Як зменшити оберти електродвигуна
Далеко не завжди побутове чи промислове обладнання має працювати на максимальних обертах. Наприклад, у системах вентиляції іноді необхідно зменшити швидкість обертання лопатей, аби знизити рівень шуму, а на конвеєрних лініях потрібно регулювати швидкість подачі продукції. Озираючись на те, скільки коштує асинхронний двигун та електроенергія, нам як ніколи важливо навчитися контролювати частоту обертання, щоб обладнання працювало оптимально, не перегрівалося, не так швидко зношувалося і не витрачало більше енергії, ніж потрібно.
Існує кілька способів як зменшити обороти електродвигуна — вони різняться за принципом дії, ефективності та застосовності до різних типів моторів. Одні дозволяють плавно змінювати швидкість обертання, інші — перемикатися між фіксованими значеннями, а деякі механічно зменшують оберти, зберігаючи потужність, але не дають гнучкості в управлінні. У цій статті ми розглянемо 3 основні методи, як зменшити кількість обертів електродвигуна, розберемо переваги та недоліки кожного методу, а також пояснимо, у яких випадках їх застосування виправдане.
Як формуються обороти асинхронного двигуна: пояснення від “Першої редукторної компанії”
Коли ми вмикаємо 3х фазний асинхронний двигун, ротор починає обертатися, але його швидкість не фіксована. Вона залежить від кількох факторів, які можна розрахувати.
Формула, що визначає швидкість обертання ротора, виглядає так:
n = (60 * f) / p * (1 - S)
Тут n - це кількість обертів ротора за хвилину;
f — частота напруги живлення в герцах;
p - кількість пар полюсів у статорі;
S - ковзання, тобто різниця між швидкістю магнітного поля статора та реальною швидкістю ротора.
Простіше кажучи, швидкість обертання ротора визначається тим, наскільки швидко створюється магнітне поле, що обертається в статорі й наскільки ефективно ротор наздоганяє його.
Звідси можна зробити висновок, що на швидкість роботи асинхронного двигуна можна вплинути, змінюючи:
- Частоту живлення (f) – чим нижча частота струму, то менше обороти.
- Кількість полюсів статора (p) – якщо збільшити це значення, швидкість обертання ротора зменшиться.
- Ковзання (s) – цей параметр можна регулювати, але обмежено.
У цьому полягає відповідь на питання як можна регулювати обороти електродвигуна: треба керувати одним з цих параметрів. Можна знизити частоту струму, змінити конструкцію агрегату (наприклад, використовувати модель з великою кількістю полюсів) або погратися зі ковзанням, але останній метод дає мінімальний ефект. Саме тому для регулювання обертів найчастіше застосовують частотні перетворювачі, які дозволяють гнучко керувати частотою напруги живлення.
Частотний перетворювач: як це працює і навіщо він потрібний
Це універсальний спосіб, як зменшити швидкість обертання електродвигуна, який використовується у більшості завдань.
Частотний перетворювач змінює частоту напруги живлення, а разом з нею — швидкість обертання магнітного поля статора, яке і «тягне» за собою ротор.
Як це застосовується на практиці:
- Системи вентиляції: регулювання швидкості вентиляторів залежно від потреби у повітрообміні.
- Насоси: керування подачею води або іншої рідини без різких стрибків тиску.
- Конвеєри: можливість плавної зміни швидкості стрічки для адаптації до різних виробничих процесів.
У верстатах частотний привід взагалі незамінний. Наприклад, у токарних та фрезерних верстатах потрібно точне управління швидкістю, щоб підбирати її під матеріал, різальний інструмент та глибину обробки.
Які переваги дає частотний перетворювач?
По-перше, плавне регулювання швидкості без механічних втрат.
По-друге, він зменшує пускові струми. Коли двигун включається безпосередньо в мережу, він споживає струм, який може у 5-7 разів перевищувати номінальний. Це створює навантаження для електромережі та швидше зношує пристрій. Завдяки управлінню частотником запуск йде м'яко, без різких стрибків.
По-третє, дає можливість працювати у широкому діапазоні частот. Наприклад, якщо стандартний двигун розрахований на 50 Гц і 3000 об/хв, то з перетворювачем можна знизити частоту до 20 Гц, отримавши близько 1000 об/хв, або підвищити до 60 Гц і розігнати його ще сильніше (якщо це дозволяє конструкція).
Які є недоліки
Перетворювачі — це складна електроніка, яка коштує недешево. Але в багатьох випадках їхнє застосування швидко окупається.
