Řízení otáček změnou počtu pólů

1

Řízení otáček změnou počtu pólů Tento způsob řízení otáček motorů umožňuje změnu otáček pouze po stupních. Počet stupňů však nebývá veliký, běžně se používá pouze dvou stupňů. Pro zvláštní účely lze použít i větší počet stupňů. To však již vede ke značně drahým strojům a komplikovaným přepínačům. Stupně, po kterých měníme otáčky, odpovídají synchronním otáčkám při různém počtu pólů. Stator má buď několik samostatných vinutí s různým počtem pólů nebo jedno vinutí přepínatelné, nebo se kombinují oba způsoby. Takovéto řešení vede ke zvětšení rozměrů a váhy stroje, poskytuje však možnost libovolného poměru rychlostí např. 1 : 3, ale i 1 : 12. Při přepínání počtu pólů musí vinutí vyhovovat mnoha požadavkům. Jde zejména o to, aby při všech otáčkách měl motor stejný smysl otáčení, pro každé otáčky musí být stanoven jmenovitý výkon motoru, atd. Vytvoření přepínatelného vinutí vyhovujícího všem požadavkům není jednoduché a řešení jsou obvykle patentována. Pro přepínání v poměru 1 : 2 motoru s jedním vinutím se nejčastěji používá tzv. Dahlanderova zapojení. Jeho princip je znázorněn na obr. 1.

Obr. 1 V jedné fázi jsou 2 cívky čtyřpólového vinutí spojeny za sebou s vyvedeným středem. Jsou-li obě cívky zapojeny v sérii, vytvářejí čtyřpólové magnetické pole. Spojí-li se paralelně, zruší se mg. pole mezi cívkami a vznikne pole dvoupólové. Pro dva póly je vinutí méně využito, neboť krok vinutí je zkrácen na 1/2 τp. Principiálně je toto vinutí nakresleno na obr. 2.

Dahlandegovo zapojení AM

2

Obr. 2 Asynchronní motory mají obvykle dva způsoby přepínání počtu pólů: a) přepínání hvězda – dvojitá hvězda (obr. 3) Výkon motoru při zapojení Y je U Py  3. n . I f . y . cos  y 3 1

2

3

1

2

4

při zapojení YY

3

2p = 4

U Pyy  3. n . 2 . I f . yy . cos  yy 3

2p = 2 5

6

4

5

(1)

6

(2)

Za přibližného předpokladu, že účiníky a účinnosti jsou stejné (  y . cos  y   yy . cos  yy ) platí, že Y

YY

M = konst.

Pyy = Py . 2

(3)

P a dále n proto, že nyy = 2ny, bude v obou přípa-

Protože moment motoru M  Obr. 3

dech stejný moment, tedy Myy = My. b) přepínání trojúhelník – dvojitá hvězda (obr.4) Fázové napětí při spojení v trojúhelníku bude U fd  U n , U Py  3. n . I s . y . cos  y 3

(4)

při zapojení YY U I Pyy  3. n . 2 . s . yy . cos  yy 3 3

Opět za předpokladu stejných účiníků a účinností je 2 Pyy  Pd  1,16 Pd 3


(5)

(6)

3 Výkon je tedy konstantní (téměř) a pak moment Md bude asi 2Myy.

2. 3

2p = 4

1

2

Is 3

3

Is 3

2

4

2p = 2

6

5

D

4

1

P = konst.

6

5

YY

Obr. 4 Výkon nebo moment motoru při určitých otážkách je daný zatěžovacím momentem poháněného stroje. Charakterizuji proto výrazy „přepínání při konstantním výkonu nebo momentu“ tu okolnost, že motor může pracovat s příslušným výkonem nebo momentem bez nebezpečí tepelného přetížení. Uvažujme nyní skutečné provedení přepínatelného vinutí ze 4 na 2 póly, počet drážek Q = 36. Na obr. 5 je vinutí provedeno jako dvoupólové s cívkami zkrácenými na y 

1 9 . p  . p . 2 18

V každé fázi jsou 4 trojcívky spojené do série (pro 2p = 4) nebo serioparalelně (pro 2p = 2). Činitel vinutí při čtyřpólovém zapojení (D nebo Y) – drážkový úhel 20o el.: cos10 o  cos 30 o  cos 50 o kv 4   0,831 3 Činitel vinutí při dvoupólovém zapojení (YY) – drážkový úhel 10o el.:

kv 2 

cos 20 o  cos 30 o  cos 40 o  cos 50 o  cos 60 o  cos 70 o  0,676 6

Uvažme dále, jaké budou poměry v magnetickém obvodu při přepínání: Při spojení Y – YY je poměr magnetických toků

U1 f N 4,44 . f1 . . kvYY YY 2 . 0,831 2,46 2    U Y 0,676 1 1f 4,44 . f1 . N . kvY


4 Protože při spojení YY je pólová rozteč dvojnásobná, je poměr magnetických indukcí ve B 1,23 vzduchové mezeře přibližně YY  . Indukce ve jhu jsou však v poměru magnetických BY 1 toků. Při spojení D – YY je poměr magnetických toků

 YY D

U1 f N 4,44 . f 1 . . k vYY 2 . 0,831 1,424 2    1 3 .U 1 f 3 . 0,676 4,44 . f 1 . N . k vD B jYY

0,712 .Indukce ve jhu B jD 1 jsou však opět v poměru magnetických toků. U obou způsobů přepínání je při větší rychlosti jho více syceno.

