuje velmi neúměrné zatížení měniče.
• Ani kondenzátory, ani jednofázové motory nejsou navrženy pro provoz s pulzním napájením (zvýšené napěťové zatížení izolace motoru, zvýšené zatížení dielektrika kondenzátoru).
• Při napájení měničem se snižuje životnost motoru i kondenzátoru a zvyšuje se riziko poruchy.
• Kombinace frekvenčního měniče a jednofázového motoru s odporovým rozběhem je nevýhodná z důvodu horších charakteristik tohoto motoru, které se dále zhoršují frekvenční regulací.
• Frekvenční měnič s jednofázovým asynchronním motorem nemá oproti frekvenčnímu měniči s třífázovým asynchronním motorem žádné technické výhody.

Použití jednofázového frekvenčního měniče je zjevně velmi nevýhodné z hlediska momentových charakteristik, účinnosti, spotřeby proudu a mechanické tuhosti. V zásadě se tento pohon jeví jako vhodný pro použití pouze v úzkém rozsahu otáček odpovídajícím frekvencím od 40 do 50 Hz. I v této oblasti jsou však charakteristiky pohonu s jednofázovým motorem výrazně horší než s třífázovým motorem.

V poněkud menší míře se velmi nepříznivé momentové charakteristiky jednofázových motorů s proměnnou frekvencí projeví u pohonů zařízení s kvadratickou nebo kubickou mechanickou charakteristikou (např. ventilátory), kde moment zatížení s klesajícími otáčkami výrazně klesá. Ani v případě tohoto zatížení však nejsou charakteristiky pohonu optimální a otáčky lze regulovat pouze přibližně v rozsahu od 40 do 50 Hz.

S třífázovým motorem lze dosáhnout dobrého výkonu v celém rozsahu testovaných frekvencí. Požadovaný nadhodnocený výkon měniče a zvýšené riziko poruch spojené s průtokem proudu kondenzátoru, který není čistě sinusový, hovoří proti použití jednofázového motoru. Lze předpokládat, že nutnost použití kondenzátoru a naddimenzovaného měniče bude mít také negativní dopad na cenu.

Závěr a doporučení

Vzhledem k výše uvedenému lze konstatovat, že ačkoli jsou frekvenční měniče s jednofázovým vstupem a třífázovým výstupem rozšířené, použití jednofázového asynchronního motoru s proměnnou frekvencí nemá z technického hlediska žádné opodstatnění, protože neposkytuje žádné výhody oproti pohonu s třífázovým asynchronním motorem, ale naopak výrazně zhoršuje vlastnosti pohonu. Proto se vždy vyplatí hledat způsoby použití třífázového motoru, když je vyžadována plynulá regulace otáček asynchronního motoru.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Zjednodušte si výpočty elektrických obvodů, parametrů zařízení a dalších elektrotechnických úkolů s touto praktickou aplikací: Online kalkulačka elektrotechniky

Rozvíjejte své profesní dovednosti:

Vyberte si vhodný formát a témata!