6. MÉRÉS ASZINKRON GÉPEK A technikai fejlettség mai színvonalán az aszinkron motor a legelterjedtebb villamos gép, amely a villamos energiából mechanikai energiát (forgó mozgást) állít elő. Térhódítását a háromfázisú váltakozó áramú rendszerek elterjedésének és viszonylag egyszerű szerkezeti felépítésének köszönheti. Megjegyzés: Háromfázisú rendszerben az U-val jelölt feszültség — így a névleges feszültség is — mindig vonali érték! Ebben a fejezetben kivételesen — az indexek számát csökkentendő — nem jelöljük külön indexszel, de mindig fázisfeszültségről van szó.
1.1.1 Működési elv Az aszinkron gépeket főként motoros üzemállapotban használják. Mint minden villamos motor, az aszinkron motor működése is azon a fizikai felismerésen alapszik, hogy mágneses térben árammal átjárt vezetőre erő hat. Az aszinkron forgógépekre a forgó mágneses tér jellemző. Ezt a forgó mágneses teret az állórészen elhelyezett tekercselési rendszerben folyó többfázisú áramrendszer gerjeszti. (Ezentúl a többfázisú rendszerek helyett csak a háromfázisúról beszélünk, mivel a gyakorlatban, túlnyomó többségben háromfázisú gépekkel találkozunk.) Ha az állórész hornyaiban elhelyezett — a térben elosztott — háromfázisú tekercselésre háromfázisú — időben eltolt — feszültséget kapcsolunk, akkor a meginduló háromfázisú áram a kerület mentén forgó mágneses teret gerjeszt (3.3.-1. ábra). +
a)
U1 W2
θe V1
L1 + I =1
θV
ω
U
V2
θU
θW
+j I W=-0,5
-j I V =-0,5 L2
L3 W1 -
U2 +
b)
U1
o
L1 30
W2
θU
+j
V1
j o
30
θe
I =0,866 U
V2 jI
W1
ω
I V= 0
-j
θW
+
L2
=-0,866
W
L3
-
U2
-
3.3.-1. ábra. Forgó mágneses tér létrehozása
1
A forgó mágneses tér erőssége, azaz az állórész által létrehozott forgó fluxus nagysága, a tekercselésre kapcsolt tápfeszültség nagyságától függ. Ugyanis a forgó mágneses tér létrehozza az állórész tekercselésében a kapocsfeszültséggel egyensúlyt tartó indukált-feszültséget, mint azt a transzformátoroknál vagy a szinkrongépek motoros üzeménél láttuk. Ui1 = 4 , 44 ⋅ f1 ⋅ N1 ⋅ ξ1 ⋅ Φ max ≈ U1 = áll. Állandó kapocsfeszültséget feltételezve, a forgó fluxus erőssége ( Φ és B ) közel állandó. Az árammal átjárt vezetők a forgórészen találhatók. Ezek lehetnek az állórésszel megegyező fázisszámú és pólusszámú tekercselés elemei, vagy a forgórész hornyokban elhelyezett rudazatok, amelyek a forgórész két oldalán eleve rövidre vannak zárva. Az előbbieket csúszógyűrűs forgórészű aszinkron gépeknek nevezzük, mert a tekercsek végei a forgórészen lévő csúszógyűrűkhöz csatlakoznak, utóbbiakat pedig, kalickás forgórészű aszinkron gépeknek nevezzük. Az áramot a forgórész vezetőiben indukált feszültség hajtja át, innen származik a ritkábban használt indukciós motor elnevezés. A forgó mágneses tér feszültséget indukál a forgórészen elhelyezett tekercselésben, rudazatban is: U i2 = 4,44 ⋅ f 2 ⋅ N 2 ⋅ ξ 2 ⋅ Φ max . A forgórész álló állapotában, a forgórészben indukált feszültség frekvenciája megegyezik az állórészre kapcsolt hálózati feszültség frekvenciájával: f 2 = f 1 . Zárt áramkör esetén olyan irányú áram indul a forgórész vezetőkben, ami a forgórészt a mágneses térrel való együttforgásra készteti (Úgy is elképzelhető, mint két együtt forgó mágnes). A forgó tekercselésben indukálódó feszültség frekvenciája attól függően változik, hogy mennyi a forgó mező és a forgórészen elhelyezett tekercselés fordulatszámának különbsége. A forgórész fordulatszámának relatív eltérése a forgó fluxustól a szlip:
s=
no − n no
ahol, no a forgó mező fordulatszáma (szinkron fordulatszám: no =
(3.3-1) f1 ), p
n a forgórész tényleges fordulatszáma. A szlipet (3.3.-1) felhasználva összefüggést írhatunk fel a forgórész vezetőket metsző erővonalak által indukált feszültség frekvenciája és a hálózati frekvencia között: f 2 = s ⋅ f1 .
