Mechanical engineering | Higher education » Az aszinkron gépekről

Geneter J.: Villamos gépek ASZINKON GÉPEK 3. ASZINKRONGÉPEK A technikai fejlettség mai színvonalán az aszinkronmotor a legelterjedtebb villamosgép, mely villamos energiából mechanikai energiát (forgómozgást) állít elő. Térhódítását a háromfázisú váltakozó áramú rendszerek elterjedésének és viszonylag egyszerű szerkezeti felépítésének köszönheti. 3.1 Működési elv Az aszinkrongépek főként motoros üzemállapotban használatosak. 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 háromfázisról beszélünk, mivel a gyakorlatban, túlnyomó többségben háromfázisú gépekkel találkozunk.) Ha az

állórész hornyaiban, a térben elosztott háromfázisú tekercselésre háromfázisú feszültséget kapcsolunk, akkor a meginduló háromfázisú áram a kerület mentén forgó mágneses teret gerjeszt. A forgó mágneses tér erőssége, 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 indukáltfeszültséget, mint azt a transzformátoroknál vagy 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 a) U találhatók. Ezek lehetnek az állórésszel L1 + 1 ω W2 I =1 megegyező fázis és pólusszámú tekercselés U θV V2 θe θU +j -j elemei, vagy a forgórész hornyokban I W=-0,5 I V

=-0,5 V1 elhelyezett rudazat, melyek a forgórész két θW L2 L3 W1 oldalán eleve rövidre vannak zárva. Az U2 előbbieket csúszógyűrűs forgórészű gépeknek + b) nevezzük, mert a tekercsek végei a forgórészen U1 o + lévő csúszógyűrűkhöz csatlakoznak, L1 30 ω W2 utóbbiakat pedig kalickás gépeknek. I =0,866 U V2 I = 0 θ +j -j V U Az áramot a forgórészvezetőkben L2 θW V1 I W=-0,866 indukciós úton hozzuk létre, innen származik a o θe 30 W1 L3 ritkábban használt indukciós motor elnevezés. U2 A forgó mágneses tér feszültséget indukál a forgórészen elhelyezett tekercselésben is: 3.1 ábra -Forgó mágneses tér létrehozása U i2 = 4,44 ⋅ f 2 ⋅ N 2 ⋅ ξ 2 ⋅ Φ max . Álló állapotban, a forgórészben indukált feszültség frekvenciája megegyezik a hálózati frekvenciával: f 2 = f 1 . Zárt áramkör esetén olyan irányú áram indul a forgórész vezetőkben, ami a forgórészt a 26 Geneter J.: Villamos gépek ASZINKON

GÉPEK mágneses térrel való együttforgásra készteti. A forgó tekercselésben indukálódó feszültség frekvenciája megváltozik a forgómező és a tekercselés fordulatszám különbségének megfelelően. A forgórész fordulatszámának eltérését a forgó fluxustól a szlippel fejezzük ki: n −n f ahol, no a forgó mező fordulatszáma (szinkron fordulatszám no = 1 , s= o no p n a forgórész tényleges fordulatszáma. A szlipet felhasználva összefüggést írhatunk fel a forgórészvezetőket metsző erővonalak frekvenciája és a hálózati frekvencia között: f 2 = s ⋅ f1 . 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: Ui2 = 4, 44 ⋅ s ⋅ f1 ⋅ N2 ⋅ ξ2 ⋅ Φ max , vagyis a forgórész feszültség nagysága és

