Transformátorové regulátory otáček ventilátorů

17.10.2024 Jitka Benešová

Jak funguje transformátorový regulátor otáček ventilátoru

Transformátorové regulátory řídí otáčky ventilátorů s AC motory v krocích tím, že snižují napětí motoru. Toto stupňovité řízení otáček je dosaženo díky elektrickému transformátoru, který tyto regulátory využívají, a proto se nazývají "transformátorové regulátory". Transformátorové regulátory otáček ventilátorů jsou cenově výhodné a osvědčily se jako velmi spolehlivé a odolné. Mohou být také použity v situacích, kdy je napájení nestabilní. Transformátorové regulátory otáček se obvykle používají k regulaci otáček ventilátorů. Většina zákazníků je ochotna přijmout nevýhodu mírně nižší energetické účinnosti, protože pro ně je důležitější snadnost použití. Transformátorový regulátor otáček je jednou z nejjednodušších metod, jak řídit otáčky elektrického motoru. Jak připojení, tak i uvedení do provozu je obzvláště jednoduché.

Tichý chod motoru

Tyto typy regulátorů otáček ventilátorů se snadno instalují. Nevyžadují žádnou konfiguraci a mohou být použity ihned po připojení. Díky technologii transformátoru generují napětí motoru s perfektním sinusovým tvarem, což vede k mimořádně tichému chodu motoru a prodloužené životnosti. Podrobnější informace o technologii transformátorů jsou uvedeny níže. Dokonale sinusové napětí motoru je hlavní výhodou ve srovnání s elektronickými regulátory TRIAC. Regulátor TRIAC odřezává části sinusového napětí, zatímco transformátorový regulátor otáček sinusový tvar zachovává a pouze jej snižuje.

Bzučení elektrického transformátoru

V transformátoru vytváří střídavý proud neustále se měnící magnetické pole, které způsobuje, že železné jádro vibruje při vysoké frekvenci, což vnímáme jako bzučivý zvuk (hučení). Tato magnetická pole mohou způsobovat malé pohyby uvnitř samotného transformátoru. Uvolněné cívky, lamelové plechy v jádru nebo dokonce kryt transformátoru mohou mírně vibrovat, což způsobuje bzučivý zvuk. Je důležité poznamenat, že určitá míra bzučení je pro transformátory normální. Nicméně neobvykle hlasité bzučení může znamenat problém, jako jsou uvolněné součásti, přetížení nebo porucha komponentů. Transformátory od společnosti Sentera dostávají speciální impregnační nátěr, který snižuje elektrický hluk transformátorů. Kvůli tomuto bzučení doporučujeme vždy instalovat transformátorový regulátor otáček ventilátoru v technické místnosti, kde tento hluk není tak rušivý.

Regulace otáček ventilátoru snížením napětí motoru

Transformátorové regulátory otáček ventilátorů regulují rychlost ventilátoru snižováním napětí motoru po krocích. TRIAC nebo elektronické regulátory otáček ventilátorů také regulují rychlost motoru snižováním napětí motoru. Rozdíl spočívá v tom, že transformátorové regulátory to dělají v krocích, zatímco TRIAC regulátory to provádějí plynule. Oba typy regulátorů jsou vhodné pouze pro motory, u kterých lze regulovat rychlost napětím. Jsou to elektrické motory, u kterých lze otáčky regulovat snižováním napětí při konstantní frekvenci. Oba typy regulátorů lze použít v aplikacích, kde s klesající rychlostí klesá i točivý moment, například při regulaci otáček ventilátorů. Řízení otáček ventilátorů s AC motory je jednou z nejběžnějších aplikací pro transformátorové regulátory rychlosti. Jak již bylo zmíněno, hlavními výhodami transformátorových regulátorů jsou jejich jednoduchost a cenová dostupnost. Není potřeba žádná konfigurace; jakmile je vše zapojeno, ventilátor lze ihned ovládat. Konstrukce, instalace a uvedení do provozu transformátorového regulátoru rychlosti je mnohem jednodušší než u složitějších regulátorů rychlosti, jako jsou frekvenční měniče, což se také promítá do nižších nákladů.