(3.3-2)
A forgórészben indukált feszültségnek azonban nem csak a frekvenciája csökken, hanem a nagysága is, az erővonalszám-változás sebességének csökkenése miatt. A szlip fogalmának felhasználásával felírhatjuk a forgórészben indukált feszültség effektív értékét: Ui 2 = 4 , 44 ⋅ s ⋅ f1 ⋅ N 2 ⋅ ξ2 ⋅ Φ max .
(3.3-3)
A forgórész feszültségének nagysága és frekvenciája, forgó állapotban, az állórész feszültségének s szeresére változik. Mivel a forgást előidéző nyomaték a forgórészben indukált feszültség által áthajtott áramtól ered, a forgórész fordulatszáma — külső segítség nélkül — nem érheti el a szinkron fordulatszámot, mert ekkor s=0 miatt megszűnne a forgórész indukált feszültsége, és így a tekercselésben folyó áram. Motoros üzemben tehát a forgórész fordulatszáma mindig elmarad a forgómező fordulatszámától, innen ered az általánosan elterjedt aszinkron elnevezés. Tengelyre ható külső nyomatékkal, ha annak iránya megegyezik a forgómező forgásirányával, a forgórész fordulatszáma elérheti, sőt túl is lépheti a szinkron fordulatszámot. Ha 2
túllépi, akkor a szlip negatív lesz, a létrejövő nyomaték ellentétes lesz a forgás-iránnyal (nem hajt, hanem fékez), a aszinkron gép áttér generátoros üzemre. Az energia áramlás iránya megfordul, a forgórész forgatására használt mechanikai energiát — az állórész kapcsokon megjelenő — villamos energiává alakítja át az aszinkron gép (generátoros üzem lásd 3.3.-2. ábra). Ha álló állapotban a forgórészre ható, és a forgó mezővel ellentétes irányú külső nyomaték nagyobb, mint a forgórész vezetőkben folyó áram hatására a forgórész kifejt, a forgórész a forgómezővel ellentétes irányban kezd el forogni. Ezt az üzemállapotot féküzemnek nevezzük (3.3.2. ábra). (Bár az armatúra tekercselésben nem fordul meg az áramirány, a gyakorlatban elterjedt az ellenáramú féküzem elnevezés is.) s
1
n
0 Féküzem s>
Motorüzem 0< s<1
n
0
Generátorüzem s <0
1
3.3.-2. ábra. Az aszinkron gép üzemállapotának változása a fordulatszám függvényében (+n a forgó mező forgásiránya, s a szlip.) Ebben az üzemállapotban a forgórész tengelyen bevezetett mechanikai teljesítmény és a hálózatból felvett villamos teljesítmény egyaránt hővé alakul a gépben, szükségessé válik valamilyen külső beavatkozás, hogy a létrejövő névlegesnél 5…8-szor nagyobb áramot megfelelő mértékben korlátozzuk.
1.1.2 Szerkezeti felépítés Az aszinkron motorok állórésze lényegében megegyezik a szinkron gépek állórészével. Különbség csak a méretekben adódik, az aszinkron motorok kisebb teljesítménye miatt. A forgórész tekercselések kialakítása azonban két külön csoportra osztja az aszinkron motorokat, ahogy az majd a következő ábrákon látható: a.) Rövidrezárt rudazat, kalickás forgórész (3.3.-3. ábra) Néhány wattól több száz kilowattig terjedő teljesítmény tartományban a forgórész hornyokban elhelyezkedő rudak, és az azokat rövidre záró gyűrűk alumínium kiöntéssel készülnek.