A pro poměr magnetických indukcí ve vzduchové mezeře platí



Při současném využívání magnetického obvodu asynchronních motoru dosahuje indukce jha statoru při menším počtu pólů hodnot 1,7 ÷ 2T. U motorů se spojením D – YY, kde je odlehčená mezeK3 Z1 ra a zuby, se měřením zjistilo, že tyto K2 Z 2 K3 Z3 přepínatelné motory mají při menším Z3 K2 počtu pólů mnohem menší proud napZ1 K1 než byl vypočtený. Tento Z 2 rázdno, K1 rozdíl se zdůvodňuje tím, že magne2A 2C 4C 4A 2B 4B P = konst. tický tok, jdoucí statorem, zasahuje L1 L3 L2 4A 2A s největší pravděpodobnosti mnohem L1 L2 L3 Z1 K1 hlouběji do zubů statoru, než je uvaK1 4A 4B 4C Z2 žováno při výpočtu. Umožňuje to K2 2A 2B 2C nízké sycení statorových zubů. VzhleK Z1 Z1 4B 2A 2B 2C 4A 1 Z2 dem k nelineárnosti magnetizační cha2C 2A 4A 4B 4C 2p = 4 K1 2p = 2 K3 Z2 rakteristiky nastává při uvedených K2 Z1 Z3 syceních ve jhu i při malé změně syK2 Z3 K3 K3 Z 3 Z3 K2 cení vlivem vytlačení toku velká změna 2B YY D Z K 4C magnetického napětí pro jho statoru. 2C 2 3 4C 2B 4B Jelikož toto napětí představuje při spoObr.5 jení YY podstatnou část celkového magnetického napětí ve stroji, je tím vysvětlen i vliv na proud naprázdno. 1 2 3 4 5 6

10

15

1819

24

28

33

36

Pro přepínání D/YY (analogie i pro Y/YY) je na svorkovnici vyvedeno šest vývodů z vinutí, které je nutno stykači vhodně přepínat. Pro správnou funkci budeme potřebovat v silovém zapojení tři stykače. První stykač K1 připne stroj k síti na svorkovnici k 1, 3 a 5 a motor se rozbíhá s vyšším nomentem na nižší otáčky (ns = 1500ot/min). Pokud bychom neprovedli žádné další doplnění obvodu, motor by ukončil rozběh pro 2p = 4.


5 Pro provedení přepnutí motoru z 2p = 4 na 2p = 2 můžeme použít několik způsobů : proudové čidlo, otáčkové čidlo nebo nejjednodušší přepnutí pomocí časového relé. Pro toto přepnutí použijeme silově stykač K2, který provede spojení vinutí ozn. 1, 3 a 5 do uzlu a záro-veň připojí motor k síti na svorky ozn. 2, 6 a 4 (pozor, důležitá změna fází) stykačem K3. Samozřejmě toto přepnutí má za podmínku krátký 4A 4B 4C beznapěťový stav, 2A 2B 2C jinak bychom vyzkratovali síť. Pro ovládací obvod (220V) potřebujeme tedy

P = konst.

Obr.6 kromě čidla (časové relé) tlačítko ZAP, tlačítko VYP, jistič nebo pojistku pro jištění tohoto obvodu a časové relé TK (viz obr.6). Nutno ještě vysvětlit, k čemu se dvourychlostní asynchronní motory používají. Pokud pomineme dříve vyráběné pračky, kdy pomalé otáčky sloužily k praní a vysoké ke ždímání, je v drtivé většině jejich použití pro obtížný rozběh. Příklad: je nutné rozběhnout soustrojí, které má velký rozběhový protimoment. Použije se tedy pro rozběh s nižšími otáčkami zapojení D a po uvedení GD2 soustrojí do chodu se soustrojí „dotočí“ na vyšší pracovní otáčky.

Mz (2p=4)

Záporný průběh protimomentu

Mz (2p=2)

Možné momentové charakteristiky jsou na obr.7

Mn (2p=2) Přepnutí z 2p=4 na 2p=2


Obr.7

Řízení otáček změnou počtu pólů

Recommend Documents