RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 164000 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 2 8 5 2 3 8 (22) Data zgłoszenia: 1 6.0 5.1 9 9 0 (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: 25.02.1991 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: 30.06.1994 WUP 06/94 (74) Pełnomocnik: Korzeniowski Zbigniew, Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki PL 164000 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.
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.
164 000 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. 156-162. 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. 11 - 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
4 164 000 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
154 000
164 000 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.