frekvenciája forgó állapotban az állóhoz képest s szeresére változik. s Mivel a forgást előidéző nyomaték a forgórész feszültség által előidézett áramtól ered, a forgórész fordulatszáma külső segítség 1 nélkül nem érheti el a szinkron fordulatszámot, mert ekkor s=0 miatt n0 n 0 megszűnne a forgórész tekercselésben folyó Féküzem Motorüzem Generátorüzem s >1 0< s<1 s <0 áram. Motoros üzemben tehát a forgórész 3.2 ábra Az aszinkron gép üzemállapotának fordulatszáma mindig eltér a forgómező változása a fordulatszám függvényében fordulatszámától, innen ered az általánosan (+n a forgómező forgásiránya, s a szlip.) elterjedt aszinkron elnevezés. A tengelyre ható külső nyomatékkal, ha annak iránya megegyezik a forgómező forgásirányával, a forgórész fordulatszáma elérheti és túllépheti a szinkron fordulatszámot. Ekkor a szlip negatív lesz, a létrejövő nyomaték ellentétes lesz a

forgás-iránnyal, az aszinkron gép áttér generátoros üzemre. Az energia áramlás iránya megfordul, a forgórész forgatására használt mechanikai energiát az állórész kapcsokon megjelenő villamos energiává alakítja át a gép. Ha álló állapotban a forgórészre ható, és a forgómezővel 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. (Bár az armatúra tekercselésben nem fordul meg az áramirány, a gyakorlatban elterjedt az ellenáramú féküzem elnevezés is.) 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 58-szor nagyobb áramot megfelelő mértékben

korlátozzuk. 3.2 Szerkezeti felépítés Az aszinkron motorok állórésze lényegileg megegyezik a szinkrongépek állórészével. Különbség csak a méretekből adódik, az aszinkron motorok kisebb teljesítménye miatt. 27 Geneter J.: Villamos gépek ASZINKON GÉPEK A forgórész tekercselések kialakítása azonban két nagy csoportra osztja az aszinkron motorokat, ahogy az a következő ábrákon látható: a.) Eleve rövidrezárt rudazat, (kalickás forgórész, 33 ábra) A néhány wattól több száz kiló-wattig terjedő teljesítmény tartományban a forgórész hornyokban elhelyezkedő rudak, és az azokat rövidrezáró gyűrűk alumínium kiöntéssel készülnek. a. f. 3.3 ábra Kalickás aszinkrongép b.) Az állórész pólusszámával megegyező tekercselés, melynek végeit csúszógyűrűkön keresztül zárhatjuk, (csúszógyűrűs forgórész, 3.4 ábra) A vörösréz huzalból készült forgórész tekercselés végeit csúszógyűrűkhöz vezetik

ki, mely lehetővé teszi a forgórész körbe történő beavatkozást. Ez történhet egyszerű passzív elemekkel (indító ellenállás), vagy félvezetőkkel (kaszkádkapcsolások). Néhány kiló-wattól több száz kiló-watt teljesítmény tartományban terjedtek el. a. f. cs. k. 3.4 ábra Csúszógyűrűs forgórész a.- állórész tekercselés, f- forgórész tekercselés, cs- csúszógyűrűk, k- kefeszerkezet 28 Geneter J.: Villamos gépek ASZINKON GÉPEK 3.3 Helyettesítő vázlat Képzeljünk el egy csúszógyűrűs aszinkron motort, melynek forgórész tekercselése megegyezik az állórész tekercselés adataival! Ekkor a forgórész álló állapotában a nyitott csúszógyűrűk között az állórész hálózatra kapcsolásakor megjelenik az állórészben indukált feszültség, álló állapotban az aszinkron gépet egy nagy légrésű transzformátornak tekinthetjük (3.5a ábra): Forgórész R1 I1 Légrés Rv U Xs2’ Xs1 Xv Ui1 R1 U Rv U

