(54) Sposób sterowania prędkości obrotowej silnika klatkowego przez przełączanie

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl5: H02P 7/36 Opis patentowy przedrukowano ze względu na zauważone błędy (54) Sposób sterowania prędkości obrotowej silnika klatkowego przez przełączanie cewek uzwojenia (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 04/91 (73) Uprawniony z patentu: Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki, Kraków, PL (72) Twórca wynalazku: Jan Markielowski, Kraków, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/94 (74) Pełnomocnik: Korzeniowski Zbigniew, Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki PL B1 (5 7 ) 1. Sposób sterowania prędkości obrotowej silnika klatkowego przez przełączanie cewek uzwojenia, zwłaszcza obciążonego parabolicznym momentem oporowym, znamienny tym, że zmienia się układem połączeń cewek twornika napięcie fazowe uzwojenia twornika, wykonanego z dwóch jednakowych odizolowanych elektrycznie cewek, każda na znamionowe napięcie trójfazowej sieci zasilającej, poprzez dokonywanie kolejnych przełączeń, korzystnie za pomocą przełącznika pięciostopniowego, pomiędzy zaciskami początków i końców każdej cewki twornika, przy czym cewki łączy się szeregowo i/lub równolegle w danej fazie w trójfazowej kombinacji układu gwiazdy i/lub trójkąta, zachowując każdorazowo zgodny kierunek indukowanego w nich napięcia, w wyniku czego otrzymuje się żądany stopień prędkości obrotowej silnika.

2 SPOSÓB STEROWANIA PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ SILNIKA KLATKOWEGO PRZEZ PRZELICZANIE CEWEK UZWOJENIA Z a s t r z e ż e n i a p a t e n t o w e 1. Sposób sterowania prędkości obrotowej silnika klatkowego przez przełączanie cewek uzwojenia, zwłaszcza obciążonego parabolicznym momentem oporowym, z n a m i e n n y tym, że zmienia się układem połączeń cewek twornika napięcie fazowe uzwojenia twornika, wykonanego z dwóch jednakowych odizolowanych elektrycznie cewek, każda na znamionowe napięcie trójfazowej sieci zasilającej, poprzez dokonywanie kolejnych przełączeń, korzystnie za pomocą przełącznika pięciostopniowego, pomiędzy zaciskami początków i końców każdej cewki twornika, przy czym cewki łączy się szeregowo i/lub równolegle w danej fazie w trójfazowej kombinacji układu gwiazdy i/lub trójkąta, zachowując każdorazowo zgodny kierunek indukowanego w nich napięcia, w wyniku czego otrzymuje się żądany stopień prędkości obrotowej silnika. 2. Sposób według zastrz. 1, z n a m i e n n y tym, że w celu uzyskania najniższej prędkości obrotowej łączy się szeregowe połączenie cewek każdej fazy uzwojenia w układ gwiazdy /Ysz/. 3. Sposób według zastrz. 1, z n a m i e n n y tym, że w celu uzyskania drugiej wyższej prędkości obrotowej łączy się trzy pierwsze cewki uzwojenia każdej fazy w trójkąt, a drucie cewki uzwojenia szeregowo przyłącza się do zacisków trójkąta w układzie gwiazdy /YD/. 4. Sposób według zastrz. 1, z n a m i e n n y tym, że w celu uzyskania trzeciej wyższej prędkości obrotowej łączy się szeregowe połączenie cewek każdej fazy uzwojenia w układ trójkąta /Dsz/. 5. Sposób według zastrz. 1, z n a m i e n n y tym, że w celu uzyskania czwartej wyższej prędkości obrotowej łączy się równoległe połączenie cewek każdej fazy uzwojenia w układ gwiazdy /Yr/. 6. Sposób według zastrz. 1, z n a m i e n n y tym, że w celu uzyskania najwyższej prędkości obrotowej łączy się równoległe połączenie cewek każdej fazy uzwojenia w układ trójkąta /Dr/. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania prędkości obrotowej silnika klatkowego przez przełączanie cewek uzwojenia, znajdujący szczególne zastosowanie w silnikach z powiększonym poślizgiem, zwłaszcza obciążonych parabolicznym momentem oporowym. Sposób ten przydatny jest głównie do sterowania obrotów w silnikach małej mocy, przykładowo napędzających wentylatory lub pompy wirowe. Warunki pracy agregatów pompowych, stosowanych n p. w instalacjach grzewczych lub ciepłej wody użytkowej, wymagają okresowej regulacji wydajności pompy poprzez zmianę prędkości obrotowej pomp, a to w celu zmniejszenia kosztów eksploatacyjnych tj. zużycia wody i energii elektrycznej, oraz zwiększenia żywotności urządzeń instalacji grzewczej. Znane są sposoby regulacji prędkości obrotowej w silnikach klatkowych, przez zmianę liczby par biegunów w tzw. silnikach wielobiegowych, które cechują się dość szerokim stopniem zmian prędkości w granicach 1 : 1 lub 1: 2: 3.

