第七節(jié)　三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制

異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速常用來(lái)改善機(jī)床的調(diào)速性能和簡(jiǎn)化機(jī)械變速裝置。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式

　　 （2-7）

式中，s為轉(zhuǎn)差率；f為電源頻率；P為定子極對(duì)數(shù)。

由上式可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可通過(guò)改變定子電壓頻率f、定子極對(duì)數(shù)P和轉(zhuǎn)差率s來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體歸納為變極調(diào)速、變頻調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速和電磁調(diào)速等調(diào)速方法。

1.變極調(diào)速

通常變更繞組極對(duì)數(shù)的調(diào)速方法簡(jiǎn)稱(chēng)為變極調(diào)速。變極調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的外部接線(xiàn)來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組本身沒(méi)有固定的級(jí)數(shù)，改變鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的極數(shù)以后，轉(zhuǎn)子繞組的級(jí)數(shù)能夠隨之變化；繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組極數(shù)改變以后，它的轉(zhuǎn)子繞組必須重新組合，往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)。所以，變更繞組極對(duì)數(shù)的調(diào)速方法一般僅適用于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。

鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)常用的變極調(diào)速方法有兩種：一種是改變定子繞組的接法，即變更定子繞組每相的電流方向；另一種是在定子上設(shè)置具有不同極對(duì)數(shù)的兩套互相獨(dú)立的繞組，又使每套繞組具有變更電流方向的能力。

變極調(diào)速是有級(jí)調(diào)速，速度變換是階躍式的。用變極調(diào)速方式構(gòu)成的多速電動(dòng)機(jī)一般有雙速、三速、四速之分。這種調(diào)速方法簡(jiǎn)單、可靠、成本低，因此在有級(jí)調(diào)速能夠滿(mǎn)足要求的機(jī)械設(shè)備中，廣泛采用多速異步電動(dòng)機(jī)作為主拖動(dòng)電機(jī)，如鏜床、銑床等。

（1）雙速電動(dòng)機(jī)　雙速電動(dòng)機(jī)△/YY接法的三相定子繞組接線(xiàn)如圖2-29所示。

圖中為△/YY接線(xiàn)的變換，電機(jī)極數(shù)為4極/2極。當(dāng)定子繞組D1、D2、D3的接線(xiàn)端接電源，D4、D5、D6接線(xiàn)端懸空時(shí)，三相定子繞組接成了△，對(duì)應(yīng)低速，此時(shí)每相繞組中的線(xiàn)圈1、線(xiàn)圈2相互串聯(lián)，其電流方向如圖中虛箭頭所示，每相繞組具有4個(gè)極。若將定子繞組的D4、D5、D6三個(gè)接線(xiàn)端接電源，D1、D2、D3接線(xiàn)端短接，則把原來(lái)的三角形接線(xiàn)改變?yōu)閅Y接線(xiàn)，對(duì)應(yīng)高速，每相繞組中的線(xiàn)圈1與線(xiàn)圈2并聯(lián)，電流方向如圖中實(shí)線(xiàn)箭頭所示，每相繞組具有兩個(gè)極。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，當(dāng)把電動(dòng)機(jī)定子繞組的△接線(xiàn)變更為YY接線(xiàn)時(shí)，接線(xiàn)的電源相序必須反相，從而保證電動(dòng)機(jī)由低速變?yōu)楦咚贂r(shí)旋轉(zhuǎn)方向一致。△/YY接線(xiàn)屬于恒功率調(diào)速。圖2-30為雙速電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制線(xiàn)路。

線(xiàn)路工作原理如下。

雙投開(kāi)關(guān)Q合向“低速”位置時(shí)，接觸器KM3線(xiàn)圈得電，電動(dòng)機(jī)接成三角形，低速運(yùn)轉(zhuǎn)。

雙投開(kāi)關(guān)Q置于“空檔”時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。

雙投開(kāi)關(guān)Q合向“高速”位置時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)如下。

①時(shí)間繼電器KT得電，其瞬動(dòng)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使KM3線(xiàn)圈得電，繞組接成三角形，電動(dòng)機(jī)低速啟動(dòng)。