Transformátor snižuje napájecí napětí, které se označuje jako primární napětí. Snížené napětí, které lze použít k napájení motoru, se nazývá sekundární napětí. Sekundární napětí se snižuje podle poměru počtu primárních vinutí k počtu sekundárních vinutí. Pokud je například primární vinutí dvakrát větší než sekundární vinutí, sekundární napětí bude poloviční oproti primárnímu. Schéma na pravé straně ukazuje elektrický transformátor s pouze jedním sekundárním napětím. Transformátory používané v regulátorech rychlosti nabízejí pět různých sekundárních napětí. Rychlost motoru se snižuje připojením motoru k jednomu z těchto napěťových vývodů (sekundárních napětí). To lze provést otočením knoflíku, analogovým vstupním signálem nebo příkazem zaslaným přes komunikaci Modbus RTU. Většina transformátorových regulátorů otáček ventilátorů od společnosti Sentera umožňuje výběr pěti různých rychlostí motoru. Některé modely umožňují další snížení nejnižší rychlosti tím, že se vnitřně připojí kabel nejnižší rychlosti na ještě nižší napěťový vývod na transformátoru. To však není povoleno u všech typů motorů. Pokud je startovací napětí příliš nízké, motor se nemusí rozběhnout, což může způsobit zablokování motoru s rizikem spálení.

Maximální proud, který může transformátor dodávat, je určen tloušťkou měděných drátů ve vinutí cívky transformátoru. Maximální proud motoru určuje typ transformátoru, který je třeba vybrat. Pro motor s vyššími proudy musí být vybrán transformátor se silnějším průměrem drátu. Maximální proudová kapacita transformátorů Sentera je přehledně uvedena na webu. Maximální proudová kapacita znamená spotřebu proudu motoru (vyjádřenou v ampérech), když motor běží na plné otáčky. Vyšší rozběhový proud, který se krátce vyskytne při startu motoru, není třeba brát v úvahu. Transformátory Sentera mají po celé délce vinutí konstantní tloušťku drátu, což zaručuje vyšší kvalitu transformátoru. Mnoho konkurenčních společností nabízí levnější transformátory s proměnnou tloušťkou drátu ve vinutí cívky. V důsledku toku elektrického proudu se měděné dráty zahřívají. Tenčí dráty se zahřívají rychleji, protože mají vyšší elektrický odpor. Když se zahřívání stane příliš silným, izolace měděných drátů se roztaví, což způsobí zkrat a trvalé poškození. Když k tomu dojde, je nutné transformátor vyměnit. Nadměrně vysoké okolní teploty, časté restartování motoru nebo způsob instalace s nedostatečnými možnostmi chlazení mohou toto poškození také způsobit.

Autotransformátory

Regulátory otáček ventilátorů Sentera jsou vybaveny jedním nebo více autotransformátory. Autotransformátor využívá jedno vinutí (cívku), které slouží jako primární i sekundární vinutí. K dosažení různých výstupních napětí se používají různé napěťové odbočky. Na rozdíl od autotransformátoru má izolační transformátor dvě oddělená vinutí – primární a sekundární – což poskytuje elektrickou izolaci mezi vstupem a výstupem.

Jedno vinutí znamená, že nedochází ke galvanickému oddělení primárního vinutí od sekundárního. Cívky jsou přímo propojené, což vede nejen k elektromagnetickému, ale i elektrickému spojení. Tyto vlastnosti významně přispívají k vyšší účinnosti, protože se přeměňuje pouze část výkonu.

Provoz transformátoru je založen na dvou základních principech:

1. 1. Časově proměnný elektrický proud v primární cívce vytváří časově proměnné elektromagnetické pole.
Elektromagnetické pole vytváří střídavý elektrický proud prostřednictvím elektromagnetické indukce.

Jedno vinutí autotransformátoru poskytuje kompaktnější a lehčí konstrukci ve srovnání s konvenčními transformátory se dvěma vinutími. Tento typ transformátoru se vyznačuje kompaktními rozměry, vysokou spolehlivostí a dlouhou životností. Často se používá v různých průmyslových odvětvích a výrobních procesech, ale také pro běžné domácí účely, kdy je potřeba regulovat určité fyzikální veličiny.