3
a.
f.
3.3.-3. ábra. Kalickás aszinkron gép metszete
b.) Csúszógyűrűs forgórész (3.3.-4. ábra) A forgórészen az állórész pólusszámával megegyező tekercselés, amelynek végeit csúszógyűrűkön keresztül rövidre zárhatjuk. A vörösréz huzalból készült forgórész tekercselés végeit csúszógyűrűkhöz vezetik ki, amely lehetővé teszi a forgórész körbe történő beavatkozást. Ez történhet egyszerű passzív elemekkel (indító ellenállás), vagy félvezetőkkel (kaszkádkapcsolások). Néhány kilowattól több száz kilowattig, e széles teljesítmény tartományban elterjedten alkalmazzák.
a. f. cs.
k.
3.3.-4. ábra. Csúszógyűrűs forgórészű aszinkron gép metszete a.) állórész tekercselés, f.) forgórész tekercselés, cs). csúszógyűrűk, k). kefeszerkezet
4
1.1.3. Helyettesítő vázlat Képzeljünk el egy olyan csúszógyűrűs aszinkron motort, amelynek a forgórész tekercselése teljesen megegyezik az állórész tekercselésével. Ha az állórész tekercselést a hálózatra kapcsoljuk, akkor a forgórész álló állapotában a nyitott csúszógyűrűk között éppen akkora feszültség indukálódik, mint az állórészben indukált feszültség. Álló állapotban az aszinkron gépet egy nagy légrésű transzformátornak tekinthetjük (3.3.-5a ábra, A megkülönböztető „Á” index az álló állapotra utal).
3.3.-5. ábra. Aszinkron motor helyettesítő vázlatai
5
a) a forgórész áll, csúszógyűrűk zártak ( U i1 = U i 2' Á ); b) forgórész forog (
U i1 ≠ U i 2 ' = sU i1
);
c) álló és forgórész egyesítése; d) R2’/s = R2’+Rt szerinti fizikai értelmezése Az aszinkron gép, mint „nagy légrésű” transzformátor indukált feszültsége: U i1 = 4,44 ⋅ f1 ⋅ N1 ⋅ ξ1 ⋅ φmax
, (3.3-4)
és az álló forgórészben indukált feszültség a transzformátorhoz hasonlóan: U i 2 Á ' = 4,44 ⋅ f1 ⋅ N 2 '⋅ξ 2 '⋅φmax = a ⋅ U i 2 Á = U i1
.
(3.3.-5)
A redukáláshoz azonban a teljesítmény és a gerjesztés azonosság miatt figyelembe kell vennünk az esetleges fázisszám (m) eltérést (pl.: kalickás gépek), ezért az áttételt aszinkron gépeknél:
a=
m1 ⋅ N1 ⋅ ξ1 m2 ⋅ N 2 ⋅ ξ 2
(3.3.-6)
alakban kell definiálnunk. (A pólusok száma mindig megegyezik.) Eltérő tekercselési adatok esetén tehát:
Ui2 Á ' =
m1 ⋅ N1 ⋅ ξ1 ⋅ U = a ⋅ U i 2 Á = U i1 m2 ⋅ N 2 ⋅ ξ 2 i 2 Á ,
(3.3.-7)
és az áttételnek megfelelően a többi szekunder villamos mennyiség redukált értéke: I2 ' =
1 ⋅ I2 a ;
X s2 ' = a2 ⋅ X s2
R2 ' = a 2 ⋅ R2 ;
.
