Polsbyte metoden

Pole Changing Method for Induction Motor Speed Control

Pole changing-metoden är en av de viktigaste teknikerna för att reglera hastigheten på en induktionsmotor. Denna metod för hastighetsreglering genom polbyte används främst för kagelmotorer. Anledningen till detta ligger i den unika egenskapen hos kagelrotorn, som automatiskt genererar ett antal poler som exakt matchar antalet poler i statorvindningen.

Det finns tre huvudmetoder för att ändra antalet statorpoler:

• Flera statorvindningar

• Metod med konsekventa poler

• Poleamplitudmodulation (PAM)

Var och en av dessa metoder för polbyte beskrivs i detalj nedan:

Flera Statorvindningar

I metoden med flera statorvindningar installeras två olika vindningar på statorn, varje vindning virad för att skapa ett annat antal poler. Endast en av dessa vindningar är strömförsedd åt gången. Till exempel, betrakta en motor utrustad med två vindningar designade för 6-polig och 4-polig konfiguration. Med en elektrisk spänningsfrekvens på 50 hertz skulle de motsvarande synkrona hastigheterna för dessa polantal vara 1000 varv per minut respektive 1500 varv per minut. Denna hastighetsregleringsmetod har dock sina nackdelar; den är mindre energieffektiv och generellt mer kostsam att implementera jämfört med andra tekniker.

Metod med Konsekventa Poler

Metoden med konsekventa poler innebär att en enda statorvindning delas in i flera spolsgrupper, med terminalerna för varje grupp framförd för extern anslutning. Genom att enkelt omkonfigurera anslutningarna mellan dessa spolsgrupper kan antalet poler effektivt ändras. I praktiska tillämpningar delas statorvindningar vanligtvis in i bara två spolsgrupper, vilket möjliggör ett polantalbytte i ett förhållande på 2:1.

Följande figur illustrerar en fas av en statorvindning som består av 4 spolar. Dessa spolar är indelade i två grupper, märkta som a-b och c-d.

Spolgruppen a-b består av ett udda antal spolar, nämligen spol 1 och 3, medan spolgruppen c-d innehåller ett jämnt antal spolar, nämligen spol 2 och 4. Dessa två spolar inom varje grupp är kopplade i serie. Som visas i figuren ovan är terminalerna a, b, c och d framförda för externa anslutningar.

Strömmen genom dessa spolar kan kontrolleras genom att koppla spolsgrupperna antingen i serie eller parallellt, som illustrerat i figuren nedan. Denna strategiska anslutningsarrangemang gör det möjligt att manipulera det magnetiska fältet som genereras av statorvindningarna, vilket i sin tur spelar en viktig roll vid ändring av antalet poler och därmed reglering av induktionsmotorns hastighet.

I ett 50-hertz elektriskt system, när statorvindningskonfigurationen ger totalt fyra poler, är den motsvarande rotationshastigheten för induktionsmotorn 1500 varv per minut (rpm).

Som illustrerat i figuren nedan, när riktningen för strömmen genom spolarna i gruppen a-b växlas, inträffar en betydande förändring i det magnetiska fältet som genereras av statorvindningarna. Under denna nya villkor kommer alla spolar inom vindningen att producera nordpoler (N). Denna förändring i polkonfigurationen påverkar direkt motorns hastighet och driftkarakteristika, vilket utgör ett nyckelprincip i metoden för hastighetsreglering genom polbyte för induktionsmotorer.

Principer för Polbyte och PAM-teknik

För att magnetkretsen ska kunna slutas måste magnetflödet från polgruppen passera mellan polgrupperna. Detta resulterar i att en magnetpol med motsatt polaritet, en S-pol, induceras. Dessa inducerade poler kallas för konsekventa poler. Antalet poler i maskinen fördubblas från sitt ursprungliga antal (till exempel ökar från 4 till 8 poler), och synkronhastigheten halveras (minskar från 1500 rpm till 750 rpm).

Denna princip kan tillämpas över alla tre faser av en induktionsmotor. Genom noggrant val av kombinationer av serie- och parallellanslutningar för spolsgrupperna inom varje fas, och genom att välja lämpliga stjärn- eller triangelanslutningar mellan faserna, blir det möjligt att uppnå hastighetsförändringar samtidigt som konstant moment, konstant effekt, eller variabel momentdrift bibehålls.

Poleamplitudmodulation (PAM) Teknik

Poleamplitudmodulation erbjuder en mycket anpassningsbar metod för polbyte. Olikt vissa traditionella metoder som huvudsakligen uppnår en hastighetsförhållande på 2:1, kan PAM användas i situationer där olika hastighetsförhållanden behövs. Motorer speciellt konstruerade för hastighetsjustering med poleamplitudmodulationschema kallas PAM-motorer. Dessa motorer ger förbättrad flexibilitet i hastighetskontroll, vilket gör dem lämpliga för en mängd tillämpningar där exakt och varierad hastighetsreglering krävs.