Τεχνικά άρθρα

Ρύθμιση στροφών κινητήρα AC

Ρύθμιση στροφών κινητήρα ACΌπως είναι γνωστό, οι ασύγχρονοι ηλεκτροκινητήρες βραχυκυκλωµένου δροµέα είναι οι πλέον διαδεδοµένοι και οι  πλούστεροι ηλεκτροκινητήρες.  Τα  µεγάλα πλεονεκτήµατα των κινητήρων αυτών έναντι όλων των άλλων τύπων είναι το χαµηλό κόστος αγοράς και συντήρησής τους. 

Λόγω των παραπάνω τα τελευταία χρόνια έγιναν προσπάθειες ώστε να καταστεί εφικτή,  αποτελεσµατική και πρακτικά εφαρµόσιµη η ρύθµιση των στροφών αυτών των κινητήρων. Τα αποτελέσµατα είναι εντυπωσιακά.  Με τη χρήση των αντιστροφέων (inverters)  όχι  µόνο επιτευχθεί η ρύθµιση των στροφών των ασύγχρονων κινητήρων αλλά ταυτοχρόνως βελτιώθηκαν ή και εξαφανίσθηκαν τα µειονεκτήµατά τους.  

Πράγµατι χρησιµοποιώντας ένα αντιστροφέα επιτυγχάνουµε εκτός από την πλήρη ρύθµιση των στροφών και τα εξής επίσης σηµαντικά: 
• Οµαλή εκκίνηση και µάλιστα ρυθµιζόµενη µε µικρό ρεύµα εκκίνησης  
• Οµαλή πέδηση  
• Αύξηση της ροπής εκκινήσεως  
• ∆υνατότητα αυτόµατης ή προγραµµατιζόµενης ρύθµισης  
• Πλήρη έλεγχο των στροφών  
• Εξοικονόµηση ενέργειας  
• ∆υνατότητα αλλαγής φοράς περιστροφής χωρίς επιπλέον διακόπτες
• Αυξηµένη προστασία του κινητήρα

Τέλος µε τη χρήση των ηλεκτρονικών ρυθµιστών στροφών (inverter) µπορούµε, χρησιµοποιώντας ως πηγή τροφοδοσίας το δίκτυο των 50 Hz, να έχουµε κινητήρες βραχυκυκλωµένου δροµέα µε ταχύτητα περιστροφής άνω των 3000 στρ/λεπτό.  

Η απαρίθµηση αυτών και  µόνο των πλεονεκτηµάτων,  τα οποία  µέχρι προ ολίγων ετών εθεωρούντο φαντασία,  καταδεικνύει την  µεγάλη υπεροχή της ρυθµίσεως των στροφών  µέσω αντιστροφέων (inverter)  έναντι όλων των άλλων παλαιών  µεθόδων  (π.χ. µηχανική ρύθµιση).  Τέλος η χρήση αντιστροφέων καθιστά τους κινητήρες βραχυκυκλωµένου δροµέα πλεονεκτικούς και έναντι άλλων τύπων κινητήρων π.χ.  κινητήρες δακτυλιοφόρου δροµέα –  κινητήρες συνεχούς ρεύµατος ακόµα και σε ειδικές εφαρµογές.  

Οι ρυθµιστές στροφών ανήκουν στον τοµέα των Μετατροπέων Ηλεκτρικής Ενέργειας.  Ο τοµέας αυτός παρουσιάζει  µια διαρκώς εξελικτική πορεία µε αποκορύφωµα τα τελευταία 20 µε 30  χρόνια,  στα οποία παρατηρείται  µια πραγµατική επανάσταση ανάλογη  µε αυτήν που παρατηρείται στον τοµέα των υπολογιστών και των τηλεπικοινωνιών. 