Jak funguje elektrický transformátor
V této kapitole podrobně vysvětlíme, jak funguje elektrický transformátor.
Transformátor je elektrické zařízení, které přenáší elektrickou energii mezi dvěma nebo více obvody prostřednictvím elektromagnetické indukce. Elektromagnetická indukce vytváří elektromotorickou sílu (EMF) ve vodiči, který je vystaven časově proměnným magnetickým polím. Transformátory se používají ke zvýšení nebo snížení střídavého napětí v aplikacích elektrické energie.

Do primární cívky transformátoru je přiváděn střídavý proud. Proud protékající cívkou vytváří magnetické pole. Jelikož je proud v primární cívce střídavý (neustále mění směr), magnetické pole také neustále mění svou sílu a směr. Toto „tančící“ magnetické pole je klíčové pro následující krok.

Měnící se magnetické pole působí jako neviditelná cesta pro elektrickou energii. Prochází jak primární, tak sekundární cívkou. V sekundární cívce toto proměnlivé magnetické pole vytváří jev zvaný elektromagnetická indukce. Ta způsobuje pohyb elektronů v sekundární cívce, čímž se generuje proud. Funguje to takto: když se magnetické pole kolem vodiče (sekundární cívky) změní, „postrčí“ elektrony uvnitř vodiče. Tento impuls vytváří napětí (elektromotorická síla nebo EMF), které tlačí elektrony, aby proudily určitým směrem, čímž vzniká elektrický proud. Směr proudu závisí na směru změny magnetického pole, jak vysvětluje Lenzův zákon.

Napětí v sekundární cívce závisí na dvou faktorech:

Počet vinutí: Počet vinutí v každé cívce. Pokud má sekundární cívka více vinutí než primární cívka, napětí bude vyšší. Naopak, méně vinutí v sekundární cívce povede k nižšímu napětí.
Síla magnetického pole: Síla proměnlivého magnetického pole. Silnější magnetické pole vyvolá v sekundární cívce větší napětí.

Regulátor otáček ventilátoru založený na transformátoru je robustní a snadno použitelný. Nevýhodou je nižší energetická účinnost ve srovnání se složitějšími regulátory otáček. Účinnost transformátoru je poměr jeho výstupního výkonu k výkonu vstupnímu. Nižší energetická účinnost transformátorového regulátoru otáček je způsobena těmito faktory:

Ztráta hysterezí: Když se magnetické pole v jádru změní (což se v transformátorech se střídavým proudem děje neustále), materiál zažívá mikroskopické přeskupení své vnitřní struktury. Tento pohyb sem a tam spotřebovává malé množství energie, což se projevuje jako tepelná ztráta.
Ztráta vířivými proudy: Proměnlivé magnetické pole rovněž indukuje malé cirkulační proudy uvnitř samotného železného jádra. Tyto vířivé proudy jádro zahřívají a představují další formu ztráty bez zatížení.
Ztráty I²R: Toto je klasický Jouleův zahřívací efekt. Proud (I) protékající odporem (R) měděných drátů v primární a sekundární cívce vytváří teplo. S rostoucím proudovým zatížením se také úměrně zvyšují i ztráty I²R.

Sentera používá různé techniky ke snížení těchto energetických ztrát:

Vysoce kvalitní materiály jádra: Použití křemíkové oceli s orientovaným zrnem s nízkými hysterezními ztrátami je zásadní. Tato ocel, nazývaná také elektrická ocel, je dražší než jiné typy oceli, ale nabízí lepší propustnost pro magnetická pole, což vede k menším ztrátám.
Laminace jádra: Jádro je tvořeno velmi tenkými kovovými pláty (laminacemi), aby se snížily vířivé proudy. Tyto tenké kovové desky jsou v továrně Sentera dokonale vyrovnány, připevněny k sobě a následně opatřeny speciálním impregnovacím nátěrem. Tato metoda je časově náročná, ale poskytuje významné zvýšení energetické účinnosti.
Velikost vodiče: Použití silnějších drátů ve vinutích snižuje jejich odpor a tím i ztráty I²R. Vysoce kvalitní měď s velkým průměrem má nižší hodnotu odporu, což omezuje ztráty při vyšších proudech. Transformátory Sentera mají po celé délce vinutí konstantní tloušťku drátu, což zaručuje lepší kvalitu transformátoru.