I2’ Xs1 s·Xs2’ Xv Ui1 Rv I1 n=0 Xs1 Xs2’ Ui1 I1 R1 R2’ Ui2Á’=Ui1 a) Forgórész Állórész Légrés Állórész s·Ui1 I2’ n >0 b) R2’/s R1 A2 Xv Xs1 Rv U Xs2’ B2 Ui1 Xv I2’ A1 I1 R2’ C2 Rt = R2 ⋅ I2’ B1 c) R2’ 1− s s C1 d) 3.5 ábra Aszinkron motor helyettesítő vázlatának levezetése a) a forgórész áll, csúszógyűrűk zártak; b) forgórész forog, indukált feszültségek különböznek; c) álló és forgórész egyesítése; d) R2’/s fizikai értelmezése U i1 = 4,44 ⋅ f1 ⋅ N1 ⋅ ξ1 ⋅ φmax , és a transzformátorhoz hasonlóan U i 2 Á = 4,44 ⋅ f1 ⋅ N 2 ⋅ξ 2 ⋅φmax = a ⋅ U i 2 Á = U i1 . (A megkülönböztető „Á” indexet az álló állapot miatt használjuk.) A redukáláshoz azonban a teljesítmény és gerjesztés azonosság miatt figyelembe kell vennünk az esetleges fázisszám eltérést (pl.: kalickás gépek), ezért az áttételt aszinkron gépeknél: m ⋅ N

⋅ξ a = 1 1 1 alakban kell definiálnunk. (A pólusok száma mindig megegyezik) m2 ⋅ N 2 ⋅ ξ 2 Eltérő tekercselési adatok esetén tehát m ⋅ N ⋅ξ 1 U i 2 Á = 1 1 1 ⋅ U i 2 Á = a ⋅U i 2 Á = U i1 ; I2 = ⋅ I2 ; m2 ⋅ N 2 ⋅ ξ 2 a R2 = a 2 ⋅ R2 ; X s2 = a2 ⋅ X s2 Ha a csúszógyűrűk zárásakor meginduló forgórész-áram hatására a forgórész forogni kezd, a forgórész tekercselésben indukált feszültség nagysága és frekvenciája is az álló állapot szlipszerese lesz: 1 ≥ s ≥ 0 ; U i 2 = s ⋅ U i 2 Á = s ⋅U i1 . (35b ábra) De a forgórész szórási reaktanciája is szlipszeresére 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 ( ) Osztva az egyenlet mindkét oldalát s szlippel: 29 Geneter J.:

Villamos gépek ASZINKON GÉPEK ⎛ R2 ⎞ U i1 = I ⋅ ⎜⎜ + j ⋅ X s 2 ⎟⎟ = U i 2 ⎝ s ⎠ Látható, hogy a forgórész kör matematikai megváltoztatásával, absztrahálásával megegyezik a két feszültség, és az áramkörök egyesíthetők (3.5c ábra) Azonban keletkezett egy új tag, az R2 s , melynek egyelőre nem tudunk fizikai értelmet tulajdonítani. 2 Hívjuk segítségül megint a matematikát, és bontsuk fel R2 s -t egy szliptől független R2 és egy szliptől függő tagra: R2 s +1− s ⎛ 1− s ⎞ 1− s = R2 ⋅ = R2 ⋅ ⎜1 + ⎟ = R2 + R2 ⋅ s s s ⎠ s ⎝ 1− s Ahhoz, hogy a helyettesítő vázlatban az Rt = R2 ⋅ ellenállás (3.5d ábra) fizikai s értelmet kapjon, vizsgáljuk meg a teljesítmény átalakítás folyamatát motor üzemben! (Mivel a P réz1 helyettesítő vázlatban szereplő elemek mindig egy Pvas Préz2 Psurl+vent fázisra vonatkoznak, a helyettesítő vázlatból A2 számított teljesítményeket meg kell szorozni a