(3.3.-8)
Ha a csúszógyűrűk zárásakor meginduló forgórészáram hatására a forgórész forogni kezd, a forgórész tekercselésben indukált feszültség nagysága és frekvenciája is az álló állapot szlipszerese U i 2 ' = s ⋅ U i 2 Á ' = s ⋅ U i1 lesz: 1 ≥ s ≥ 0 ; . (3.3.-5b ábra.) De a forgórész szórási reaktanciája is szlip szeresére változik a frekvencia változása miatt. Ahhoz, hogy egyesíthessük a forgórészt és az állórészt, és forgó állapotra is érvényes helyettesítő vázlatot kapjunk, írjunk fel a fogórész körre egy hurok egyenletet:
(
s ⋅ U i1 = I 2' R2' + j ⋅ s ⋅ X s' 2
)
(3.3.-9)
Az egyenlet mindkét oldalát elosztva az „s” szlippel:
R' U i1 = I 2' ⋅ 2 + j ⋅ X s' 2 = U i'2 s
6
(3.3.-10)
Látható, hogy a forgórész kör villamos jellemzőinek „matematikai” megváltoztatásával a két feszültség egyenlővé tehető, és az áramkörök egyesíthetők (3.3.-5c ábra). Azonban keletkezett egy új ' tag, az R2 s , melynek egyelőre nem tudunk fizikai értelmet tulajdonítani. ' ' Hívjuk segítségül megint a matematikát, és bontsuk fel R2 s -t egy szliptől független R2 és egy 1− s ' R2 szliptől függő s tagra, azaz:
R2' s +1− s 1− s ' ' 1− s = R2' ⋅ = R2' ⋅ 1 + = R2 + R2 ⋅ s s s s Rt = R2' ⋅
(3.3.-11)
1− s s
Ahhoz, hogy a helyettesítő vázlatban az ellenállás (3.3.-5d ábra.) fizikai értelmet kapjon, vizsgáljuk meg a teljesítmény átalakítás folyamatát motoros üzemben! (Mivel a helyettesítő vázlatban szereplő elemek mindig egy fázisra vonatkoznak, a helyettesítő vázlatból számított teljesítményeket meg kell szorozni a fázisszámmal. Esetünkben legyen m1=3.) Az A1-A2 kapcsokon bevezetett villamos teljesítmény hatásos összetevőjének egy része az állórész P = 3 ⋅ I12 ⋅ R1 — hővé alakul (3.3.-6. tekercselés ohmos ellenállásán — rézveszteség formájában réz1 ábra). Egy másik hányada a forgó mágneses tér létrehozásakor az állórész lemezcsomagban a U2 Pvas = 3 ⋅ i1 Rv vasveszteség fedezésére fordítódik:
P réz1
Pvas
A 2
P1
A 1
P
réz2
B 2
P
C 2
P
δ
Psurl+vent
Pmech
δ
P
2
C 1
B 1
3.3.-6. ábra. Az aszinkron motor teljesítmény-átalakítási folyamata A teljesítmény nagyobbik hányada a légrésen keresztül — mágneses energia közvetítéssel — átáramlik a forgórészbe. Ezt a hányadot légrésteljesítménynek nevezzük: R2' Pδ = P1 − P1réz − Pvas = 3 ⋅ I ⋅ . s ' 2
(3.3.-12)
A forgórészben a légrésteljesítmény egy része a tekercselés ohmos ellenállásán átfolyó áram hatására P = 3 ⋅ I 2'2 ⋅ R2' . szintén hővé alakul át: 2 réz
7
(A forgórész vastestben keletkező vasveszteségtől — az átmágnesezés alacsony frekvenciája miatt: f 2 = s ⋅ f1 = 0,02...0,06 ⋅ f1 — eltekinthetünk.) A rövidrezárt forgórészbe átáramló hatásos teljesítmény nagyobbik része átalakított, mechanikai teljesítmény formájában forgatja a forgórészt: Pmech = Pδ − 3 ⋅ I 2'2 ⋅ R2' = 3 ⋅ I 2'2 ⋅ R2' ⋅
1− s . s
(3.3.-13)
1− s s ellenálláson keletkező teljesítmény a 3.3.-13 A 3.3.-5d. ábra helyettesítő vázlatában az összefüggés szerint egyenlő az átalakított mechanikai teljesítménnyel. A motor tengelyén hasznosítható leadott teljesítmény azonban ennél — a keletkező súrlódási és ventillációs veszteségek miatt — kisebb: R2' ⋅
P2 = Pmech − Psurl +vent .