Proč tato základní technologie zůstává stále zajímavá
Transformátorové regulátory otáček od společnosti Sentera jsou stále široce používány pro řízení otáček ventilátorů. Jejich snadné použití, robustní konstrukce a atraktivní cena jsou hlavními výhodami. Otáčky ventilátoru lze nastavovat v krocích, a i při nízkých otáčkách motor zůstává mimořádně tichý. Nevýhodami této technologie jsou nižší energetická účinnost a hluk, který regulátor otáček generuje. Regulátory otáček od společnosti Sentera jsou navrženy tak, aby tyto nevýhody co nejvíce minimalizovaly. Zejména pro aplikace ventilátorů, které nevyžadují nepřetržitý provoz, je transformátorový regulátor otáček ideální volbou. Typickými aplikacemi jsou digestoře, odsávací ventilátory atd.

Transformátorové regulátory rychlosti ventilátoru

Produktová nabídka transformátorových regulátorů od společnosti Sentera
Sentera je jedním z předních výrobců regulátorů otáček ventilátorů. Již dvě desetiletí jsou naše transformátorové regulátory otáček ventilátorů standardem ve světě HVAC. Kvalita a uživatelská přívětivost jsou pro nás vždy hlavní prioritou. Díky velkému úspěchu vznikla celá řada variant. Proto není vždy snadné získat přehled o tomto sortimentu. Níže jsou stručně shrnuty nejdůležitější vlastnosti jednotlivých řad.

Transformátorové regulátory otáček ventilátorů Sentera pro jednofázové motory s maximálním zatížením až (včetně) 7,5 A mají kvalitní plastový kryt s kovovými chladicími žebry. Tento kryt je vyráběn z ABS plastu zpomalujícího hoření v továrně na plasty společnosti Sentera. Chladicí žebro zajišťuje dostatečný odvod tepla pro regulátory této kapacity. Všechny ostatní transformátorové regulátory otáček ventilátorů mají pevný kovový kryt s dostatečnou kapacitou pro odvod tepla.

Transformátorové regulátory otáček ventilátorů s vestavěnými přepínači
První skupina obsahuje transformátorové regulátory otáček ventilátorů s vestavěnými ovládacími přepínači na předním panelu. Tyto regulátory otáček se snadno instalují a obsluhují.

Základní úroveň Nejjednodušší transformátorové regulátory otáček mají na oředním panelu otočný přepínač, který umožňuje manuální volbu rychlosti ventilátoru. Pro jednofázové 230 V motory je k dispozici řada STR-1, pro třífázové 230 V motory řada STR-3 a pro třífázové 400 V motory řada STR-4. Toto jsou nejlevnější a nejjednodušší 5stupňové regulátory otáček v nabídce společnosti Sentera.
Detekce přehřátí motoru Pro jednofázové a třífázové 400 V motory jsou základní modely dostupné i s přídavnou bezpečnostní funkcí pro detekci přehřátí motoru. Jedná se o řadu STRS1 a STRS4. Obě řady jsou zajímavé, pokud je motor vybaven teplotními čidly TK (teplotní kontakt) ve vinutí motoru. Tato teplotní čidla TK lze připojit k řadám STRS1 a STRS4. Pokud teplota motoru překročí kritickou hodnotu, 5stupňový regulátor otáček motor vypne, aby zabránil trvalému poškození.
Nouzové tlačítko pro odsávání kouře Pro jednofázové motory je základní model dostupný i s přídavným nouzovým tlačítkem pro odsávání kouře. Po stisknutí nouzového tlačítka se ventilátor okamžitě zrychlí na maximální otáčky. Po resetování nouzového tlačítka bude regulátor otáček opět fungovat normálně. Řada SER-1 řídí jednofázové motory.
Dva samostatné 5stupňové přepínače rychlosti Řada SC2-1 nabízí ne jeden, ale dva přepínače rychlosti na předním panelu. Tyto regulátory řídí jednofázové motory. Jeden z obou otočných přepínačů je aktivován prostřednictvím beznapěťového kontaktu (nízký nebo vysoký). V mnoha aplikacích je k tomuto vstupu připojeno externí časové relé, teplotní spínač nebo relé diferenčního tlaku. V případě teplotního spínače je například ventilátor řízen přepínačem 1 při nízkých teplotách a přepínačem 2 při vyšších teplotách. To umožňuje automatické přepínání mezi dvěma různými ventilačními režimy v závislosti na okolnostech. Je to zjednodušená verze ventilace na základě požadavku.
Regulátory otáček odtahového ventilátoru pro kuchyňské digestoře Řada SFPR1 a SFPR4 jsou transformátorové regulátory otáček ventilátorů s výstupem pro ovládání plynového ventilu. K detekci průtoku vzduchu je zapotřebí volitelné čidlo průtoku vzduchu nebo tlakové relé. Výstup je aktivován současně s ventilátorem. Pokud není průtok vzduchu detekován do 60 sekund po spuštění motoru, výstup plynového ventilu je deaktivován. Řada SFPR1 a SFPR4 ovládají jednofázové nebo třífázové 400 V motory. Tyto regulátory se automaticky restartují po výpadku napájení a obsahují detekci přehřátí motoru (TK kontakty motoru).