Другий мінус – при неправильному налаштуванні ЧП може створювати перешкоди в мережі. Доводиться використовувати спеціальні фільтри захисту електроніки.
І ще одне: якщо ви цікавитеся, як зменшити обороти двигуна 220 В, то частотний регулятор вам не підходить. Такий мотор запускається за допомогою пускової обмотки та конденсатора, і зміна частоти живлення може порушити нормальний пуск та роботу. Крім того, багато асинхронних однофазних електромоторів не призначені для роботи зі змінною частотою і можуть перегріватись або втрачати стабільність при зниженні обертів. Тому в побутових та невеликих промислових установках для однофазних двигунів частіше використовують регулювання напруги або механічні редуктори.
Механічний редуктор: простий спосіб знизити оберти та збільшити потужність
Редуктор — це спосіб, як зменшити обороти на електродвигуні, коли сам двигун продовжує працювати в штатному режимі. Він не втручається в електрику, не вимагає складного налаштування та працює виключно завдяки зубчастим передачам.
Як це працює?
Двигун обертає вхідний вал редуктора, а всередині є система шестерень, які передають рух, але з іншою швидкістю.
Детальна інструкція щодо того, як з'єднати вали редуктора та електродвигуна, є у нашому блозі.
Чим більше передатне число редуктора, тим повільніше обертається вихідний вал, але при цьому зростає крутний момент редуктора та мотора.
Наприклад, якщо силовий агрегат видає 1500 об/хв, а потрібен 100 об/хв, ставлять редуктор з передатним числом 1:15 і все, завдання вирішено.
Де застосовується?
- У конвеєрах, де потрібний повільний, але стабільний рух.
- У мішалках, де важливий високий крутний момент для перемішування в'язких речовин.
- У верстатах та механізмах, яким потрібний потужний, але плавний рух.
Важливий плюс — це спосіб, як зменшити обороти електродвигуна 220 В, які важче регулювати електронними методами.
Ще не треба змінювати електросхему, мотор крутиться швидко, а редуктор передає цей рух з великим зусиллям.
Мінуси: обороти задані механікою, швидко не зміниш. Плюс редуктор забирає частину потужності на роботу зубчастих передач.
Висновок: редуктор – один із найпростіших і надійніших способів зменшити оберти одно- та трифазних агрегатів, якщо потрібна фіксована швидкість обертання та висока тяга.
Ступеневий спосіб: як регулювати обороти електродвигуна, змінюючи кількість полюсів статора
Асинхронні двигуни можуть мати кілька обмоток, кожна з яких формує різну кількість пар полюсів. Якщо перемикати обмотки, можна змінювати швидкість обертання. Наприклад, двошвидкісний двигун може працювати або на 3000 об/хв, або на 1500 об/хв.
Метод використовується там, де необхідно мати два або три фіксовані режими роботи мотора. Наприклад:
- У системах вентиляції з режимами «сильне» і «слабке» обдування.
- У деревообробних верстатах, де для чорнової обробки потрібна висока швидкість, а для чистової – нижча.
- У промислових насосах, що працюють у різних режимах.
Щоб знизити оберти електродвигуна, не потрібен ЧП або інші електронні пристрої, достатньо простого перемикача або контакторів. Це знижує вартість системи та спрощує її обслуговування.
Оскільки немає складних електронних компонентів, мотор менш схильний до поломок. І працює в одному із заздалегідь передбачених режимів, не витрачаючи зайву електроенергію на підтримку непотрібних високих оборотів.
Мінуси:
- Оберти можна змінювати лише між заздалегідь заданими значеннями (наприклад, 3000 і 1500 об/хв). Якщо потрібне щось проміжне, цей метод не підійде.
- Звичайні асинхронні агрегати не підтримують перемикання полюсів, тому доведеться купувати особливу модель, яка коштує дорожче за стандартні.
Тобто цей метод хороший, коли ні, ніж регулювати обороти електродвигуна, потрібно надійне і просте рішення для роботи у фіксованих режимах, але він не підходить, якщо потрібне плавне регулювання швидкості.
Інші методи
Існують інші способи, наприклад реостатне регулювання (регулювання ковзання) для фазних двигунів або управління напругою через автотрансформатор. Однак вони менш ефективні, дають значні втрати енергії та застосовуються рідше.
Що означає IP68Розкажемо про те, як дізнатися, наскільки захищене обладнання з маркуванням IP68.
Як дізнатися потужність електродвигунаПокрокова інструкція з розрахунку потужності електродвигуна. Дізнайтеся, які формули та параметри використовувати для точного результату.