3 Znany jest także sposób zmiany prędkości przez wprowadzenie niesymetr i uzwojeń, lecz zmiana prędkości tym sposobem daje zbyt duże obciążenia cieplne silnika. Sposoby powyższe opisano w książce "Teoria napędu elektrycznego" autor S. Bielawski, WNT Warszawa 1978 str Istota wynalazku charakteryzuje się tym, że zmienia się, układem połączeń cewek twornika, napięcia fazowe uzwojenia twornika. Uzwojenie każdej fazy stojana wykonuje się z dwóch jednakowych odizolowanych elektrycznie cewek, każda na znamionowe napięcie trójfazowej sieci zasilającej, z wyprowadzonymi końcami do zacisków zewnętrznych. Zmiana napięcia fazowego odbywa się poprzez dokonywanie kolejnych przełączeń, korzystnie za pomocą przełącznika pięciostopniowego, pomiędzy zaciskami początków i końców każdej cewki twornika. Cewki łączy się szeregowo l/lub równolegle w danej fazie w trójfazowej kombinacji układu gwiazdy i/lub trójkąta, zachowując każdorazowo zgodny kierunek indukowanego w nich napięcia, w wyniku czego otrzymuje się żądany stopień prędkości obrotowej silnika. Najniższą prędkość obrotową uzyskuje się przez szeregowe połączenie cewek fazowego uzwojenia w układzie gwiazdy. Drugą wyższą prędkość obrotową uzyskuje się przez połączenie trzech pierwszych cewek uzwojenia każdej fazy w trójkąt, a drugie cewki uzwojenia szeregowo przyłącza się do zacisków trójkąta w układzie gwiazdy. Trzecią wyższą prędkość obrotową uzyskuje się przez szeregowe połączenie cewek fazowego uzwojenia w układzie trójkąta. Czwartą wyższą prędkość obrotową uzyskuje się przez równoległe połączenie cewek fazowego uzwojenia w układzie gwiazdy. Najwyższą prędkość obrotową uzyskuje się przez równoległe połączenie cewek fazowego uzwojenia w układzie trójkąta. Zaletą rozwiązania jest prosty, a zarazem oszczędny inwestycyjnie i eksploatacyjnie sposób regulacji prędkości obrotowej. Silnik wymaga jedynie wykonania specjalnego uzwojenia z wyprowadzeniami na 12 zewnętrznych zacisków. Połączenie cewek w odpowiedni układ można dokonać za pomocą wtyków lub odpowiednim układem styczników albo przekaźników, bądź też za pomocą elektronicznego układu przełączającego. Sposobem tym, tzn. zmianą napięcia fazowego w uzwojeniu twornika, można uzyskać 5 stopni prędkości obrotowych silnika, uzyskując przy tym dobrą stateczność pracy w całym zakresie regulacji prędkości. P r z y k ł a d. Sposób sterowania prędkości zostanie bliżej objaśniony na przedstawionym rysunku, na którym fig. 1 do 5 przedstawia układy połączeń sześciu cewek uzwojenia stojana, fig. 6 do 10 - wykresy wskazowe wektorów indukowanego napięcia w cewkach, odpowiadające powyższym układom połączeń, fig wykresy przebiegu momentów silnika i obciążenia, fig. 12 i 13 - rzuty wtyczki zaciskowej, fig. 14 i 15 - rzuty gniazda zaciskowego silnika, a fig. 16 do 20 - kolejne wtyczki z połączeniami odpowiadającymi poszczególnym stopniom prędkości obrotowej. Układ połączeń Ysz uzwojenia trzech faz połączonych w gwiazdę, z szeregowo połączonymi cewkami w każdej fazie przedstawia fig. 1, a odpowiadający temu układowi wykres wskazowy ilustruje fig. 6, zaś punkt pracy przy tym układzie połączeń odpowiadający najniższej prędkości silnika obrotowej zaznaczono na fig. 11, a fig. 16 ilustruje wtyczkę jako najprostszy środek techniczny do realizacji tego układu. Układ połączeń YD z trzema pierwszymi cewkami każdej fazy połączonymi w trójkąt, a drugimi cewkami przyłączonymi szeregowo do zacisków trójkąta w postaci gwiazdy przedstawiono na fig. 2, a odpowiadający temu układowi wykres wskazowy napięć ilustruje fig. 7, zaś punkt pracy przy tym układzie połączeń odpowiadający drugiej wyższej prędkości obrotowej silnika zaznaczono na fig.11, a fig. 17 ilustruje wtyczkę jako najprostszy środek techniczny do realizacji tego układu. Układ połączeń Dsz uzwojenia trzech faz połączonych w trójkąt z szeregowo połączonymi cewkami w każdej fazie przedstawiono na fig. 3, a odpowiadający temu układowi wykres wskazowy napięć ilustruje fig. 8, zaś punkt pracy przy tym układzie stanowiący trzecią wyższą prędkość obrotową silnika zaznaczono na fig. 11, a fig. 18 ilustruje wtyczkę jako najprostszy środek techniczny do realizacji tego układu. Układ połączeń Yr uzwojenia trzech faz połączonych w gwiazdę z równolegle połączonymi cewkami w każdej fazie przedstawiono na fig. 4, a odpowiadający temu układowi wykres wskazowy napięć ilustruje fig. 9, zaś punkt pracy przy tym układzie stanowiący czwartą wyższą prędkość

4 obrotową silnika zaznaczono na fig. 11, a fig. 19 ilustruje wtyczkę jako najprostszy środek techniczny do realizacji tego układu. Układ połączeń Dr uzwojenia trzech faz połączonych, w trójkąt z równolegle połączonymi cewkami w każdej fazie przedstawiono na fig. 5, a odpowiadający temu układowi wykres wskazowy napięć ilustruje fig. 10, zaś punkt pracy przy tym układzie odpowiadający najwyższej prędkości obrotowej silnika zaznaczono na fig. 11, a fig. 20 ilustruje wtyczkę jako najprostszy środek techniczny do realizacji tego układu. Fig. 1 Fig 2 Fig 3 Fig. 4 Fig 5 Fig 6 Fig 7 Fig. 8 Fig. 9 Fig. 10

5

6 Fig. 12 Fig. 13 Fig. 14 Fig. 15 Fig. 16 Fig.17 Fig. 18 Fig.19 Fig 2 0 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.