Dálkově ovládatelné transformátorové regulátory otáček ventilátorů

V některých situacích není žádoucí, aby ventilátor pracoval nepřetržitě nebo vždy stejnou rychlostí. Proto nabízíme transformátorové regulátory otáček ventilátorů, které lze ovládat na dálku. Existují varianty, kde lze na dálku ovládat pouze zapnutí ventilátoru, stejně jako varianty, kde lze na dálku vybrat i rychlost otáček.

Dálkově ovladatelné transformátorové regulátory

Transformátorové regulátory otáček ventilátorů se vstupy pro beznapěťové kontakty

Vstupy pro beznapěťový kontakt lze aktivovat digitálním signálem (vysoký nebo nízký). Obvykle se tyto vstupy aktivují manuálně pomocí spínače. Mohou však být aktivovány i automaticky pomocí časovače, tlakového relé, teplotního spínače, spínače vlhkosti atd.

Řady STRA1 a STRA4 mají několik dalších vstupů pro beznapěťové kontakty, které umožňují vzdálené spuštění motoru. Možnost kombinace různých podmínek činí tyto regulátory univerzálně použitelnými. Rychlost ventilátoru musí být nastavena pomocí otočného přepínače na předním panelu. Řada STRA1 a STRA4 řídí jednofázové nebo třífázové 400 V motory. Po výpadku napájení se automaticky restartují a mají výstup pro alarm a detekci přehřátí motoru (TK kontakty motoru).
Řady SC2A1 a SC2A4 mají na předním panelu dva přepínače rychlosti. Tyto řady také nabízejí několik dalších vstupů pro beznapěťový kontakt pro vzdálené spuštění motoru a aktivaci jednoho z obou přepínačů rychlosti. Řada SC2A1 a SC2A4 ovládají jednofázové nebo třífázové 400 V motory. Po výpadku napájení se automaticky restartují a mají výstup pro alarm a detekci přehřátí motoru (TK kontakty motoru).
Řada RTR-1 nabízí pět vstupů pro beznapěťové kontakty, kterými lze aktivovat jednu z pěti dostupných rychlostí. Tento transformátorový regulátor otáček ventilátorů lze tedy plně ovládat na dálku. Nejen startovací signál, ale i požadovanou rychlost ventilátoru lze nastavit dálkově. Řada RTR-1 řídí jednofázové motory.

Transformátorové regulátory otáček ventilátorů s analogovým vstupem 0–10 V

K transformátorovému regulátoru otáček ventilátoru je připojen řídicí signál 0–10 V. Tento řídicí signál určuje, která rychlostní úroveň bude aktivována (jakou rychlostí motor poběží). Signál 0–10 V lze generovat manuálně pomocí potenciometru, nebo automaticky pomocí čidla. Například, čidlo vysílá naměřenou hodnotu CO₂ jako signál 0–10 V.

