異步電機主要的三種調速方法解析

變極調速

由于一般異步電動機正常運行時的轉差率S都很小，電機的轉速n= n1（1-S）決定于同步轉速n1。從n1=60f1/P可見，在電源頻率f1不變的情況下，改變定子繞組的極對數P，同步轉速n1就發生變化，例如極對數增加一倍，同步轉速就下降一半，隨之電動機的轉速也約下降一半。顯然，這種調速方法只能做到一級一級地改變轉速，而不是平滑調速。

變極電動機一般都用鼠籠式轉子，因為鼠籠轉子的極對數能自動地隨著定子極對數的改變而改變，使定、轉子磁場的極對數總是相等而產生平均電磁轉矩。若為繞線式轉子，則定子極對數改變時，轉子繞組必須相應地改變接法以得到與定子相同的極對數，很不方便。

要使定子具有兩種極對數，容易得到的辦法是用兩套極對數不同的定子繞組，每次用其中一套，即所謂雙繞組變極，顯然，這是一個很不經濟的辦法，只在特殊情況下才采用。理想的辦法是：只裝一套定子繞組而用改變繞組接法來獲得兩種或多種極對數，即所謂單繞組變極。對于倍極比情況（如2/4極、4/8極等），單繞組變極早已為人們所采用，隨著科學技術的發展，非倍極比（如4/6極、6/8極等）以及三速（如4/6/8等）采用單繞組變極也得到廣泛應用。

變頻調速

當電源的頻率f1改變時，同步轉速n1=60f1/P與頻率成正比變化，于是電動機的轉速n也隨之改變，所以改變電源頻率就可以平滑地調節異步電動機的轉速。

變頻調速按控制方式不同，可分為U/f控制、轉差頻率控制、矢量控制和直接轉矩控制等。

（1） U/f控制。U/f控制是為了得到理想的轉矩-速度特性，基于在改變電源頻率進行調速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的。通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。U/f控制變頻器結構非常簡單，缺點是變頻器采用開環控制方式，不能達到較高的控制性能，而且在低頻時必須進行轉矩補償，才能改善低頻轉矩特性。

（2） 轉差頻率控制。頻率控制就可以使電動機具有對應的輸出轉矩。這種控制方式，在控制系統中需要安裝速度轉差頻率控制是一種直接控制轉矩的控制方式，它是在U/f控制的基礎上，按照知道異步電動機的實際轉速對應的電源頻率，并根據希望得到的轉矩來調節變頻器的輸出感器，有時還加有電流反饋，以對頻率和電流進行控制，因此是一種閉環控制方式。該方式可以使變頻器具有良好的穩定性，并對急速的加減速和負載變動有良好的響應特性。

（3）矢量控制。矢量控制是通過矢量坐標電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達到對電動機在d、q、O坐標軸系中的勵磁電流和轉矩電流分別進行控制，進而達到控制電動機轉矩的目的。通過控制各矢量的作用順序、時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種PWM波，達到各種不同的控制目的，例如形成開關次數最少的PWM波以減少開關損耗。目前，在變頻器中實際應用的矢量控制方式主要有基于專差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。

基于轉差頻率的矢量控制方式與轉差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基于轉差頻率的矢量控制還要經過坐標變換對電動機定子電流的相位進行控制。使之滿足一定的條件，以消除轉矩電流過渡過程中的波動。因此，基于轉差頻率的矢量控制方式比轉差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。但是，這種控制方式屬于閉環方式，需要在電動機上安裝速度傳感器，因此應用范圍受到限制。

無速度傳感器矢量控制是通過坐標變換處理，分別對勵磁電流和轉矩電流進行控制，然后通過控制電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉速，以達到控制勵磁電流和轉矩電流的目的。這種控制方式調速范圍寬，起動轉矩大，工作可靠，操作方便，但計算比較復雜，一般需要專門的處理器來進行計算。因此，該方式實時性不是太理想，控制精度受到計算精度的影響。

（4）直接轉矩控制。直接轉矩控制是利用空間矢量坐標的概念，在定子坐標系下分析交流電動機的數學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩，通過檢測定子電阻來達到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復雜的變換計算，系統直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開環的狀態下，也能輸出100%的額定轉矩，對于一臺變頻器向多臺電動機供電的多拖動具有負荷平衡功能。

轉子回路串電阻調速

在轉子回路串一變阻器調速只適用于繞線式異步電動機。調速時的接線圖和起動時的一樣，所不同的是：一般起動變阻器都是短時工作的，而調速用的變阻器應為長期工作的。

調速時的物理過程和直流電動機在電樞回路中串電阻調速一樣。在變阻器的電阻增加最初瞬間，電動機的的轉速還來不及改變，因此轉子電流減小，相應地電磁轉矩也減小，電動機的轉速開始下降，而轉子的電勢開始增加，隨之轉子電流又回頭增加。這個過程一直進行到轉子電流增加到與其對應的電磁轉矩和總負載轉矩互相平衡為止，這時電動機在一個較低轉速下穩定運行。

當轉子回路串入調速電阻時，若電動機總負載轉矩保持不變，電動機從一個運行點到另一個運行點，相應地轉差率從S1增加到S2，轉速則從n1（1-S1）降到n1（1-S2）。增加調速電阻，轉速便越下降。

從轉子回路串電阻調速曲線圖（略）可見在一定的調速電阻變化范圍內，調速范圍的大小隨負載的輕重而變化；在空載下調速，則調速范圍甚小，實際上達不到調速的目的。

此外，在恒轉矩調速時，從電磁轉矩參數表達式（略）可知，恒轉矩調速時轉差率s將隨轉子回路總電阻成正比例變化，總電阻增加一倍，則轉差率也增加一倍，于是根據等效電路可見：恒轉矩調速時，定、轉子電流、輸入功率、氣隙磁場和電磁功率皆不變，而與轉子回路串入電阻的大小無關。

于是，如果把轉速調得愈低，即轉差率愈大，就需要在轉子回路串入愈大的電阻，隨之轉子銅耗就愈大，電動機效率就愈低?？梢娺@種調速方法很不經濟，降低轉速所減少的輸出功率全部消耗于調速電阻的銅耗上。另一缺點是轉子加電阻后電動機的機械特性變軟，即負載變化時轉速將發生顯著變化。

來源：傳動在線

審核編輯：湯梓紅