李康 刘超 解秦
中车永济电机有限公司 山西省永济市 044502
摘要：三相异步电动机是一种重要的能量转换机构，其工作原理是内部转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在相对运动而产生感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，从而实现为外界输送动力的目的。近年来，随着电力电子技术、微电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅猛发展，交流电机调速日趋完善，其调速性能可以与直流电机媲美，价格也不高。因此交流电机电力拖动系统正逐步取代直流电机拖动系统。加强三相异步电动机调速的研究，根据不同的拖动环境，科学制定三相异步电动机调速策略，可以更好地发挥三相异步电动机的优势，更好地为工农业生产服务。
关键词：三相异步电动机；调速方式；分析研究
1.三相异步电动机调速基本原理
三相异步电动机是通过其内部转子与磁场间发生相对运动而产生电流，并产生磁场，与原有磁场发生相互作用，产生向外输送动力的作用力。电动机的转速由电动机所采用的电源频率、电动机的极对数、转差率等因素所决定，因此，进行电动机调速要着重从以上几个方面入手，从而实现对三相异步电动机的调速操作。三相异步电动机调速方法主要有变极调速、变阻调速和变频调速等几种。变极调速是针对极对数进行调节，就是通过改变定子绕组的磁极对数，以实现调速；变阻调速是通过调节转差率来改变转子电阻，从而实现调速目的；变频调速是通过调节供电频率实现调速的目的。
2.三相异步电动机调速方式
2.1变极调速
变极调速即改变三相异步电动机定子绕组的极对数，是通过改变定子绕组的连接方式完成的。以单相绕组为例，若一相绕组由两个半相绕组1和2组成。当两个半相绕组首尾依次连接，即两个半相绕组正向串联，再通入电流，如图1（a）所示。由右手定则判断，将得到2p=4的磁场分布。如果将两个半相绕组尾尾相接，即将其反向串联再通入电流，如图1（b）所示，将产生2p=2的磁场分布。如果将两个半相绕组首尾两两连接，即两个半相绕组反向并联再通入电流，如图1（c）所示，也产生2p=2的磁场分布。由此可知，改变定子绕组的接法，即可成倍改变定子极对数，同步转速也将成倍改变，故这种调速属于有级调速。
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2.2串级调速
中等以上功率厄绕线转子异步电动机与其他电机或电子设备串级连接以实现平滑调速称为串级调速。异步电动机的串级调速，就是在异步电机转子电路内引入感应电势，以调节异步电动机的转速。串级调速可实现恒磁通的高效率的无级调速。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速以及晶体管串级调速形式，晶体管串级调速应用较为广泛。其特点如下：
晶体管串级调速的优点：晶体管串级调速技术成熟，维护容易，能方便地实现平滑调速，特别是在经常调节转数的风机、水泵上应用，节电率可达20%-40%，该系统经济好，应用广泛，而且结构简单、便于对旧设备进行技术改造。调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停车。
晶体管串级调速的缺点：晶体管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。转差功率返回电网时也把一部分高次谐波的成分带回了电网，造成电网污染。因此本方法更适合在风机、水泵以及矿井提升机中应用。
2.3能耗转送调速
能耗转差调速时，电机转差功率全部消耗在转子上，因此随着转差率的增加，转差功率的消耗也会增加，这将引起转子发热加剧、效率降低。这种调速方式称转差功率消耗型调速，它包括定子调压调速、绕线式电动机转子串电阻调速和电磁调速电动机调速。定子调压调速是通过调节电动机定子电压，使转子因电流的不同，产生与磁极间不同的扭力，使电动机产生不同的动力和速度。根据经验，定子调压调速最好的方式是采用晶闸管调压方式，该种调压调速方式设备要求简单、能耗较低、调速效果好。绕线式电动机转子串电阻调速方法是通过在转子回路中串联电阻，使电动机的转差率加大，从而实现对电动机的调速。电磁调速电动机调速法通过改变晶闸管的导通角，以改变励磁电流的大小，从而实现电动机的调速。电磁调速电动机调速法具有控制简便、便于维护、机构简单、系统可行、调速效果好等优点。
2.4液力耦合器调速策略
液力耦合调速策略是利用液力耦合调速器对电动机进行调速操作。液力耦合调速器是一种基于液力的传导机构，主要由泵轮、涡轮和液体组成，并密闭在一起，该传导机构动力传输的功能与充液量的多少具有一致性。因此，可以通过改变充液量及比率，来实现对转速的调节，进而实现对三项异步电动机的速度调节。液力耦合调速策略具有调速范围广、功能强大、操作方便、便于自动控制等优点，具有广泛的应用前景。
2.5变频调速
当前的工业生产中，变频调速系统被广泛运用，但是作为影响变频调速系统的控制量，交流电源的频率对于其影响是最大的也是最为直接的。在实际的使用过程中，变频器被加装在电动机后面，成为改变电源频率的重要设备，变频器主要由单片机及功率模块组成，当电动机需要接通电源时，电源的交流电必须通过变频器进行转化，电源由交流电转化为直流电再变成变流电源，变频器通过感受电动机的转速信号，从而对变流电源的频率、电压进行改变，为电动机提供其实际需要的电压，达到无级调速节能的目的。
变频调速系统的逐步发展与优化使得其在当今社会中占有重要的地位，无论是经济建设还是国防科技中都需要利用这种技术，同时伴随着电力技术的不断发展，调速系统逐渐演变成为一种新潮流，三相异步电动机变频调速系统的运用领域被逐渐拓展，各个行业各个领域都有其运用，但是在交流调速研究方面，我国与发达国家还是存在一定差距的，这个主要由于我国对于该项技术研究起步较晚，因而在基础力量方面而言显得尤为薄弱，无论是技术研究，还是相关研究人员的培养，而且我国很多产品都是运用的最为基础的SOWM 控制，在高端技术研究方面还是处于空白状态，因此在当前的社会状态下，如何提升我国异步电动机变频调速系统是必须要考虑的问题，研究出新型的控制技术对于提升电机工作效率、节约能源是有非常积极的意义的。
结 语：
本文对三相异步电动机调速方式进行了简单分析，随着科技的进步，电力控制系统日趋完善，虽然当前市场中存在着较多种类的异步电机调速系统，但是变频调速作为一种性能好、效率高、应用广的调速系统获得了大众的青睐，被作为主要的控制方式广泛运用于工业自动化中。三相异步电动机在使用的过程中存在着调速难度大的问题，但是其结构简单、价格优惠、性能较好，在变频器调速技术的助力下使用范围迅速扩张，发展到现今为止，变频器不仅在传统电力系统中被广泛运用。因此应加大对变频调速技术的研究，使其更好地促进三相异步电动机的高效、节能运行。
参考文献：
[1]冯志华.三相异步电动机调速策略探讨[J].中国高新技术企业，2012.
[2]章程.三相异步电动机调速方式研究[J]. 机电信息，2019.
[3]余智勇.三相异步电动机变频调速系统控制探讨[J]. 内燃机与配件，2019.