Řady STVS1 a STVS4 jsou transformátorové regulátory otáček ventilátorů s analogovým vstupem. Pět rychlostních stupňů se volí prostřednictvím analogového řídicího signálu (0–10 V). Například: když má analogový signál hodnotu 3 V, aktivuje se rychlost 1. Když má analogový signál hodnotu 5 V, aktivuje se rychlost 2 atd. Pro řízené větrání na základě požadavku mohou být tyto regulátory kombinovány s jedním z čidel Sentera s výstupním signálem 0–10 V. Řady STVS1 a STVS4 řídí jednofázové nebo třífázové 400 V motory. Po výpadku napájení se automaticky restartují a mají detekci přehřátí motoru (TK kontakty motoru).

Transformátorové regulátory otáček ventilátorů s komunikací Modbus RTU

Modbus RTU (Remote Terminal Unit) je jedním z nejčastěji používaných komunikačních protokolů v budovách a průmyslové automatizaci. Jde o sériový komunikační způsob, který umožňuje připojení více zařízení na jednu komunikační linku, čímž usnadňuje efektivní výměnu dat mezi regulátory, čidly, regulátory otáček ventilátorů, pohony a dalšími zařízeními. Komunikace Modbus RTU je mnohem stabilnější a spolehlivější než klasické signály 0–10 V.

Řady transformátorových regulátorů otáček ventilátorů RTVS8 a RTVS1 jsou ovládány prostřednictvím komunikace Modbus RTU. Master zařízení v síti odesílá požadovanou rychlost (1–5) do odpovídajícího Modbus Holding registru zařízení slave RTVS8 nebo RTVS1. Tyto regulátory otáček lze kombinovat s čidly a potenciometry společnosti Sentera s Modbus komunikací. Jsou také kompatibilní s cloudovou platformou SenteraWeb, která nabízí vzdálený přístup, možnost přijímat oznámení, používat týdenní plánovač pro různé větrací režimy atd. Řada RTVS1 vyžaduje napájecí napětí 230 V AC, zatímco řada RTVS8 může pracovat s napětím v rozsahu 115–230 V AC, což je činí univerzálněji použitelnými. Obě řady řídí jednofázové motory. Po výpadku napájení se automaticky restartují a mají výstup pro alarm a detekci přehřátí motoru (TK kontakty motoru).

Transformátorové regulátory otáček ventilátorů s teplotním čidlem

Ovládání rychlosti ventilátoru na základě okolní teploty je široce používáno v zemědělství a zahradnictví. Níže uvedené produktové řady se v těchto odvětvích prodávají ve velkém množství. Prokázaly svou kvalitu a spolehlivost pro zemědělské a zahradnické aplikace.

Řada transformátorových regulátorů otáček ventilátorů GTH funguje v závislosti na okolní teplotě. V režimu vytápění se ventilátor aktivuje, když naměřená teplota klesne pod nastavenou teplotu. Když je naměřená teplota vyšší než nastavená teplota, ventilátor se deaktivuje. Neregulovaný výstup může ovládat vodní ventil pro regulaci průtoku teplé vody nebo relé pro aktivaci elektrického topení. Neregulovaný výstup se aktivuje současně s ventilátorem. Když ventilátor běží, topení je aktivováno. V režimu chlazení je funkčnost obrácená. Pomocí propojky lze zvolit režim vytápění nebo chlazení. Pro měření okolní teploty je vyžadováno volitelné teplotní čidlo PT500. Řada GTH může být použita k řízení jednofázových motorů.
Řada GTTE1 s plug & play funkcí je plně předpřipojená. Napájecí a odtahový ventilátor lze připojit prostřednictvím zásuvek Schuko. Když okolní teplota překročí nastavenou teplotu, rychlost ventilátoru se zvýší a topení se deaktivuje. Když okolní teplota klesne pod nastavenou teplotu, ventilátory se zastaví a topení se aktivuje. Řada GTTE1 řídí jednofázové motory.