②經(jīng)一定延時(shí)，KT的常開(kāi)觸點(diǎn)延時(shí)閉合，常閉觸點(diǎn)延時(shí)斷開(kāi)，使KM3失電，KM2和KM1線(xiàn)圈相繼得電，定子繞組接線(xiàn)自動(dòng)從△切換為YY，電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

這種先低速啟動(dòng)，經(jīng)一定延時(shí)后自動(dòng)切換到高速的控制，目的是限制啟動(dòng)電流。

雙速電動(dòng)機(jī)Y/YY接法的接線(xiàn)變換如圖2-31，電機(jī)極數(shù)4極/2極，對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)的低速和高速。它屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

（2）三速異步電動(dòng)機(jī)　一般三速電動(dòng)機(jī)的定子繞組具有兩套繞組，其中一套繞組連接成△/YY，另一套繞組連接成Y，如圖2-32（a）所示。

假設(shè)將D1、D2、D3接電源時(shí)，電動(dòng)機(jī)具有8個(gè)極；將D4、D5、D6接電源而D1、D2、D3互相短接時(shí)，電動(dòng)機(jī)具有4個(gè)極；將D7、D8、D9接線(xiàn)端接電源時(shí)，電動(dòng)機(jī)為6個(gè)極。故將不同的端頭接向電源，電動(dòng)機(jī)便有8、6、4三種級(jí)別磁極的轉(zhuǎn)速，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速由低速變?yōu)楦咚佟．?dāng)只有單獨(dú)一套繞組工作時(shí)（D7、D8、D9接電源），由于另一套△/YY接法的繞組仍置身于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，在其△接線(xiàn)的線(xiàn)圈中肯定要流過(guò)環(huán)流電流。為避免環(huán)流產(chǎn)生，一般設(shè)法將繞組接成開(kāi)口的三角形，如圖2-32（b）所示。

2.變頻調(diào)速

由式（2-7）可見(jiàn)，變頻調(diào)速就是改變異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率f，利用電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化的特性進(jìn)行調(diào)速。在交流異步電動(dòng)機(jī)的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好，調(diào)速范圍大，穩(wěn)定性好，運(yùn)行效率高。采用通用變頻器對(duì)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高并且經(jīng)濟(jì)效益顯著，所以逐步得到推廣應(yīng)用。

3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速包括調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速和電磁調(diào)速等調(diào)速方法。

調(diào)壓調(diào)速是異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中比較簡(jiǎn)便的一種，就是改變定子外加電壓來(lái)改變電機(jī)在一定輸出轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。調(diào)壓調(diào)速目前主要通過(guò)調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角來(lái)改變異步電動(dòng)機(jī)端電壓進(jìn)行調(diào)速。這種調(diào)速方式僅用于小容量電動(dòng)機(jī)。

轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是在繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外電路上接可變電阻，通過(guò)對(duì)可變電阻的調(diào)節(jié)來(lái)改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性斜率實(shí)現(xiàn)調(diào)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速可以有級(jí)調(diào)速，也可以無(wú)級(jí)調(diào)速，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但轉(zhuǎn)差功率損耗在電阻上，效率隨轉(zhuǎn)差率增加等比下降，故這種方法目前一般不被采用。

電磁調(diào)速是在鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)和負(fù)載之間串接電磁轉(zhuǎn)差離合器（電磁耦合器），通過(guò)調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)差離合器的勵(lì)磁來(lái)改變轉(zhuǎn)差率進(jìn)行調(diào)速。這種調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)適用于調(diào)速性能要求不高的小容量傳動(dòng)控制場(chǎng)合。

串級(jí)調(diào)速就是在繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)引入控制變量，如附加電動(dòng)勢(shì)來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速。基本原理是在繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)通過(guò)二極管或晶閘管整流橋，將轉(zhuǎn)差頻率交流電變?yōu)橹绷麟姡俳?jīng)可控逆變器獲得可調(diào)的直流電壓作為調(diào)速所需的附加直流電動(dòng)勢(shì)，將轉(zhuǎn)差功率變換為機(jī)械能加以利用或使其反饋回電源而進(jìn)行調(diào)速。