Οι πρώτοι  µετατροπείς ενέργειας που χρησιµοποιήθηκαν ήταν οι λεγόµενοι περιστροφικοί  µετατροπείς.  Αυτοί αποτελούντο από ηλεκτρικές  µηχανές οι οποίες λειτουργούσαν είτε  µεµονωµένα,  είτε διασυνδεόµενες  µεταξύ τους  µε σκοπό τον έλεγχο των στροφών ενός κινητήρα.  Χαρακτηριστικό παράδειγµα αποτελεί το σύστηµα Ward – Leonard. 

Στη συνέχεια αναπτύχθηκαν οι ακίνητοι ή στατικοί  µετατροπείς. Αυτοί αρχικά αποτελούντο από ανορθωτικά στοιχεία µε ατµό υδραργύρου. 

Μετά το 1960,  και σε συνδυασµό  µε τη ραγδαία ανάπτυξη στον τοµέα της ηλεκτρονικής αναπτύχθηκαν στατικοί  µετατροπείς,  οι οποίοι χρησιµοποιούσαν ηµιαγωγικά στοιχεία µε ιδιαίτερα πλεονεκτήµατα, όπως οι µικρές απώλειες, ο µικρός όγκος και η ταχύτερη απόκριση στις µεταβολές του φορτίου. Τέλος µε την εφαρµογή των  µικροϋπολογιστών έγινε εφικτή η ανάπτυξη σύνθετων συστηµάτων τα οποία εκτελούν πολύπλοκα προγράµµατα λειτουργίας, µε υψηλότατο βαθµό ακρίβειας ελέγχου και προσφέρουν βελτιωµένη αξιοπιστία και αυξηµένη ευελιξία.

Η ρύθµιση των στροφών ενός ασύγχρονου κινητήρα  µπορεί να γίνει  µε ποικίλους τρόπους. Ενδεικτικά αναφέρονται η ρύθµιση της ενεργού τιµής της τάσης τροφοδοσίας του στάτη, η σύνδεση εξωτερικής  µεταβλητής αντίστασης στο δροµέα (για δακτυλιοφόρους κινητήρες)  και η  µεταβολή της συχνότητας και της τάσης τροφοδοσίας του στάτη.  Όπως όµως αναλύθηκε και προηγουµένως,  ο τελευταίος τρόπος προσφέρει και τα περισσότερα πλεονεκτήµατα.  

Σύµφωνα  µε την  µέθοδο αυτή, ο ασύγχρονος κινητήρας τροφοδοτείται  µε τάση µεταβλητής συχνότητας,  που έχει σαν αποτέλεσµα την αλλαγή του σύγχρονου αριθµού στροφών του,  ο οποίος δίνεται από την παρακάτω εξίσωση και είναι ανάλογος της συχνότητας λειτουργίας.

ns =(f/p) ⋅ 60

όπου  ns : ο σύγχρονος αριθµός στροφών του κινητήρα σε στροφές/λεπτό  

f : η συχνότητα λειτουργίας του κινητήρα σε Hz 

p : ο αριθµός των πόλων του κινητήρα (εξαρτάται από την περιέλιξη) 

Αυτό  µε την σειρά του προκαλεί την  µετατόπιση της καµπύλης  «Ροπής –  Στροφών» του κινητήρα προς τα αριστερά, όσο η συχνότητα  µειώνεται, και προς τα δεξιά, όσο η συχνότητα αυξάνεται. Έτσι το σύστηµα κινητήρας – φορτίο ισορροπεί κάθε φορά σε διαφορετικό σηµείο, µε αποτέλεσµα την ελέγξιµη  µεταβολή των στροφών του,  όπως φαίνεται και στο παρακάτω σχήµα.  Παράλληλα όµως  µε τη µεταβολή της συχνότητας, απαιτείται και η  µεταβολή της ενεργού τιµής της τάσης, ούτως ώστε να  µην οδηγείται το  µαγνητικό πεδίο της  µηχανής στον κόρο και να επιτυγχάνεται ταυτόχρονα η οικονοµικότερη και αποδοτικότερη λειτουργία του κινητήρα.

πηγή: electronews.gr