Pole-Umsteckverfahren

Pole Changing Method für die Drehzahlregelung von Asynchronmotoren

Die Polwechselmethode ist eine der wichtigsten Techniken zur Regulierung der Drehzahl eines Asynchronmotors. Diese Methode der Drehzahlregelung durch Polwechsel wird hauptsächlich bei Käfigläufermotoren angewendet. Der Grund liegt in der einzigartigen Eigenschaft des Käfigläufers, der automatisch eine Anzahl von Polen erzeugt, die genau der Anzahl der Pole in der Statorwicklung entspricht.

Es gibt drei Hauptmethoden, mit denen die Anzahl der Statorpole verändert werden kann:

• Mehrere Statorwicklungen

• Methode der Folgepole

• Polamplitudenmodulation (PAM)

Jede dieser Polwechselmethoden wird im Folgenden detailliert erklärt:

Mehrere Statorwicklungen

Bei der Methode der mehreren Statorwicklungen werden zwei unterschiedliche Wicklungen auf dem Stator installiert, wobei jede Wicklung eine andere Anzahl von Polen erzeugt. Zu jedem Zeitpunkt wird nur eine dieser Wicklungen angespannt. Zum Beispiel betrachten wir einen Motor, der mit zwei Wicklungen für 6-Pol- und 4-Pol-Konfigurationen ausgestattet ist. Bei einer Netzfrequenz von 50 Hertz wären die entsprechenden Synchrongeschwindigkeiten für diese Polzahlen 1000 Umdrehungen pro Minute und 1500 Umdrehungen pro Minute. Allerdings hat diese Drehzahlregelungsmethode ihre Nachteile; sie ist energieeffizienter und im Allgemeinen teurer zu implementieren als andere Techniken.

Methode der Folgepole

Die Methode der Folgepole beinhaltet, dass eine einzelne Statorwicklung in mehrere Spulengruppen unterteilt wird, wobei die Enden jeder Gruppe für externe Verbindungen herausgeführt werden. Durch einfache Umkonfiguration der Verbindungen zwischen diesen Spulengruppen kann die Anzahl der Pole effektiv geändert werden. In der Praxis werden Statorwicklungen normalerweise in nur zwei Spulengruppen unterteilt, was eine Änderung der Polzahl im Verhältnis 2:1 ermöglicht.

Die folgende Abbildung zeigt eine Phase einer Statorwicklung, die aus 4 Spulen besteht. Diese Spulen sind in zwei Gruppen geteilt, die als a - b und c - d bezeichnet sind.

Die Spulengruppe a - b besteht aus einer ungeraden Anzahl von Spulen, nämlich Spule 1 und 3, während die Spulengruppe c - d eine gerade Anzahl von Spulen enthält, nämlich Spule 2 und 4. Diese beiden Spulen innerhalb jeder Gruppe sind in Reihe geschaltet. Wie in der obigen Abbildung dargestellt, werden die Enden a, b, c und d für externe Verbindungen herausgeführt.

Der Stromfluss durch diese Spulen kann gesteuert werden, indem die Spulengruppen entweder in Reihe oder parallel geschaltet werden, wie in der unten stehenden Abbildung gezeigt. Diese strategische Verbindungsaufteilung ermöglicht die Manipulation des vom Stator erzeugten Magnetfeldes, was wiederum eine wichtige Rolle bei der Änderung der Polzahl und somit der Regelung der Drehzahl des Asynchronmotors spielt.

In einem 50-Hertz-Elektriksystem ergibt sich bei einer Statorwicklungsanordnung, die insgesamt vier Pole erzeugt, eine Drehzahl des Asynchronmotors von 1500 Umdrehungen pro Minute (rpm).

Wie in der unten stehenden Abbildung dargestellt, tritt eine signifikante Veränderung im vom Stator erzeugten Magnetfeld auf, wenn die Richtung des Stroms, der durch die Spulen der Gruppe a - b fließt, umgekehrt wird. Unter dieser neuen Bedingung erzeugen alle Spulen im Wicklungskreis Nordpole (N). Diese Änderung in der Polkonfiguration beeinflusst direkt die Motordrehzahl und die Betriebscharakteristika, was ein Schlüsselprinzip der Polwechselmethode zur Drehzahlregelung von Asynchronmotoren bildet.

Prinzipien des Polwechsels und PAM-Technik

Damit sich der magnetische Kreislauf abschließen kann, muss der magnetische Fluss der Polgruppe den Raum zwischen den Polgruppen durchqueren. Als Ergebnis wird ein Magnetpol der entgegengesetzten Polarität, ein S-Pol, induziert. Diese induzierten Pole werden als Folgepole bezeichnet. Die Anzahl der Pole in der Maschine verdoppelt sich von ihrer ursprünglichen Anzahl (zum Beispiel von 4 auf 8 Pole), und die Synchrongeschwindigkeit halbiert sich (von 1500 rpm auf 750 rpm).

Dieses Prinzip kann auf alle drei Phasen eines Asynchronmotors angewendet werden. Durch sorgfältige Auswahl von Reihen- und Parallelschaltungen für die Spulengruppen innerhalb jeder Phase und durch geeignete Stern- oder Dreieckschaltungen zwischen den Phasen wird es möglich, Geschwindigkeitsänderungen zu erreichen, während gleichzeitig konstanter Drehmoment, konstanter Leistungsbetrieb oder variabler Drehmomentbetrieb gewährleistet wird.

Polamplitudenmodulation (PAM) Technik

Die Polamplitudenmodulation bietet einen hochflexiblen Ansatz für den Polwechsel. Im Gegensatz zu einigen traditionellen Methoden, die hauptsächlich ein Geschwindigkeitsverhältnis von 2:1 erreichen, kann PAM in Szenarien eingesetzt werden, in denen verschiedene Geschwindigkeitsverhältnisse erforderlich sind. Motoren, die speziell für die Geschwindigkeitsanpassung mit der Polamplitudenmodulationsschema entwickelt wurden, werden als PAM-Motoren bezeichnet. Diese Motoren bieten eine verbesserte Flexibilität in der Geschwindigkeitsregelung und eignen sich daher für eine Vielzahl von Anwendungen, in denen präzise und vielfältige Geschwindigkeitsregelung erforderlich ist.