Enofazni asinhronski motorji in frekvenčna regulacija vrtljajev

Enofazni asinhronski motorji se zaradi svoje enostavnosti in zanesljivosti uporabljajo pri majhnih močeh do približno 2 kW, še največ v gospodinjstvu ali mali obrti, kjer imamo na voljo le enofazno napajanje. Breme, ki ga poganjajo, ne sme zahtevati velikega zagonskega momenta, ker ga ti motorji ne morejo zagotoviti. Tipične aplikacije so črpalke in ventilatorji.

Bojan Caf, vodja projektov, Elsing Inženiring, d. o. o.

Regulacija vrtljajev takšnih motorjev je problem, ker so na tržišču večinoma na voljo le frekvenčni pretvorniki za trifazne motorje. Le redki, enostavnejši frekvenčni pretvorniki lahko poganjajo enofazne motorje. Še redkejši so namenski frekvenčni pretvorniki za enofazne motorje. Eaton je z novo serijo frekvenčnih pretvornikov PowerXL™ poskrbel tudi za pogon enofaznih asinhronskih motorjev.

Teorija enofaznih asinhronskih motorjev

Karakteristike enofaznih asinhronskih motorjev so enake trifaznim, le da enofazni ne ustvari zagonskega momenta in so potrebni dodatni ukrepi, da se motor zažene. Enofazno statorsko navitje namreč ustvari pulzirajoče magnetno polje, ki lahko poganja rotor, šele ko se ta že vrti.

Slika 1 – Primerjava momentne karakteristike 1f in 3f (prekinjena črta) asinhronskega motorja

Slika 1 – Primerjava momentne karakteristike 1f in 3f (prekinjena črta) asinhronskega motorja

Tipi motorjev

Enofazni asinhronski motorji se med seboj ločijo po načinu zagotavljanja zagona. Poznamo sledeče tipe motorjev:

1. Z ločenima fazama

Motor ima dve navitji, medsebojno zamaknjeni za 90°. Glavno je izdelano z debelejšo žico, pomožno pa z zelo tanko in z velikim razmerjem med upornostjo in induktivnostjo (R/X), da se ustvari fazna razlika. Ti dve navitji ustvarita neuravnoteženo magnetno polje, saj tokova nista zamaknjena za 90°. Pomožno navitje se običajno pri 75 % vrtljajev izklopi s pomočjo centrifugalnega stikala. Tak motor zaradi pulzirajočega magnetnega polja in posledično nihanja vrtilnega momenta med delovanjem brni.

2. S kondenzatorjem za zagon

Tudi ta tip ima dve navitji, zamaknjeni za 90°, vendar se pomožno napaja preko kondenzatorja, ki ustvari fazni zamik 90°. Vrtilno magnetno polje je uravnoteženo. Tak motor ima najvišji zagonski moment. Pri 75 % vrtljajev centrifugalno stikalo odklopi pomožno fazo. Med zagonom je motor tih in brez nihanja vrtilnega momenta, pri delovanju pa tako kot prejšnji brni.

3. S kondenzatorjem za zagon in delovanje

Motor je podoben prejšnjemu, le da nima stikala, ki odklopi pomožno fazo, ko motor steče. Kondenzator je dimenzioniran tako za zagon kot za delovanje in je zato zagonski moment nižji kot pri prejšnjem motorju. Po drugi strani pa je motor zaradi uravnoteženega vrtilnega polja tih in ima večji izkoristek.

4. Z ločenim kondenzatorjem za zagon in delovanje

Ta motor je kombinacija prejšnjih dveh. Teoretično se kondenzatorja lahko izbere tako, da sta optimalna tako zagon kot delovanje. Potrebujemo večji kondenzator za zagon in manjšega, ki je trajno priklopljen za delovanje. Zagonski moment je višji kot pri prejšnjem, med delovanjem pa motor ne povzroča hrupa in nihanja vrtilnega momenta.

5. Z zasenčenimi poli

Stator tega motorja ima izražene pole, vendar je en del pola obkrožen z bakrenim kratkostičnim prstanom in se imenuje zasenčen pol. Induciran tok v prstanu povzroči, da magnetni fluks v zasenčenem polu kasni za fluksom ostalega dela in ustvari vrtilno magnetno polje. Sprememba smeri vrtenja od zunaj pri tem motorju ni možna. Tak motor je enostaven, vendar ima zelo nizek zagonski moment in izkoristek. Uporablja se le pri zelo majhnih močeh do nekaj deset vatov.

6. Steinmetzova vezava trifaznega motorja

S to vezavo je možno klasičen trifazni asinhronski motor priključiti na enofazno napetost. Potreben je le dodatni kondenzator, ki ustvari fazni zamik. Običajna je vezava motorja v trikot, priključena na 1 × 230 V, pri motorju, namenjenemu za 3 × 400 V, pa je vezava v obliki zvezde. Tako priključen motor ima bistveno nižji zagonski moment, nižjo moč in izkoristek.

Frekvenčni pretvornik za enofazne motorje

Eaton je z novo serijo frekvenčnih pretvornikov PowerXL™, konkretno z modelom DC1-S2… , poskrbel tudi za regulacijo vrtljajev enofaznih asinhronskih motorjev. Izbiramo lahko med šestimi izvedenkami, ki se razlikujejo po moči in filtru RFI (radiofrekvenčne motnje). Na voljo so tri velikosti: 0,37 kW, 0,75 kW in 1,1 kW z ustreznim izhodnim tokom 4,3 A, 7 A in 10,5 A. Najmočnejši frekvenčni pretvornik ima standardno vgrajen tudi zavorni tranzistor.

Slika 2 – Blok shema frekvenčnega pretvornika DC1-S2…

Slika 2 – Blok shema frekvenčnega pretvornika DC1-S2…

Glede krmiljenja se frekvenčni pretvornik za enofazne motorje ne razlikuje od izvedenke za trifazne motorje.

Na voljo imamo:

  • 3 digitalne vhode,
  • 1 analogni vhod (lahko se ga uporabi tudi kot digitalnega),
  • 1 analogni izhod (lahko se ga uporabi tudi kot digitalnega),
  • 1 relejski izhod,
  • RJ-45 port s komunikacijo RS-485 po protokolu Modbus RTU,
  • posluževalni panel z LED-prikazovalnikom.

Kot dodatno opcijsko opremo imamo na voljo še:

  • razširitvene module z dodatnimi vhodi ali izhodi,
  • zavorne upore,
  • komunikacijski vmesnik na SmartWire DT.

Slika 3 – Frekvenčni pretvornik EATON PowerXL™ DC1 

Slika 3 – Frekvenčni pretvornik EATON PowerXL™ DC1

Na frekvenčni pretvornik DC1-S2 lahko priključimo enofazne motorje z zasenčenimi poli, s kondenzatorjem za zagon in delovanje ter trifazni motor v Steinmetzovi vezavi. Priključitev motorjev, ki imajo centrifugalno stikalo za izklop pomožne faze, ni dovoljena.

Frekvenčni pretvornik za enofazne motorje ima posebno zagonsko proceduro zaradi doseganja čim višjega zagonskega momenta. Napetost in frekvenca namreč najprej zvezno narasteta do nazivne vrednosti in šele potem na nastavljeno oziroma želeno vrednost.

 

Nazaj