(3.3.-14)
Az energia átalakításhoz szükséges mágneses tér felépítéséhez a meddő energiát az aszinkron motor a hálózatból veszi fel. Ennek túlnyomó többsége a forgó mágneses tér felépítését fedezi,
Q0 = 3 ⋅ amelyet a helyettesítő vázlatban az Xm reaktancián megjelenő:
U i21 X m meddő teljesítmény
jelképez. Ezen kívül az álló és forgórész tekercselés egyes meneteivel kapcsolódó szórt fluxus fenntartását testesíti meg az Xs1 és Xs2’ reaktanciákon megjelenő: Qs1 = 3 ⋅ I12 ⋅ X s1 és Qs 2 = 3 ⋅ I 2' 2 ⋅ X s 2 meddő teljesítmény.
1.1.4. Az aszinkron motor nyomatéka Az aszinkron motor nyomatékát előző fejezet 3.3.-14 összefüggéséből megkapjuk: M=
P2
(3.3.-15)
ω
A nyomaték és a szlip közötti összefüggés számszerű meghatározására számítógépet, vagy valamilyen egyszerűsített grafikai módszert kell igénybe venni. Hely és idő hiányában most csak a végeredményt és közelítő minőségi összefüggéseket ismertetjük (3.3.-7. ábra). M
MB s >1
Mi
n <0
s =1 n=0
Motor
+s
sB
-s
Generátor s =0 n=no
s =-1 s 2no n
Féküzem
8
3.3.-7. ábra. Az aszinkron gép nyomaték-szlip jelleggörbéje
Adott s szlipnél az aszinkron gép nyomatéka a kapocsfeszültség négyzetével arányos. Az Mi indítónyomaték adott feszültségnél a forgórészkör ellenállásától függ. A billenőnyomaték a kapocsfeszültség négyzetével egyenesen, míg a gép X s = X s1 + X s' 2 szórási reaktanciájával fordítottan arányos. Az sB billenőszlip értéke adott gépnél a forgórészköri ellenállástól függ. (Csúszógyűrűs gépnél a forgórészköri ellenállást változtathatjuk a csúszógyűrűk közé bekötött ellenállással.)
1.1.5. Aszinkron motorok indítása Az aszinkron motorok indításánál két probléma vár megoldásra: 1) az álló motor közvetlen hálózatra kapcsolásakor keletkező 5...8-szoros áramlökés csökkentése, 2) az indítási folyamat hosszú, ezért annak felgyorsítása az indítónyomaték ideiglenes megnövelésével. Miután az aszinkron motorok két fő fajtája különböző megoldásokat és lehetőségeket kínál a két probléma megoldására, ezért ezeket célszerű külön tárgyalni. a) Kalickás motorok Kalickás aszinkron motorok indítási áramlökésének csökkentésére csak a két legelterjedtebb módszert ismertetjük: Csillag-háromszög ( Y∆ ) indítás. Ez a módszer üzemszerűen delta (háromszög) kapcsolású motoroknál (3.3.-8. ábra) alkalmazható, ha mind a három fázistekercs kezdetét és végét (6 kivezetés) kivezették a kapocsszekrénybe.
3.3.-8. Aszinkron motor csillag-háromszög indítása
9
Indításkor a tekercselést csillag kapcsolásba kötik, ezért egy fázis tekercsre a fázisfeszültség, azaz a névleges feszültségnek csak a 3 -ada jut, ilyen arányban csökken a tekercsen átfolyó áram is. A motor „felpörgése” után a tekercselést átkapcsolják a névleges háromszög kapcsolásba, ami a motor névleges üzemelését biztosítja. Mivel a nyomaték a feszültség négyzetével változik, a módszer alkalmazásának feltétele, hogy a tekercsfeszültség lecsökkentése miatt harmadára csökkentett indító nyomaték elegendő-e a rendszer indításához. A csillag-háromszög átkapcsolás alkalmazása következtében a hálózatból felvett indítási (rövidzárási) áram is csökken, a háromszög kapcsolás indítási áramának harmadára. Az indítónyomaték ideiglenes növelésére kalickás gépeknél nincs lehetőség, ilyen igény esetén kétkalickás vagy mélyhornyú gépeket kell alkalmazni. Transzformátoros indítás. Itt is a tekercsre kapcsolt feszültség csökkentésével csökkentjük a rövidzárási áramot, de a transzformátor áttételétől függően tetszőleges mértékben. Mivel a nyomaték a tekercsre kapcsolt feszültség négyzetével arányos, az indítónyomaték az áttétel négyzetének arányában csökken. Az indítási áram a hálózatból a transzformátor áttétele miatt szintén négyzetesen csökkentett áramot vesz fel az eredeti rövidzárási áramhoz képest. A transzformátor drága, alkalmazása megdrágítja ezt az indítási módszert, ezért a költségeket takarék kapcsolású transzformátor (3.3.-9. ábra) alkalmazásával mérsékelik.
