三相交流异步电机的调速

有些生产机械在工作中需要调速， 例如， 金属切削机床需要按被加工金属的种类、 切削工具的性质等来调节转速。 此外， 起重运输机械等在快要停车时， 应降低转速， 以保证工作的安全。 用人为的方法， 在同一负载下使电机的转速从某一数值改变为另一数值， 以满足工作的需要， 这种情况称为调速。

由转差率公式s＝100％和同步转速的公式n1＝可知，电机的转速n与同步转速n1之间的关系为：

n＝（1－s）n1＝（1－s） （1－78）

因此可以看出， 三相交流异步电机调速有三种方法。

一、 改变定子绕组磁极对数p——变极调速

改变电机的磁极对数， 就可以改变三相交流异步电机的同步转速， 从而达到调速的目的。 那么如何改变电机的磁极对数呢？

常用的办法就是通过改变定子绕组的接法， 从而改变绕组内电流的方向， 达到变磁极对数的目的。

改变磁极对数的电机多采用笼型电机， 转子磁极数会随着定子磁极数的改变而改变， 如图1－75所示。

图1－75中a1x1代表A相的半相绕组，a2x2代表A相的另一半相绕组。从图中可以看出仅改变绕组的接线方式， 电机的磁极对数就相应的发生了变化， 从而使电机的转速发生变化。

图1－75 三相异步电机变极前后定子绕组接线图

（a） 2p＝4；（b） 2p＝2

二、 改变电机的转差率s

改变电机的转差率可以通过改变转子串联电阻和改变定子绕组电压两种方法实现。

1. 改变转子串联电阻

变阻调速是通过改变电机转子电路的外接电阻实现的， 因此只适用于绕线转子电机调速。 电源电压保持不变， 即电机的最大转矩不变， 改变转子电路的外接电阻， 则产生最大转矩时的转速也随之变化。 对应同一负载转矩， 就有不同的转速。 这种调速方法简单方便， 只需要在绕线型异步电机的转子电路中， 接入一个调速变阻器， 便可用它来进行调速。

2. 改变定子绕组电压

该方法主要适用于笼型异步电机。 由于最大转矩与起动转矩与电压平方成正比， 如当电压降低为额定电压的50％时， 最大转矩和起动转矩则降到了降压前的25％。 所以这种调速方式的起动能力与带负载能力都是较低的，其调速的机械特性曲线如图1－76所示。

图1－76 定子绕组调压调速的机械特性曲线

由以上机械特性曲线可知， 随着加在定子绕组上电压的降低， 最大转矩、 起动转矩都会减小， 电机的带负载能力因此减弱， 所以调压调速适用于因转矩降低而减小的负载。

三、改变电源的频率f1——变频调速

当转差率s变化不大时，转速n基本上与电源频率f1成正比。连续调节电源频率，就可以平滑地改变电机的转速。 但是单一地调节电源频率， 将导致电机的运行性能恶化， 其原因分析如下：

电机正常运行时，定子漏阻抗的压降很小，可以认为U1＝4.44f1N1KwΦ，式中，U1为定子绕组电压，N1为导体总数，Kw为绕组系数，Φ为主磁通。

若定子绕组电压不变，则当电源频率f1减小时，主磁通Φ将增加，这将导致磁路过分饱和，励磁电流增大，功率因数降低，铁芯损耗增大；而当f1增大时，主磁通Φ将减小，电磁转矩及最大转矩下降， 过载能力降低， 电机的功率得不到充分利用。 因此， 为了使电机能保持较好的运行性能，要求在调节f1时，同时改变定子绕组的电压U1，从而确保Φ不变， 以保证电机的过载能力不变。 一般认为， 在各种类型负载下对电机进行变频调速时， 若能保持电机的过载能力不变， 则认为电机的运行性能较为理想。 为了实现以上功能， 实际中专门用变频器对三相交流异步电机进行变频调速。