روش تغییر قطب
روش تغییر قطب برای کنترل سرعت موتور القایی
روش تغییر قطب یکی از روش‌های اصلی تنظیم سرعت موتور القایی است. این روش کنترل سرعت از طریق تغییر قطب بیشتر در موتورهای قفسی کاربرد دارد. دلیل آن ویژگی منحصر به فرد روتور قفسی است که به صورت خودکار تعداد قطب‌ها را تولید می‌کند که دقیقاً با تعداد قطب‌های پیچک استاتور مطابقت دارد.
سه روش اصلی وجود دارد که با آن می‌توان تعداد قطب‌های استاتور را تغییر داد:
پیچک‌های چندگانه استاتور
روش قطب‌های پیاپی
مدولاسیون دامنه قطب (PAM)
هر یک از این روش‌های تغییر قطب در زیر به طور جزئی توضیح داده شده است:
پیچک‌های چندگانه استاتور
در روش پیچک‌های چندگانه استاتور، دو پیچک مجزا روی استاتور نصب می‌شوند که هر یک به تعداد قطب‌های مختلفی پیچیده شده‌اند. فقط یکی از این پیچک‌ها در هر زمان تغذیه می‌شود. به عنوان مثال، در نظر بگیرید یک موتور با دو پیچک طراحی شده برای پیکربندی‌های ۶ - قطبی و ۴ - قطبی. با فرکانس تغذیه الکتریکی ۵۰ هرتز، سرعت‌های همزمان متناظر برای این تعداد قطب‌ها به ترتیب ۱۰۰۰ دور در دقیقه و ۱۵۰۰ دور در دقیقه خواهد بود. با این حال، این روش کنترل سرعت نقص‌هایی دارد؛ کمتر از نظر انرژی کارآمد است و عموماً نسبت به سایر تکنیک‌ها پرهزینه‌تر است.
روش قطب‌های پیاپی
روش قطب‌های پیاپی شامل تقسیم یک پیچک استاتور به چندین گروه سیم‌پیچ است، با اینکه انتهای هر گروه برای اتصال خارجی بیرون آورده می‌شود. با تنها تغییر دادن اتصالات بین این گروه‌های سیم‌پیچ، می‌توان تعداد قطب‌ها را موثر تغییر داد. در کاربردهای عملی، پیچک‌های استاتور معمولاً به دو گروه سیم‌پیچ تقسیم می‌شوند که امکان تغییر تعداد قطب‌ها با نسبت ۲:۱ را فراهم می‌کند.
شکل زیر یک فاز از پیچک استاتور را نشان می‌دهد که شامل ۴ سیم‌پیچ است. این سیم‌پیچ‌ها به دو گروه تقسیم شده‌اند، که به عنوان گروه a - b و گروه c - d مشخص شده‌اند.
گروه سیم‌پیچ a - b از تعداد فردی سیم‌پیچ تشکیل شده است، به طور خاص سیم‌پیچ‌های ۱ و ۳، در حالی که گروه سیم‌پیچ c - d شامل تعداد زوجی سیم‌پیچ، یعنی سیم‌پیچ‌های ۲ و ۴ است. این دو سیم‌پیچ در هر گروه به صورت سری به هم متصل شده‌اند. همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، انتهای‌های a، b، c و d برای اتصالات خارجی بیرون آورده شده‌اند.
جریان از طریق این سیم‌پیچ‌ها می‌تواند با اتصال گروه‌های سیم‌پیچ به صورت سری یا موازی کنترل شود، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. این ترتیب اتصال استراتژیک اجازه می‌دهد که میدان مغناطیسی تولید شده توسط پیچک‌های استاتور کنترل شود، که به نوبه خود نقش مهمی در تغییر تعداد قطب‌ها و تنظیم سرعت موتور القایی دارد.
در یک سیستم الکتریکی ۵۰ - هرتزی، هنگامی که پیکربندی پیچک استاتور منجر به چهار قطب می‌شود، سرعت دورانی موتور القایی ۱۵۰۰ دور در دقیقه (rpm) خواهد بود.
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، هنگامی که جهت جریان عبوری از سیم‌پیچ‌های گروه a - b معکوس می‌شود، تغییر قابل توجهی در میدان مغناطیسی تولید شده توسط پیچک‌های استاتور ایجاد می‌شود. تحت این شرایط جدید، تمام سیم‌پیچ‌های موجود در پیچک قطب شمال (N) تولید می‌کنند. این تغییر در پیکربندی قطب‌ها مستقیماً بر سرعت و ویژگی‌های عملکردی موتور تأثیر می‌گذارد و یک اصل کلیدی در روش تغییر قطب برای کنترل سرعت موتورهای القایی را تشکیل می‌دهد.
اصول تغییر قطب و تکنیک PAM
برای تکمیل مدار مغناطیسی، جریان مغناطیسی گروه قطب باید از فضای بین گروه‌های قطب عبور کند. در نتیجه، یک قطب مغناطیسی با قطبیت مخالف، یعنی قطب S، القاء می‌شود. این قطب‌های القاء شده به عنوان قطب‌های پیاپی شناخته می‌شوند. بنابراین، تعداد قطب‌های ماشین دو برابر مقدار اولیه خود می‌شود (به عنوان مثال، از ۴ به ۸ قطب افزایش می‌یابد)، و سرعت همزمان نصف می‌شود (از ۱۵۰۰ rpm به ۷۵۰ rpm کاهش می‌یابد).
این اصل می‌تواند در همه سه فاز موتور القایی اعمال شود. با انتخاب دقیق ترکیبات اتصالات سری و موازی برای گروه‌های سیم‌پیچ در هر فاز، و با انتخاب اتصالات ستاره یا دلتا مناسب بین فاز‌ها، می‌توان تغییرات سرعت را در حال حفظ گشتاور ثابت، عملکرد با توان ثابت یا امکان عملکرد با گشتاور متغیر بدست آورد.
تکنیک مدولاسیون دامنه قطب (PAM)
مدولاسیون دامنه قطب ارائه می‌دهد یک رویکرد بسیار انعطاف‌پذیر برای تغییر قطب. برخلاف برخی از روش‌های سنتی که عموماً نسبت سرعت ۲:۱ را می‌رسانند، PAM می‌تواند در سناریوهایی که نیاز به نسبت‌های سرعت مختلف است استفاده شود. موتورهایی که به طور خاص برای تنظیم سرعت با استفاده از طرح مدولاسیون دامنه قطب طراحی شده‌اند به عنوان موتورهای PAM شناخته می‌شوند. این موتورها انعطاف‌پذیری بیشتری در کنترل سرعت ارائه می‌دهند و برای محدوده گسترده‌ای از کاربردها که نیاز به تنظیم دقیق و متنوع سرعت دارند مناسب هستند.
