Метод зміни кількості полюсів

Метод зміни числа полюсів для керування швидкістю асинхронного електродвигуна

Метод зміни числа полюсів є одним із основних способів регулювання швидкості асинхронного електродвигуна. Цей підхід до керування швидкістю через зміну числа полюсів в основному застосовується до двигунів з клітинчатим ротором. Причина полягає у особливості клітинчатого ротора, який автоматично генерує число полюсів, яке точно відповідає числу полюсів в статорній обмотці.

Існує три основні методи, за допомогою яких можна змінити число полюсів статора:

• Кілька статорних обмоток

• Метод послідовних полюсів

• Модуляція амплітуди полюсів (PAM)

Кожен з цих методів зміни числа полюсів детально пояснено нижче:

Кілька статорних обмоток

У методі кількох статорних обмоток на статорі встановлено дві окремі обмотки, кожна з яких намотана для створення різного числа полюсів. Лише одна з цих обмоток живиться електричною енергією в будь-який даний момент. Наприклад, розглянемо двигун, оснащений двома обмотками, призначеними для конфігурацій 6 - полюсний та 4 - полюсний. З частотою електропостачання 50 герц синхронні швидкості для цих чисел полюсів становили б 1000 обертів на хвилину та 1500 обертів на хвилину відповідно. Однак, цей метод керування швидкістю має свої недоліки; він менш енергоефективний та загалом дорожчий у реалізації порівняно з іншими методами.

Метод послідовних полюсів

Метод послідовних полюсів передбачає поділ однієї статорної обмотки на декілька груп котушок, з кінцями кожного групи виведеними для зовнішнього з'єднання. Просто переконфігуруючи з'єднання між цими групами котушок, можна ефективно змінити число полюсів. У практичних застосуваннях статорні обмотки, як правило, поділяються на лише дві групи котушок, що дозволяє змінити число полюсів у співвідношенні 2:1.

Нижче наведено ілюстрацію одного фази статорної обмотки, яка складається з 4 котушок. Ці котушки поділені на дві групи, позначені як a - b та c - d.

Група котушок a - b складається з непарного числа котушок, а саме котушок 1 та 3, тоді як група котушок c - d містить парне число котушок, а саме котушок 2 та 4. Ці дві котушки в кожній групі з'єднані послідовно. Як показано на малюнку вище, кінці a, b, c та d виведені для зовнішніх з'єднань.

Потік струму через ці котушки можна контролювати, з'єднуючи групи котушок або послідовно, або паралельно, як показано на малюнку нижче. Ця стратегічна схема з'єднання дозволяє маніпулювати магнітним полем, створеним статорними обмотками, що, у свою чергу, відіграє ключову роль у зміні числа полюсів та, отже, регулюванні швидкості асинхронного електродвигуна.

У електричній системі з частотою 50 герц, коли конфігурація статорної обмотки призводить до загального числа чотирьох полюсів, відповідна обертовая швидкість асинхронного електродвигуна становить 1500 обертів на хвилину (об/хв).

Як показано на малюнку нижче, коли напрямок струму, що протікає через котушки групи a - b, змінюється, відбувається значна зміна магнітного поля, створеного статорними обмотками. Під новими умовами всі котушки в обмотці створюють північні (N) полюси. Ця зміна конфігурації полюсів безпосередньо впливає на швидкість та робочі характеристики двигуна, формуючи ключовий принцип методу зміни числа полюсів для керування швидкістю асинхронного електродвигуна.

Принципи зміни числа полюсів та метод PAM

Для завершення магнітного контуру магнітний потік групи полюсів повинен пройти простір між групами полюсів. В результаті індукується магнітний полюс протилежної полярності, S - полюс. Ці індуковані полюси називаються послідовними полюсами. Таким чином, число полюсів машини подвоюється від початкового (наприклад, з 4 до 8 полюсів), а синхронна швидкість зменшується вдвічі (з 1500 об/хв до 750 об/хв).

Цей принцип може бути застосований до всіх трьох фаз асинхронного електродвигуна. Обережно вибираючи комбінації послідовних та паралельних з'єднань для груп котушок в кожній фазі, а також вибираючи відповідні зірчасті або трикутні з'єднання між фазами, можна досягти зміни швидкості, підтримуючи постійний момент, постійну потужність або дозволяючи змінний момент.

Метод модуляції амплітуди полюсів (PAM)

Модуляція амплітуди полюсів (PAM) пропонує високоступеневий підхід до зміни числа полюсів. На відміну від деяких традиційних методів, які в основному досягають співвідношення швидкостей 2:1, PAM може бути використаний у ситуаціях, коли потрібні різні співвідношення швидкостей. Двигуни, спеціально розроблені для регулювання швидкості за допомогою схеми модуляції амплітуди полюсів, називаються PAM-двигунами. Ці двигуни надають покращену гнучкість у керуванні швидкістю, що робить їх придатними для широкого спектру застосувань, де необхідне точне та різноманітне регулювання швидкості.