三相异步电动机的调速方法浅析

刘安

摘 要：改进三相异步电动机的调速方法，提高其性能尤为重要，也是节约用电的重要措施之一。文章介绍了三相异步电动机的七种调速方法、特点以及适用的场合。

关键词：三相异步电动机 调速 方法 特点

三相异步电动机具有结构简单、成本低、运行可靠、维护方便等优点，因此它在各行各业中都得到了广泛的应用。过去，由于缺乏相应控制的手段，实现对其速度的调节比较困难，近年来，随着计算机技术、电力电子技术和自动控制技术的飞速发展，交流电动机调速技术日趋完善，大有取代直流调速的趋势。三相异步电动机转速公式： n=n1（1-s）=60f/p（1-s）

由上式可知，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可改变转速。从调速的本质来看，改变转速的方法有改变同步转速n1和改变转差率s调速两种类型。

具体来讲，三相异步电动机的调速主要有以下七种方法。

一、改变极对数调速方法

这种调速方法是改变笼式电动机定子极对数p以得到不同的转速。如何改变磁极对数，取决于定子绕组的接线方式。此法只适合三相笼式异步电动机，而不适合三相绕线转子异步电动机。因为改变笼式异步电动机定子绕组的接线以改变极对数p的同时，转子的磁极数总是和定子的磁极数相等的，从而保障电动机的正常工作。而当改变三相绕线转子异步电动机定子绕组接线以改变极对数p的时候，必须拆开电动机重绕转子绕组，才能使定、转子极对数p保持一致，很不方便，且使变极步骤复杂化。

三相双速异步电动机是变极对数调速中最常见的一种形式，改变定子绕组的接线方式可得到两种接法，把每相绕组分成两半，一种为三角形接法，两个线圈串联，磁极对数p=2，同步转速为1500r/min，是一种低速接法；另一种为双星形接法，两个线圈反并联，磁极对数p=1，同步转速为3000r/min，是一种高速接法。

变极调速的优点是：所需设备简单，机械特性较硬，运行可靠、平稳，效率高，价格低。缺点是：电动机绕组引出接头多，只能进行有级调速，而不能平滑调速，调速范围窄。在实际中如金属切削机床、升降机、起重设备等需有级调速的生产机械适用于本方法。

二、变频调速方法

从式n1=60f/p得知，改变笼式异步电动机定子电源的频率，同步转速n1将随频率f成正比变化，从而转子转速发生变化。如可连续调节电源频率f，则电动机的转速就可以平滑、连续地调节，以实现平滑无级调速。

电动机的端电压U1=E1=4.44f1k1N1Φ，若U1不变，则f1上升会导致磁通Φ下降、电动机效率η下降及电动机最大转矩Tm变化等问题，严重的时候会出现电动机的堵转。而f1的减小会使磁通Φ增大，导致电动机磁路饱和，使空载电流I0和铁损剧增，这也是不行的。因此，在变频调速中，应使定子端电压U1与频率f1成比例调节，以保持磁通Φ不变，这是实施变频调速必须注意的问题。

变频调速是异步电动机中比较理想的调速方法，但是需要使用交频电源来实现频率的改变。近年来，变频调速技术发展很快，变频器成为实现交流电动机变频调速装置。它可分成交—直—交变频器和交—交变频器两大类。随着技术的发展，PWM变频器已经成为变频器的主流。这种调速方法的特点是：调速范围大，效率高，特性硬，精度高。变频调速的性能比其他调速方法都好。

三、串级调速方法

串级调速是指绕线式异步电动机转子回路中串入一个附加电势，其频率必须与转子电势的频率相同，通过改变附加电势幅值大小和相位，来改变转差率，从而调节异步电动机的转速。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加电动势的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电动机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，一般多采用晶闸管串级调速。其特点为：串级调速是将绕线式异步电动机的转差功率回馈到电网的一种比较经济的调速方法，长期低速运行时效率高、机械特性也比较硬，特别适于经常调节转数的风机、水泵上应用。节电率可达20%～40%，能实现无级平滑调速。缺点是晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。

四、绕线式电动机转子串电阻调速方法

这种方法适用于绕线式异步电动机。转子电路串入附加电阻后，同步转速n1和最大力矩Tmax不变，而电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，机械特性越软，电动机的转速越低。此法的优点是：设备简单、控制方便；缺点是：转差功率以发热的形式消耗在电阻上，效率低，属有级调速，机械特性软，低速运转不够平稳。此方法最适合于起重设备的调速。

五、定子调压调速方法

这种方法是通过改变电动机的定子电压来实现调速的。因为电动机的转矩与电压平方成正比，降低定子电压后，同步转速n1不变，但最大力矩Tmax成平方倍减小。此法不适用于笼式电动机，因为它的转子电阻小，转速低时电流会急剧上升。

降低定子电压的方法有串联饱和电抗器、自耦变压器以及定子绕组Δ/Y变换电压。调压调速的特点：调压调速设备简单、性能较好、应用较广泛，但低速时效率低。对于通风机类负载，它有较宽的调速范围，例如电风扇（包括单相的）等一些小功率同类型负载普遍采用这种调速方法。

六、电磁转差离合器调速方法

电磁转差离合器调速系统由笼式异步电动机、转差离合器和控制装置三部分组成。采用电磁转差离合器调速，不是直接调节电动机本身的转速，而是在其输出轴上采用一种柔性联接器件—电磁转差离合器来实现输出轴转速的调节。电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。电枢与电动机的转轴硬连接并由电动机带动旋转，磁极用联轴节与负载轴对接。当励磁绕组通入直流电源，磁极产生磁通，磁力线穿过电枢；当电枢随异步电动机带动旋转时，电枢中感应产生涡流，此涡流与磁通相互作用产生转矩，转矩驱动输出轴，拖动负载运行。这样改变转差离合器的直流励磁电流，就可改变离合器的输出转矩和转速。

电磁调速电动机的调速特点：设备线路简单、控制方便、无级平滑调速，但涡流使电枢发热、效率低，不能长时间低速运行。适用于中、小功率，短时低速运行的机械。

七、液力耦合器调速方法

这种调速方法是在电动机和负载之间串入一个液力耦合装置，通过液面的高低调节电动机和负载之间耦合力的大小，实现负载的速度调节。液力耦合器是一种液力传动装置，一般由泵轮和涡轮组成，统称为工作轮，放在密封壳体中。泵轮在电动机带动下旋转，壳中的液体受叶片推动而旋转，由于离心力作用，液体沿着泵轮外环进入涡轮并在同一转向给涡轮叶片推力，以带动生产机械运转。在工作过程中，改变液体的多少就可以改变耦合器的涡轮转速，实现无级调速。

其优点为：结构简单、工作可靠、使用及维修方便，且造价低廉。缺点为：调速范围有限、调速精度不够高、效率较低。本方法适用于风机、水泵的调速。

参考文献：

[1]徐政.电机与变压器[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2008.

（作者单位：海南省技师学院、海南省高级技工学校）