B2 C2 fázisszámmal. Esetünkben legyen m1=3) Az A1-A2 kapcsokon bevezetett hatásos P1 P P Pmech P δ villamos teljesítmény az állórész tekercselés δ 2 ohmos ellenállásán Préz1 = 3 ⋅ I12 ⋅ R1 rézveszteség A1 B1 C1 formájában hővé alakul. ( 36 ábra) Egy másik hányada a forgó mágneses tér létrehozásakor az állórész lemezcsomagban a U2 vasveszteség fedezésére fordítódik: Pvas = 3⋅ i Rv 3.6 ábra Az aszinkron motor teljesítmény-átalakítási folyamata A teljesítmény nagyobbik hányada a légrésen keresztül, indukciós úton átáramlik a forgórészbe, ezt légrésteljesítménynek nevezzük: R Pδ = P1 − P1réz − Pvas = 3 ⋅ I 2 ⋅ 2 . s A forgórészben a légrésteljesítmény egy része a tekercselés ohmos ellenállásán átfolyó áram hatására szintén hővé alakul át: P2 réz = 3 ⋅ I 22 ⋅ R2 . (A forgórész vastestben keletkező vasveszteségtől az átmágnesezés alacsony frekvenciája miatt ( f 2 = s ⋅ f1 =

0,020,06 ⋅ f1 ) eltekinthetünk A rövidrezárt forgórészben a megmaradt teljesítmény átalakított, mechanikai teljesítmény formájában forgatja a forgórészt: Pmech = Pδ − 3 ⋅ I 22 ⋅ R2 = 3 ⋅ I 22 ⋅ R2 ⋅ Láthatjuk tehát, hogy a helyettesítő vázlatban az R2 ⋅ 1− s . s 1− s ellenálláson elhasználódó teljes sítmény tulajdonképpen az átalakított mechanikai teljesítménnyel egyenlő. 30 Geneter J.: Villamos gépek ASZINKON GÉPEK A motor tengelyén hasznosítható leadott teljesítmény azonban ennél kisebb, a keletkező súrlódási és ventillációs veszteségek miatt: P2 = Pmech − Psurl +vent . Az energia átalakításhoz szükséges mágneses tér felépítéséhez az aszinkron motor a hálózatból vesz fel meddő energiát. Ennek túlnyomó többsége a forgó mágneses tér felépítését fedezi, melyet a helyettesítő vázlatban az Xm reaktancián megjelenő Q0 = 3 ⋅ U i2 meddő Xm 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 22 ⋅ X s 2 meddő teljesítmény. 3.4 Az aszinkron motor nyomatéka Az aszinkron motor villamos nyomatékának (mely forgatja a forgórészt) meghatározásához használjuk fel az előző fejezetben nyert összefüggést: 1− s Pmech = 3 ⋅ I 2 `2 ⋅R2 `⋅ = M vill ⋅ ω s A szlip definíciója alapján, azaz ⇒ ω = (1 − s) ⋅ ω o azaz 1− s = M vill ⋅ (1 − s) ⋅ ω o s Egyszerűsítve az egyenletet (1-s)-sel, írhatjuk: f 1 1 alapján 3 ⋅ I 2 `2 ⋅R2 `⋅ = M vill ⋅ ω o és Pδ = 3 ⋅ I 2 `2 ⋅R2 `⋅ ,valamint ω o = 2π ⋅ p s s R` P 3 M vill = δ = ⋅ I 2 `2 ⋅ 2 s ω o 2π ⋅ f p 3 ⋅ I 2 `2 ⋅R2 `⋅ Ha I2` abszolút értékét felírjuk a helyettesítő vázlat alapján: 2 Ui Ui 2 és I 2 ` = , I2 ` = 2 2 R2 `⎞ 2 ⎛ R2 `⎞ 2 ⎛ ⎜

R1 + ⎟ + ( X s1 + X s2 `) ⎜ R1 + ⎟ + ( X s1 + X s2 `) ⎝ s ⎠ ⎝ s ⎠ és ezt behelyettesítve a nyomaték egyenletbe: 2 Ui R` 3 M vill = ⋅ ⋅ 2 2 s R `⎞ 2 ⎛ 2π ⋅ f p ⎜ R1 + 2 ⎟ + ( X s1 + X s2 `) ⎝ s ⎠ meglehetősen bonyolult összefüggést kapjuk, annak ellenére, hogy Ui terhelőáramtól (szliptől) való függőségét még nem is vettük figyelembe. A nyomaték és a szlip közötti összefüggés számszerű meghatározására számítógépet, vagy valamilyen egyszerűsített grafikai módszert (pl.: Villamos gépek jegyzet: Aszinkron gép 31 Geneter J.: Villamos gépek ASZINKON GÉPEK áram-munkadiagramja.) vehetünk igénybe Hely és idő hiányába most csak a végeredményt és közelítő minőségi összefüggéseket ismertetünk ( 3.7 ábra ) Adott s szlipnél egy gép Mvill M nyomatéka a kapocsfeszültség négyzetével arányos. Az Mi indítónyomaték adott MB -s +s feszültségnél a forgórészkör ellenGenerátor M i

