Metoda zmiany liczby biegunów

Metoda zmiany liczby biegunów do sterowania prędkością silnika indukcyjnego

Metoda zmiany liczby biegunów jest jednym z głównych sposobów regulacji prędkości silnika indukcyjnego. Ta metoda sterowania prędkością poprzez zmianę liczby biegunów jest przede wszystkim stosowana w silnikach klatkowych. Powodem jest unikalna cecha wirnika klatkowego, który automatycznie generuje liczbę biegunów dokładnie odpowiadającą liczbie biegunów w cewce stojaka.

Istnieją trzy główne metody, za pomocą których można zmienić liczbę biegunów stojaka:

• Wielokrotne cewki stojaka

• Metoda biegunów konsekwentnych

• Modulacja amplitudowa biegunów (PAM)

Każda z tych metod zmiany liczby biegunów jest szczegółowo wyjaśniona poniżej:

Wielokrotne cewki stojaka

W metodzie wielokrotnych cewek stojaka montowane są dwa różne zwinięcia na stojaku, każde zaprojektowane do tworzenia innej liczby biegunów. Tylko jedno z tych zwinięć jest podłączone w danym momencie. Na przykład, rozważmy silnik wyposażony w dwa zwinięcia zaprojektowane dla konfiguracji 6-biegunowej i 4-biegunowej. Przy częstotliwości zasilania elektrycznego 50 herców, odpowiednie prędkości synchroniczne dla tych liczb biegunów wynoszą 1000 obrotów na minutę i 1500 obrotów na minutę, odpowiednio. Jednak ta metoda sterowania prędkością ma swoje wady; jest mniej energooszczędna i ogólnie droższa w implementacji w porównaniu do innych technik.

Metoda biegunów konsekwentnych

Metoda biegunów konsekwentnych polega na podzieleniu jednego zwinięcia stojaka na kilka grup cewek, z końcówkami każdej grupy wywiedzionymi na zewnątrz. Poprzez proste ponowne konfigurowanie połączeń między tymi grupami cewek, można skutecznie zmienić liczbę biegunów. W praktyce zwinięcia stojaka są zwykle dzielone tylko na dwie grupy cewek, co pozwala na zmianę liczby biegunów w proporcji 2:1.

Poniższy rysunek ilustruje pojedynczą fazę zwinięcia stojaka składającego się z 4 cewek. Te cewki są podzielone na dwie grupy, oznaczone jako a - b i c - d.

Grupa cewek a - b składa się z nieparzystej liczby cewek, konkretnie cewek 1 i 3, podczas gdy grupa c - d zawiera parzystą liczbę cewek, a mianowicie cewki 2 i 4. Te dwie cewki w każdej grupie są połączone szeregowo. Jak pokazano na powyższym rysunku, końcówki a, b, c i d są wywiedzione na zewnątrz do połączeń zewnętrznych.

Prąd płynący przez te cewki może być kontrolowany poprzez połączenie grup cewek szeregowo lub równolegle, jak pokazano na poniższym rysunku. Ta strategiczna konfiguracja połączeń pozwala na manipulowanie polem magnetycznym generowanym przez zwinięcia stojaka, co odgrywa kluczową rolę w zmianie liczby biegunów i tym samym regulacji prędkości silnika indukcyjnego.

W systemie elektrycznym o częstotliwości 50 herców, gdy konfiguracja zwinięcia stojaka daje w sumie cztery bieguny, odpowiadająca prędkość obrotowa silnika indukcyjnego wynosi 1500 obrotów na minutę (rpm).

Jak pokazano na poniższym rysunku, gdy kierunek prądu płynącego przez cewki grupy a - b jest odwrócony, następuje istotna zmiana w polu magnetycznym generowanym przez zwinięcia stojaka. W tej nowej sytuacji, wszystkie cewki w zwinięciu tworzą bieguny północne (N). Ta zmiana w konfiguracji biegunów bezpośrednio wpływa na prędkość i charakterystykę pracy silnika, tworząc kluczowe zasady metody zmiany biegunów do sterowania prędkością silników indukcyjnych.

Zasady zmiany biegunów i technika PAM

Aby ukończyć obwód magnetyczny, strumień magnetyczny grupy biegunowej musi przejść przez przestrzeń między grupami biegunowymi. W rezultacie indukuje się biegun magnetyczny o przeciwnym polaryzacji, biegun S. Te indukowane bieguny nazywane są biegunami konsekwentnymi. W konsekwencji, liczba biegunów w maszynie podwaja się w stosunku do pierwotnej (np. z 4 do 8 biegunów), a prędkość synchroniczna jest zmniejszona o połowę (z 1500 rpm do 750 rpm).

Ta zasada może być stosowana we wszystkich trzech fazach silnika indukcyjnego. Poprzez staranne wybieranie kombinacji połączeń szeregowych i równoległych dla grup cewek w każdej fazie, oraz poprzez wybór odpowiednich połączeń gwiazdowych lub trójkątnych między fazami, możliwe staje się osiągnięcie zmian prędkości przy utrzymaniu stałego momentu, stałej mocy lub umożliwiające pracę z zmiennym momentem.

Technika modulacji amplitudowej biegunów (PAM)

Modulacja amplitudowa biegunów oferuje bardzo elastyczną metodę zmiany biegunów. W przeciwieństwie do niektórych tradycyjnych metod, które głównie osiągają proporcję prędkości 2:1, PAM może być używana w scenariuszach, gdzie potrzebne są różne proporcje prędkości. Silniki specjalnie zaprojektowane do regulacji prędkości przy użyciu schematu modulacji amplitudowej biegunów nazywane są silnikami PAM. Te silniki zapewniają zwiększoną elastyczność w sterowaniu prędkością, co sprawia, że są one odpowiednie do szerokiego zakresu zastosowań, gdzie wymagana jest precyzyjna i różnorodna regulacja prędkości.