三相異步電動機的調速原理及方法探討

孫宇峰 高超

[摘 要]三相異步電動機以其價格低廉、結構簡單、容易操作、方便維護等特點得到了現代企業的一致認可，因此，為了更好的讓交流拖動設備為現代企業服務，當務之急是選擇并不斷改進調速方法。本文 主要是對三相異步電動機及其工作原理進行了概述，并詳細的探討了調速的原理和方法。

[關鍵詞]三相異步電動機；調速；原理；方法

中圖分類號：S493 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）18-0258-01

1.三相異步電動機的概述

三相異步電動機以其價格低廉、結構簡單、容易操作、方便維護等諸多優點得到了現代企業的一致認可。在實際應用過程中，三相異步電動機充當原動力進行拖動機械生產，在此拖動系統中，生產機械需要根據生產工藝規范及技術要求，進行必要的變速運行。實現生產機械的變速運行手段主要有兩種：一是電氣調速，二是機械調速。所謂電氣調速是指在負載保持不變的情況下，通過改變電動機的電氣參數實現變速運行的方法；機械調速顧名思義即是改變機械的傳動結構方式實現變速運行。本文主要針對三相異步電動機應用電氣調速的方式方法進行探討。在社會的生產和實踐過程中，比較常用的電氣調速法基本上都是依據三相異步電動機的調速原理展開的。為了滿足當今各企業對于交流拖動系統的需求，如何科學合理的發展，探究，創新與開發更加先進的調速方式方法，以及對三相異步電動機工作原理的掌握、分析與應用已成為現代化電動機專業技術人員的一項艱巨任務。

2.三相異步電動機工作原理

在現實生活中三相異步電動機有時也被人們稱之為感應電動機，在工作原理上三相異步電動機與直流電動機有所不同，其轉子繞組是通過在旋轉的磁場中受切割作用產生感應電流，同時在磁場中還會受磁力的作用，產生電磁轉矩，達到讓轉子旋轉的目的。若想要了解三相異步電動機的工作原理，研究分析磁場的產生是關鍵，磁場的產生就是根據“電生磁、磁生電”的相互轉化原理產生的。三相繞組在定子槽彼此成120度位置依次排列，簡單的說，當A相電壓最大時，此時對應A槽磁力最強；稍后B相電壓最大時，B槽內磁力變為最大；這樣就形成了最強磁極從A槽轉移至B槽，依此循環，便產生了“旋轉的磁場”旋轉的方向由相序決定，交流電頻率與旋轉速度成正比關系，磁極對數與交流電頻率成反比例關系。

3.三相異步電動機的調速原理

3.1 電氣調速

所謂電氣調速即是在保證負載不變的情況下，通過改變電動機的電氣參數，以獲得多種運行速度的方式方法。如果出現負載的變化，那么電動機的轉速會隨之發生相應改變，這種情況屬于三相異步電動機自身固有的特性，在此條件下，電動機因負載的變化而使轉速發生的改變不能稱之為調速。真正的調速是根據相應指標而定義的，具體可以參照以下：平滑性指標指的是系統上下級轉速比值，當比值接近于1時，則說明相鄰兩級的轉速越接近，這就意味著調速的平滑性較好；調速范圍指的是系統最高轉速與最低轉速之比，針對不同的生產機械，其所需的調速范圍也相應的不同，當然，較大的調速范圍是每個機械生產的共同需求；經濟性指標就是指調速設備的維護維修、設備投資等費用是否高于標準以及調速的環節是否符合節能標準。

3.2 三相異步電動機的調速原理

三相異步電動機轉子的速度可以用公式來進行表示：

n=n0（1-s）=（1-s）

其中，公式中的的n表示電動機的轉速；n0表示為電動機定子旋轉磁場的轉數；s表示轉差率；f表示定子電源的頻率；p表示定子磁極對數。通過上述公式，我們可以清晰的看到三相異步電動機中轉差率、電源的頻率、定子磁極對數均對三相異步電動機的轉速產生著影響，如若想要對電動機的轉速進行改變，我們只需要對轉差率、電源的頻率、定子磁極對數進行改變就可以實現。