3.3.-9. ábra. Transzformátoros indítás b) Csúszógyűrűs motorok A csúszógyűrűk közé kötött ellenállással csökkenthetjük a rövidzárási áramot, és indítás szempontjából előnyösen módosíthatjuk az aszinkron motor nyomatéki jelleggörbéjét. Mivel a
10
csúszógyűrűk közé kötött ellenálláson keresztül zárjuk a forgórész kört, a rajta átfolyó áram veszteséget okoz az energia átalakítás során, ezért csak ideiglenesen használjuk (indító ellenállás). M
M bill R i3 + R2
M max
smax
R i4 + R2
R i2 + R2
R i1+ R2
R2
M min
természetes jelleggörbe
n=0 s=1
n s1
s2
s3
smax
0
s
3.3.-10.ábra . Csúszógy ű rű s aszinkron motor nyomatéki jelleggörbéi négy fokozatú indító ellenállás esetén
Az indító ellenállás nagyságával változtatni tudjuk a nyomatéki jelleggörbe módosításának mértékét. Ebből a célból az indítás során több ellenállás fokozatot használunk, így biztosítva azt, hogy a szliptől függően mindig a legoptimálisabb jelleggörbén üzemeljen a gép. A múlt században használt folyadékindítóval folyamatosan lehetett csökkenteni — a felfutás során — a csúszógyűrűk közé beiktatott ellenállás értékét. Manapság a folyadékindítót már diszkrét ellenállásokból felépített több fokozatú indító ellenállásokkal helyettesítik. A helyesen méretezett többfokozatú indító ellenállások úgy vannak méretezve, hogy az egymást követő rotorkörbe iktatott ellenállások mértani sort alkotnak. Így az átkapcsolások során az átkapcsolási szlipek is mértani sort alkotnak. Az átkapcsolások minimális és maximális nyomatékának hányadosa is állandó (3.3.-10. ábra), nagysága épp a mértani sor egymást követő tagjainak kóciense (hányadosa): s1 s2 s3 smax M = = = = q = min 1 s1 s2 s3 M max
(3.3.-16)
(A forgórész körbe kötött ellenállással tulajdonképpen nyújtjuk a nyomatéki jelleggörbét a fordulatszám tengely mentén, de a billenőnyomaték értéke nem változik.)
