第七节 三相异步电动机调速控制
异步电动机调速常用来改善机床的调速性能和简化机械变速装置。根据异步电动机转速公式
（2-7）
式中，s为转差率；f为电源频率；P为定子极对数。
由上式可知，三相异步电动机的调速可通过改变定子电压频率f、定子极对数P和转差率s来实现。具体归纳为变极调速、变频调速、调压调速、转子串电阻调速、串级调速和电磁调速等调速方法。
1.变极调速
通常变更绕组极对数的调速方法简称为变极调速。变极调速是通过改变电动机定子绕组的外部接线来改变电动机的极对数。鼠笼式异步电动机转子绕组本身没有固定的级数，改变鼠笼式异步电动机定子绕组的极数以后，转子绕组的级数能够随之变化；绕线式异步电动机的定子绕组极数改变以后，它的转子绕组必须重新组合，往往无法实现。所以，变更绕组极对数的调速方法一般仅适用于鼠笼式异步电动机。
鼠笼式异步电动机常用的变极调速方法有两种：一种是改变定子绕组的接法，即变更定子绕组每相的电流方向；另一种是在定子上设置具有不同极对数的两套互相独立的绕组，又使每套绕组具有变更电流方向的能力。
变极调速是有级调速，速度变换是阶跃式的。用变极调速方式构成的多速电动机一般有双速、三速、四速之分。这种调速方法简单、可靠、成本低，因此在有级调速能够满足要求的机械设备中，广泛采用多速异步电动机作为主拖动电机，如镗床、铣床等。
（1）双速电动机 双速电动机△/YY接法的三相定子绕组接线如图2-29所示。
图2-29 双速电动机△/YY三相定子绕组接线
图中为△/YY接线的变换，电机极数为4极/2极。当定子绕组D1、D2、D3的接线端接电源，D4、D5、D6接线端悬空时，三相定子绕组接成了△，对应低速，此时每相绕组中的线圈1、线圈2相互串联，其电流方向如图中虚箭头所示，每相绕组具有4个极。若将定子绕组的D4、D5、D6三个接线端接电源，D1、D2、D3接线端短接，则把原来的三角形接线改变为YY接线，对应高速，每相绕组中的线圈1与线圈2并联，电流方向如图中实线箭头所示，每相绕组具有两个极。应当强调指出，当把电动机定子绕组的△接线变更为YY接线时，接线的电源相序必须反相，从而保证电动机由低速变为高速时旋转方向一致。△/YY接线属于恒功率调速。图2-30为双速电动机调速控制线路。
图2-30 双速电动机调速控制线路
线路工作原理如下。
双投开关Q合向“低速”位置时，接触器KM3线圈得电，电动机接成三角形，低速运转。
双投开关Q置于“空档”时，电动机停转。
双投开关Q合向“高速”位置时，电动机运转如下。
①时间继电器KT得电，其瞬动常开触点闭合，使KM3线圈得电，绕组接成三角形，电动机低速启动。
②经一定延时，KT的常开触点延时闭合，常闭触点延时断开，使KM3失电，KM2和KM1线圈相继得电，定子绕组接线自动从△切换为YY，电动机高速运转。
这种先低速启动，经一定延时后自动切换到高速的控制，目的是限制启动电流。
双速电动机Y/YY接法的接线变换如图2-31，电机极数4极/2极，对应电动机的低速和高速。它属于恒转矩调速。
图2-31 双速电动机Y/YY三相定子绕组接线图
（2）三速异步电动机 一般三速电动机的定子绕组具有两套绕组，其中一套绕组连接成△/YY，另一套绕组连接成Y，如图2-32（a）所示。
假设将D1、D2、D3接电源时，电动机具有8个极；将D4、D5、D6接电源而D1、D2、D3互相短接时，电动机具有4个极；将D7、D8、D9接线端接电源时，电动机为6个极。故将不同的端头接向电源，电动机便有8、6、4三种级别磁极的转速，对应的转速由低速变为高速。当只有单独一套绕组工作时（D7、D8、D9接电源），由于另一套△/YY接法的绕组仍置身于旋转磁场中，在其△接线的线圈中肯定要流过环流电流。为避免环流产生，一般设法将绕组接成开口的三角形，如图2-32（b）所示。
图2-32 三速电动机定子绕组接线图
2.变频调速
由式（2-7）可见，变频调速就是改变异步电动机的供电频率f，利用电动机的同步转速随频率变化的特性进行调速。在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好，调速范围大，稳定性好，运行效率高。采用通用变频器对鼠笼式异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高并且经济效益显著，所以逐步得到推广应用。
3.变转差率调速
变转差率调速包括调压调速、转子串电阻调速、串级调速和电磁调速等调速方法。
调压调速是异步电机调速系统中比较简便的一种，就是改变定子外加电压来改变电机在一定输出转矩下的转速。调压调速目前主要通过调整晶闸管的触发角来改变异步电动机端电压进行调速。这种调速方式仅用于小容量电动机。
转子串电阻调速是在绕线式异步电动机转子外电路上接可变电阻，通过对可变电阻的调节来改变电动机机械特性斜率实现调速。电机转速可以有级调速，也可以无级调速，其结构简单，价格便宜，但转差功率损耗在电阻上，效率随转差率增加等比下降，故这种方法目前一般不被采用。
电磁调速是在鼠笼式异步电动机和负载之间串接电磁转差离合器（电磁耦合器），通过调节电磁转差离合器的励磁来改变转差率进行调速。这种调速系统结构适用于调速性能要求不高的小容量传动控制场合。
串级调速就是在绕线式异步电动机的转子侧引入控制变量，如附加电动势来改变电动机的转速进行调速。基本原理是在绕线转子异步电动机转子侧通过二极管或晶闸管整流桥，将转差频率交流电变为直流电，再经可控逆变器获得可调的直流电压作为调速所需的附加直流电动势，将转差功率变换为机械能加以利用或使其反馈回电源而进行调速。