4.三相異步電動機的調速方法

4.1 變頻調速

所謂變頻調速即通過改變電動機定子繞組電源頻率，達到最終的調速目的。實踐生產過程中，只單純的改變電源頻率是不能完成電動機的調速特征的，而是需要在調節電源頻率的同時，進行電源電壓的相應調整，保持調節過程中二者比值相互平衡，在這樣的狀態下，才能使電動機的運行時刻處在良好的環境中；三相異步電動機在應用改變頻率進行調速時，必須有一套能夠同時改變電源頻率和電壓的供電設備，這個設備的專業名稱叫做變頻器，其工作原理是將頻率和電壓不變的交流電轉化成頻率和電壓可變的交流電，以供電動機調速使用。

4.2 變極調速

所謂變極調速即通過改變電動機定子磁極對數，實現調節電動機轉速的方式方法。定子繞組的磁極對數主要是通過改變三相異步電動機定子繞組的接線方式而改變的。另外一個原因是只有電動機的轉子和定子擁有相同極數時，才能確保電動機具有恒定的電磁轉矩，進而實現能量的轉化，所以，若想通過改變極數來實現電動機轉速的改變，必須同時進行電子極數和定子極數的統一改變。鼠籠型電動機就是應用這一方法的典型設備，其自身轉子極數能夠根據定子極數的變化智能的做出相應變化，以保證其合理的調速目的，確切的說，這種通過變極調速的電動機只適用于鼠籠電動機。

4.3 通過改變轉差率進行調速

就是通過控制三相異步電動機的轉差率來進行調速。

4.3.1 調壓調速：電機轉速通過改變電動機定子繞組電壓實現的方式方法。將電壓調低，將會減小電動機兩級的磁通量，進而較小了電動機的電磁轉矩，在負載不變的前提下，使電動機的轉速降低，此時的旋轉磁場切割轉子繞組速度加快，增加了轉子的電流，使負載轉矩與電動機電磁轉矩保持平衡，使得電動機在此狀態下趨于穩定，實現調速的最終目的。此種方法也存在一定弊端，三相異步電動機降低電壓的同時其本身的輸出轉矩也相應的降低（因三相異步電動機的電磁轉矩與定子繞組端電壓平方成正比），所以該方法只適用于風機，泵類和輕載類負載應用進行調速。

4.3.2 轉子回路串電阻調速：繞線式電動機通過在轉子回路中設置串電阻，使電流降低，同時電磁轉矩相應降低，在負載不變的情況下降低電動機轉速，導致旋轉磁場切割轉子繞組的速度增大，使得轉子的電流相應增加，使負載轉矩與電動機電磁轉矩保持平衡，繼而電動機在此狀態下轉速將會趨于穩定，實現調速。應用該方法進行電動機的調速其優點是操作簡單，容易實現；不足之處在于該調速方法的平滑性差，而且屬于有級調速，轉差率過低時容易導致機器設備的損耗磨損嚴重，運行效率大大降低。

4.3.3 串級調速：繞線式轉子電動機內轉子不串入電阻，而是對應的串接一個附加電動勢，該附加電動勢與轉子電動勢保持同頻率，從而平衡了因串入電阻所消耗的轉差功率。繞線式電子電動機的串級調速進一步克服了轉子回路串接其他電阻調速的缺點，保證了其無極平滑調速、低速機械特性、高效率的調速優點。

5.結束語

三相異步電動機有三種主要的調速方式：變轉差率調速、變極調速和變頻調速。其中，變極調速主要是根據定子繞組接線方式的改變，根據其工作原理進一步改變了電動機的極數，從而實現電動機轉速的相應變化，此種調速方法屬于有級調速；變轉差率調速包括繞線式電動機電子回路串級調速、調壓調速和串電阻調速；變頻調速屬于無級調速模式，也是現代交流電調速的主要發展研究方向；回路串電阻調速的特點是方法簡便，容易實現，但也存在著不足之處，其性質屬于有級調速，轉速穩定性差，效率低等；串級調速相對而言就是有優勢的，它能夠克服轉子回路串電阻調速的缺點，但是設備相對復雜；降壓調速局限性較大，主要應用于風機、泵類設備系統。

參考文獻

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