állásától függ. s >1 s =1 s =0 s =-1 s 2n n 1 n 1 n n = A billenőnyomaték a kapocs= 0 n <0 sB Motor feszültség négyzetével egyenesen, Féküzem a gép X s = X s1 + X s2 ` szórási reaktanciájával fordítottan arányos. Az sB billenőszlip értéke adott gépnél a forgórészköri ellenállástól 3.7 ábra Az aszinkron gép nyomaték-szlip jelleggörbéje függ. (Csúszógyűrűs gépnél a forgórészköri ellenállást változtathatjuk a csúszógyűrűk közé bekötött ellenállással. 3.5 Aszinkron motorok indítása Az aszinkron motorok indításánál két problémakör kerül előtérbe: ⎯ az álló motor közvetlen hálózatra kapcsolásakor keletkező 5.8-szoros áramlökés csökkentése, ⎯ az indítási folyamat felgyorsítása az indítónyomaték ideiglenes megnövelésével. Mivel 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 alkalmazható, ha mind a három fázistekercs kezdetét és végét (6 kivezetés) kivezették a kapocs szekrénybe. Indításkor a tekercselést csillag kapcsolásba kötik, L1 L2 L3 ezért egy fázis tekercsre a névleges feszültségnek csak a FK 3 -ada jut, ilyen arányban csökken a tekercsen átfolyó U1 V1 W1 rövidzárási áram is. A motor „felpörgése” után a tekercselést átkapcsolják a ∆ Y névleges háromszög kapcsolásba, ami a motor névleges U2 V2 W2 üzemelését biztosítja. 3.8 ábra Aszinkron motor csillagMivel a nyomaték a feszültség négyzetével változik, a háromszög indítása módszer alkalmazásának további feltétele az, hogy a feszültség lecsökkenése miatt a

delta kapcsolású indítónyomaték harmada is elegendő legyen a rendszer indításához. A csillag-háromszög átkapcsolás következtében a hálózat felé a háromszög kapcsolású rövidzárási áram is a harmadára csökken 32 Geneter J.: Villamos gépek ASZINKON GÉPEK Az indítónyomaték ideiglenes növelésére kalickás gépeknél nincs lehetőség, ilyen igény esetén kétkalickás vagy mélyhornyú gépeket kell alkalmazni . (Lásd: Villamos gépek jegyzet) L1 L2 L3 ⎯ Transzformátoros indítás. Itt is a tekercsre kapcsolt feszültség csökkentésével csökFK kentjük a rövidzárási áramot, de a transzformátor áttételétől függően tetszőleges mértékben. Mivel a nyomaték a tekercsre TR kapcsolt feszültség négyzetével arányos, az indítónyonaték az áttétel négyzetének arányában csökken. Az indítási áram a hálóüzem zat felé a transzformátor áttétele miatt szintén négyzetesen csök- indul U1 V1 W1 ken az eredeti

rövidzárási áramhoz képest. A transzformátor alkalmazása megdrágítja ezt az indítási módszert, ezt takarék kapcsolású transformátor alkalmazásával mérsékelik. 3.9 ábraTranszformátoros 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 csúszógyűrűk közé kötött ellenállással 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 + R 2 M max R i4 + R2 R i2 + R 2 R i1 + R 2 s max R 2 M min természetes jelleggörbe n n=0 s=1 s1 s2 s3 s max 0 s 3.9ábra Csúszógyűrűs aszinkron motor nyomatéki jelleggörbéi négy fokozatú indító ellenállás esetén. Az indító ellenállás nagyságával változtatni tudjuk a

