如何控制交流电动机的转速？

小李：交流电动机的调速已有多种方式，像我所知道的转差电动机的调速控制，也很好用啊。采用变频器调速的基本原理是什么，有何优点呢？

咸工：在工农业生产领域，唱主角的是交流三相电动机，为生产过程提供源源不断的强大动力。电动机的转速取决于电动机定子绕组的连接方式（定子磁极对数）和电源频率，公式为

n₁=60f₁/p （1-1）

式中，n₁是同步转速（r/min）；f₁是电源频率（Hz）；p是电动机绕组的极对数。

异步电动机要产生转矩，同步转速n₁与异步转速n₂必须有一定范围内的差别，转速差与同步速度的比值，称为转差率s，可用式（1-2）表示：

s=（n₁-n₂）/n₁ （1-2）

由式（1-1）和式（1-2）可以得出式（1-3），即交流异步电动机的转速公式：

n=60f₁（1-s）/p=n₁（1-s） （1-3）

图1-3 三相交流电动机外形图

交流电动机（外形见图1-3）包含交流同步电动机和交流异步电动机两大类，前者的转子速度与定子磁场速度相同，无转差率。后者的转子速度因滞后于定子磁场速度，所以称为异步电动机，又可分为绕线转子异步电动机和笼型异步电动机两种，后者结构简单牢固、易于维护、价格低廉、使用寿命长，在电力拖动领域的应用极为广泛，约占工农业生产机械中电动机总量的80%以上。

交流异步电动机在额定工频下运转时，对应额定转矩的转差率范围为1%～5%，我国工频电源的频率50Hz，电压是三相380V。在电动机的定子磁极对数固定不变的情况下，电动机运转的速度被电源频率“束缚”住，只能有一个固定转速。从式（1-1）可知，要改变异步电动机的转速，可以采用3种方案，即改变极对数p、改变转差率s或改变定子电压供电频率f₁。(www.xing528.com)

若改变转差率和极对数，调速范围很窄，而且极对数是有级差调节，很不方便；改变电动机的电源频率（即改变式（1-1）中的f₁）可调节电动机的转速，调速方便，其范围也宽。

在变频器出现以前，若实现对电动机的调速运行，所采用的方法不外乎从电动机和机械两方面采取相关措施：

1）用传动带传输转矩的装置，用更换电动机轴端的主动轮和负载端从动轮轮径的方法来改变转速，负载只能运行于某一固定速度。

2）与此相仿，用变速器（调整传动比）实现机械有级调速，有数个速度挡位。

3）能实现平滑无级调速的是转差调速控制方式（见图1-4），通过调整原动机与从动机的电磁转矩实现无级调速。但缺点是存在较大的转矩传递损失，效率偏低。以上都是从电动机以外采用措施调速的方法。

4）利用改变电动机的极对数，即改变电动机的绕组接法，来实现有级调速。这是从电动机本身做文章，电动机的结构较为特殊，需要较多的引出线，需与外部控制电路配合，完成极对数切换，切换级数受限，外接控制设备复杂。

图1-4 转差电动机控制系统构成示意图

应该说，是调速的需要导致了变频器的出现，如果电动机的供电电源，其频率是可以变化的，并且变化范围足够大，那么电动机的转速限制将被解除，只要是机械特性允许，可使电动机“自由运转”于任意速度下，有人说，是变频器“解放”了电动机的运行速度。用变频器控制交流异步电动机是比较理想的一种调速方式。图1-5为由变频器及自控设备构成的卷曲驱动系统。

由变频器构成的电力拖动系统，广泛应用于工、农业生产的各个领域，不但提升了自动化控制程度和产品质量、节省人力资源，而且比原有控制模式节电效果显著。