异步电动机变极调速技术优化方案

变极调速是通过改变电动机定子绕组的极对数p_n来改变转速。只有改变定子绕组结构，才能改变极对数。改变极对数的电动机必须采用笼型转子，因为笼型转子的极对数能够自动地与定子极对数相对应。绕线转子异步电动机和同步电动机不能采用变极调速。这种调速是有级的，通常选用两种工作转速，特殊情况可以选用三种或四种工作转速。改变极对数的方法有：

-定子上设置单一绕组，改变其不同的接线组合，可以得到2∶1、3∶1或4∶3的双速电动机；

-定子上设置二套不同极对数的独立绕组，可以得到4∶3、6∶5的双速电动机；

-定子上设置二套不同极对数的独立绕组，而且每个独立绕组又有不同的接线组合，以得到不同的极对数。这种方法用于三速或四速电动机。

单一绕组双速电动机有星形/双星联结和三角形/双星联结。

星形/双星形联结的每相定子绕组都是由两段绕组构成，这两段绕组可以串联使用，也可以并联使用（见图3-20）。并联使用时，电源电压加到两段绕组的中间点，而绕组的端部短接，构成两个星形联结的绕组。这种接线方式对应于极对数少、转速高的情况。在串联使用时极对数增加一倍，额定转速降为一半。例如一台电动机在双星形联结时p_n=2，额定转速为1470r/min（同步转速n₀=1500r/min）；转换为星形联结时p_n=4，额定转速735r/min（同步转速n₀=750r/min）。

因为绕组长期通电的电流是额定电流值，在这两种情况下电动机的功率分别为

双星形联结时（高速）P=3U₁·2I_1Ncosφ₁·η_N

星形联结时（低速）P=3U₁·I1Ncosφ₁·η_N也就是说双速电动机在高速时的额定功率大约是低速时额定功率的2倍。但是长期的额定转矩不变。这是因为T_N=P_N/ω_N。

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图3-20 双速变极调速星形/双星形的绕组联结方式和机械特性

三角形/双星联结方式和机械特性如图3-21所示，双星形联结方式属于两段绕组并联使用，对应于极对数少、转速高的情况。两段绕组串联使用为三角形联结方式，极对数增加一倍，转速降低一倍。两种接线方式的电动机的功率都是

式中 U₁——电源相电压。

而三角形联结时的转矩是双星形联结时转矩的3倍。因此两种接线方式的功率基本相等。

图3-21 双速变极调速三角形/双星形的绕组联结方式和机械特性

变极调速的优点是线路简单，价格低廉，对电网没有污染。适用于只需要几种固定转速的工作机械，例如起重机可以利用变极调速实现不同的提升速度。