深入了解双速异步电动机

由电机学原理可知，异步电动机的转速为

式中n1为电动机同步转速，s为转差率，f1为定子供电频率，p为电动机定子绕组极对数。由转速表达式可知，改变异步电动机转速可以通过三种方法来实现：一是改变电源频率f1；二是改变转差率s；三是改变电动机极对数p。

双速电动机属于异步电动机变极调速，它通过改变定子绕组的连接方法来改变定子旋转磁场的极对数，从而改变电动机的转速。根据公式n1=60f1/p可知异步电动机的同步转速与极对数成反比，极对数增加一倍，同步转速n1下降至原转速的一半，电动机额定转速n也将下降近似一半，所以改变极对数可以达到改变电动机转速的目的。

双速电动机主要用于要求随负载的性质逐级调速的各种传动机械，如机床、煤矿、石油天然气、石油化工和化学工业。此外，在纺织、冶金、城市煤气、交通、粮油加工、造纸、医药等部门也被广泛应用。

1.变极调速原理

改变三相异步电动机的极对数的调速方式称为变极调速。变极调速是通过改变定子绕组的连接方式来实现的，它是有级调速，且只适用于笼型异步电动机。凡极对数可改变的电动机称为多速电动机，常见的多速电动机有双速、三速、四速等几种类型。下面介绍双速异步电动机的变极原理。

单绕组双速电动机的变极方法有反向法、换相法、变跨距法等。其中以反向法应用得最普遍。下面以2/4极双速电动机来说明反向变极的原理。假设电动机定子每相有两组线圈，每组线圈用一个集中绕组线圈来代表。如果把定子绕组U相的两组线圈1U1-1U2和2U1-2U2反向并联，如图5-124所示（图中只画U相的两组），则气隙中将形成两极磁场；若把两组线圈正向串联，使其中一组线圈的电流反向，则气隙中将形成四极磁场，如图5-125所示。

图5-124　p=1时的一相绕组连接

（a）绕组分布简图；（b）绕组连接图

图5-125　p=2时的一相绕组连接

（a）绕组分布简图；（b）绕组连接图

由此可见，欲使极对数增加一倍，只要改变定子绕组的接线方式，使其中一半绕组中的电流反向即可实现。

2.双速异步电动机定子绕组的连接

双速电动机的定子绕组的连接方式常用的有两种：一种是绕组从Y改成YY，如图5-126（b）所示的连接方式转换成如图5-126（c）所示的连接方式；另一种是从△改成YY，如图5-126（a）所示的连接方式转换成如图5-126（c）所示的连接方式，这两种接法都能使电动机产生的极对数减少一半即电机的转速提高一倍。

图5-126　双速电动机的定子绕组的接线

1）△/YY接法(www.xing528.com)

图5-127为双速异步电动机三相定子绕组的△/YY接线图，图中电动机的三相定子绕组接成三角形，三个绕组的三个连接点接出三个出线端U1、V1、W1，每相绕组的中点各接出一个出线端U2、V2、W2，共有六个出线端。改变这六个出线端与电源的连接方法就可得到两种不同的转速。要使电动机低速工作，只需将三相电源接至电动机定子绕组三角形连接顶点的出线端U1、V1、W1上，其余三个出线端U2、V2、W2空着不接，此时电动机定子绕组接成△，如图5-127（a）所示，极数为4极，同步转速为1 500 r/min。

图5-127　双速异步电动机三相定子绕组的△/YY接线

（a）低速-△接法（4极）；（b）高速-YY接法（2极）

若要电动机高速工作，把电动机定子绕组的三个出线端U1、V1、W1连接在一起，电源接到U2、V2、W2三个出线端上，这时电动机定子绕组接成YY联结，如图5-127（b）所示。此时极数为2极，同步转速为3 000 r/min。可见，双速电动机高速运转时的转速是低速运转转速的两倍。

注意：双速异步电动机定子绕组从一种接法改变为另一种接法时，必须把电源相序反接，以保证电动机的旋转方向不变。

△/YY接法的主要特点：

（1）低速△接法：U1、V1、W1端接电源，U2、V2、W2开路，电动机为△接法，磁极多，转速低。高速YY接法：U1、V1、W1端短接，U2、V2、W2端接电源，电动机为YY接法，磁极少，转速高。

（2）当电动机转速从低速切换到高速时，极对数减少1/2，转速提高1倍，但转矩减少1/2，属于恒功率调速。

2）Y/YY接法

图5-128为双速异步电动机三相定子绕组的Y/YY接线图，图中电动机的三相定子绕组接成星形，三个绕组的三个连接点接出三个出线端U1、V1、W1，每相绕组的中点各接出一个出线端U2、V2、W2，共有六个出线端。改变这六个出线端与电源的连接方法就可得到两种不同的转速。要使电动机低速工作，只需将三相电源接至电动机定子绕组星形联结顶点的出线端U1、V1、W1上，其余三个出线端U2、V2、W2空着不接，此时电动机定子绕组接成Y，如图5-128（a）所示，极数为4极。

若要电动机高速工作，把电动机定子绕组的三个出线端U1、V1、W1连接在一起，电源接到U2、V2、W2三个出线端上，这时电动机定子绕组接成YY联结，如图5-128（b）所示。此时极数为2极。可见，双速电动机高速运转时的转速是低速运转转速的两倍。

图5-128　双速异步电动机三相定子绕组的Y/YY接线

（a）低速-Y接法（4极）；（b）高速-YY接法（2极）

注意：双速异步电动机定子绕组从一种接法改变为另一种接法时，必须把电源相序反接，以保证电动机的旋转方向不变。

Y/YY接法的主要特点：

（1）低速Y接法：U1、V1、W1端接电源，U2、V2、W2开路，电动机为Y接法，磁极多，转速低。高速YY接法：U1、V1、W1端短接，U2、V2、W2端接电源，电动机为YY接法，磁极少，转速高。

（2）当电动机转速从低速切换到高速时，每相绕组由串联变为并联，极对数减少1/2，转速提高1倍，高速时输出功率将比低速时增大1倍，属于恒转矩调速。