módosítás mértékét, ezért az indítás során több fokozatú indító ellenállást 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, de ezt a nem környezet barát eszközt manapság már diszkrét ellenállásokból felépített több fokozatú indító ellenállásokkal helyettesítik. 33 Geneter J.: Villamos gépek ASZINKON GÉPEK A helyesen méretezett többfokozatú indító ellenállásoknál a fokozatokban az egymást követő rotorköri ellenállások ( R r=Ri+R2 ) mértani sort alkotnak: R R + R2 Ri 3 + R2 Ri 4 + R2 q = i2 = = =. = r ( n ) és q = m smax , Ri1 + R2 Ri 2 + R2 Ri 3 + R2 Rr ( n −1) ahol q a mértani sor hányadosa; m az indító ellenállás fokozatainak száma, és smax a megengedett maximális áramhoz vagy

nyomatékhoz tartozó szlip a természetes jelleggörbén. Az átkapcsolások során az átkapcsolási szlipek is mértani sort alkotnak, valamint a minimális és maximális nyomaték hányadosa is állandó: s1 s2 s3 smax M = = = = q = min s3 M max 1 s1 s2 Az első fokozat megállapításához ismernünk kell a megengedhető maximális áramhoz (vagy nyomatékhoz) tarozó smax szlipet a természetes jelleggörbén, és az R Ri1 = 2 − R2 összefüggésből számíthatjuk. smax (A forgórészkörbe kötött ellenállással tulajdonképpen nyújtjuk a nyomatéki jelleggörbét a fordulatszám tengely mentén, de a billenőnyomaték értéke nem változik.) 3.6 Aszinkron motorok fordulatszám változtatása Az aszinkron motorok fordulatszáma a szlip egyenletéből kifejezve: f n = n0 ⋅ (1 − s) = 1 ⋅ (1 − s) p Az aszinkron motorok fordulatszámát tehát a póluspárszám, a primer frekvencia és a szlip határozza meg. A három jellemző közül bármelyiket megváltoztatva

az aszinkron motor fordulatszáma is megváltozik. A) Póluspárszám változtatása. 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 veszteség mentesen

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. 34 Geneter J.: Villamos gépek ASZINKON GÉPEK 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 n Mivel a csúszógyűrűk közé kötött ellenállásokon Pk = 3 ⋅ I 22 ⋅ Rk n M terh 0 n2 n1 n n Mmot M U 2 < U1 < U n 3.10 ábra Aszinkron motor n-M jelleggörbéje csökkentett feszültségnél teljesítmény hővé alakul, ezt a veszteséges fordulatszám változtatást csak rövidebb ideig tartó, igénytelenebb estekben alkalmazzák. Kalickás aszinkron motorok szlippel

történő fordulatszám változtatása kisebb teljesítményű (100200 W alatt), jellemzően szellőző hajtásoknál terjedt el. Ezeknek a motoroknak viszonylag nagy forgórész ellenállásuk miatt lágy karakterisztikájuk van, és a tápfeszültség csökkentésével a névlegesnél alacsonyabb fordulatszámon lesz a munkapontjuk. (310 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 A számos kaszkád kapcsolás közül L1 L2 az egyik legegyszerűbbet ismertetjük, L3 melyben fellelhetjük az eddig tárgyalt fordulatszám változtatási módok majdf 2 = s A ⋅ f1 f1 nem mindegyikét. nk Példaként legyen egy 2pA=4 póluA B sú csúszógyűrűs motor tengely kappA pB csolatban egy 2pB=6 pólusú, szintén csúszógyűrűs motorral. (311ábra) 3.11 ábra

Hagyományos kaszkádkapcsolás 35