1.1.6 Aszinkron motorok fordulatszám változtatása Az aszinkron motorok fordulatszáma a szlip egyenletéb ő l kifejezve:
n = n0 ⋅ (1 − s ) =
f1 ⋅ (1 − s ) p
(3.3.-17)
Az aszinkron motorok fordulatszámát tehát a póluspárok száma, a hálózati frekvencia és a szlip határozza meg. A három jellemz ő közül bármelyiket megváltoztatva az aszinkron motor fordulatszáma is megváltozik. 11
a) Póluspárok számának megváltoztatása Veszteségmentesen lehet fordulatszámot változtatni, ha különböző pólusszámú állórész tekercseléseket helyezünk el a gépben. A forgórész tekercselés átkapcsolása bonyolult lenne, ezért csak kalickás gépeknél használják ezt a módszert. A különböző pólusszámot elérhetjük egymástól független, több tekercseléssel vagy egyetlen átkapcsolható tekercseléssel. A több tekercseléssel készült gépek kihasználása igen rossz, mert egyszerre csak az egyik tekercselés lehet üzemben. Sokkal jobb kihasználást biztosít az átkapcsolható tekercselés. Az átkapcsolható tekercselések közül igen jól bevált a Dahlander-féle kétréteges tekercselés, mellyel 1:2 arányban tudjuk változtatni a pólusok számát, és ez által a fordulatszámot. b) Frekvencia változtatása A tápfeszültség frekvenciájának változtatásával szintén veszteségmentesen tudjuk a fordulatszámot változtatni bármilyen forgórészű gépnél. A frekvencia növelésével lehetőség van az 50 Hz-hez tartozó maximális 3000 1/min fordulatszámnál nagyobb érték elérésére is. A frekvenciát aszinkron periódusváltóval (forgógépes), vagy inverterrel (félvezetős) változtathatjuk. A motorok jó kihasználása érdekében célszerű a fluxust állandó értéken tartani a fordulatszám változtatás során. Ezért az U1 ≈ U i = 4,44 ⋅ f ⋅ N1 ⋅ ξ1 ⋅ Φ egyenlet értelmében a frekvenciával együtt a tápfeszültség effektív értékét is változtatni kell. A névlegesnél nagyobb frekvenciákon a feszültség növelésének határt szabhat a lineárisnál meredekebben emelkedő vasveszteség, vagy az invertert tápláló tápfeszültség értéke. Ilyen esetben a motorokat ún. fluxus gyengítéses tartományban, a névlegesnél kisebb teljesítménnyel terhelhetjük. c) Szlip változtatása Mint azt az aszinkron motorok indítása fejezetben láthattuk, csúszógyűrűs forgórészű motoroknál a csúszógyűrűk közé bekötött ellenállással módosíthatjuk az aszinkron motor nyomaték-fordulatszám jelleggörbéjét. Adott terhelő nyomaték esetén elvileg tetszőleges fordulatszámot állíthatunk be. Nem szabad megfeledkeznünk azonban arról, hogy az ellenállás bekötésével a nyomatéki görbe meredeksége az üzemi tartományban csökken, a jelleggörbe lágyabb lesz, a terhelőnyomaték változása nagyobb fordulatszám változást eredményez. Mivel a csúszógyűrűk közé kötött ellenállásokon: Pk = 3 ⋅ I 22 ⋅ Rk teljesítmény hővé alakul, ezt a veszteséges fordulatszám változtatást csak rövidebb ideig tartó, igénytelenebb estekben alkalmazzák.
12
n n
M terh 0
n2
n
n1
n
Mmot
U 2 < U1 < U n
M
3.3.-11. ábra. Aszinkron motor fordulatszám nyomaték (n-M) jelleggörbéje csökkentett feszültségnél Kalickás aszinkron motorok szlippel történő fordulatszám változtatása teljesítményű- (100…200 W), — jellemzően szellőző — hajtásoknál terjedt el.
kisebb
Ezeknek a motoroknak viszonylag nagy forgórész ellenállásuk miatt lágy karakterisztikájuk van, és a tápfeszültség csökkentésével a névlegesnél alacsonyabb fordulatszámon lesz a munkapontjuk (3.3.-11. ábra) d) Kaszkád kapcsolások A kaszkád kapcsolásokat csúszógyűrűs motorok estén alkalmazzák a fordulatszám veszteségmentes változtatására. A jelleggörbe módosítását a csúszógyűrűkön kivett szlipenergia hasznosításával teszik veszteség mentessé. L1 L2 L3
f 2 = s A ⋅ f1 f1
n k
A
B
pA
pB
3.3.-12. ábra. Hagyományos kaszkádkapcsolás A számos kaszkád kapcsolás közül az egyik legegyszerűbbet ismertetjük, amelyben fellelhetjük az eddig tárgyalt fordulatszám változtatási módok majdnem mindegyikét. Példaként legyen egy 2p A =4 pólusú csúszógyűrűs motor tengelykapcsolatban egy 2p B =6 pólusú, szintén csúszógyűrűs motorral (3.3.-12. ábra) 13
