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微课：三相异步电动机的调速控制
三相异步电动机的调速方法有：改变定子绕组连接方式的变极调速、绕线转子异步电动机转子串电阻调速、电磁调速、变频调速和串极调速等。下面介绍前3种调速方法。
变极调速一般仅适用于笼型异步电动机。变极电动机一般有双速、三速、四速之分，双速电动机定子装有一套绕组，而三速、四速电动机有两套绕组。变极调速的原理和控制方法基本相同，这里以双速异步电动机为例进行分析。
双速异步电动机靠改变定子绕组的连接，形成两种不同的极对数，获得两种不同的转速。双速异步电动机定子绕组常见的接法有△/
和
两种。双速异步电动机定子绕组连接图如图2-28所示，通过改变定子绕组上每个线圈两端抽头的联结，图2-28a由三角形改为双星形，图2-28b由星形改为双星形，两种接线方式变换成双星形时均使极对数减少一半，转速增加一倍。
图2-28 双速异步电动机定子绕组连接图
双速异步电动机调速的优点是可以适应不同负载性质的要求，如需要恒功率调速可采用三角形→双星形转换接法，需要恒转矩调速时采用星形→双星形转换接法，且电路简单、维修方便；缺点是只能有级调速且价格较高，通常使用时与机械变速配合使用，以扩大其调速范围。
应注意：当定子绕组由三角形联结（各相绕组互为240°电角度）改变为双星形联结（各相绕组互为120°电角度）时，为保持变速前后电动机转向不变，在改变极对数的同时必须改变电源相序。
图2-29为时间继电器控制的双速异步电动机自动控制电路。图中SA为选择开关，选择电动机低速运行或高速运行。当SA置于“低速”位置时，接通KM1线圈电路，电动机直接起动低速运行。当SA置于“高速”位置时，时间继电器的瞬时触点闭合，同样先接通KM1线圈电路，电动机绕组三角形接法低速起动，当时间继电器延时时间到时，其延时断开的常闭触点KT断开，切断KM1线圈回路，同时其延时接通的常开触点KT闭合，接通接触器KM2、KM3线圈并使其自锁，电动机定子绕组换接成双星形接法，改为高速运行。此时KM3的常闭触点断开使时间继电器线圈失电停止工作。所以，该控制电路具有使电动机转速自动由低速切换至高速的功能，以降低起动电流，适用于较大功率的电动机。
图2-29 双速异步电动机自动控制电路
绕线转子异步电动机可采用转子串电阻的方法调速。随着转子所串电阻的减小，电动机的转速升高，转差率减小。改变外串电阻阻值，使电动机工作在不同的人为特性上，可获得不同的转速，实现调速目的。
绕线转子异步电动机一般采用凸轮控制器进行调速控制，目前在吊车、起重机一类的生产机械上仍被普遍采用。
图2-30为采用凸轮控制器控制电动机正、反转及调速的电路。在电动机M的转子电路中，串接三相不对称电阻作起动和调速用，由凸轮控制器的触点进行控制。定子电路电源的相序也由凸轮控制器进行控制。
该凸轮控制器的触点展开图如图2-30c所示。列上的虚线表示“正”“反”各5个档位和中间“0”位，每一根行线对应凸轮控制器的一个触点。黑点表示该位置触点接通，没有黑点则表示不通。触点SA1～SA5与转子电路串接的电阻 R 1～ R 3相连接，用于短接电阻，控制电动机的起动和调速。
电路工作过程如下：
将凸轮控制器SA的手柄置“0”位，SA10～SA12三个触点接通。闭合断路器QF。按下SB2，KM线圈得电并自锁，KM主触点闭合。
将凸轮控制器手柄扳到正向“1”位，触点SA12、SA8、SA6闭合，M定子接通电源，转子串入全部电阻（ R 1+ R 2+ R 3），正向低速起动；将SA扳到正向“2”位，SA12、SA8、SA6、SA5四个触点闭合，切除 R 1上部分电阻，M转速上升；当SA手柄从正向“2”位依次转向“3”“4”“5”位时，触点SA4～SA1先后闭合， R 1、 R 2、 R 3上部分或全部电阻被依次切除，在“5”位时3个电阻被全部切除，M转速逐步升高至额定转速运行。
图2-30 凸轮控制器控制电动机正、反转及调速的电路
当凸轮控制器手柄由“0”位扳到反向“1”位时，触点SA10、SA9、SA7闭合，M电源相序改变而反向起动。将手柄从“1”位依次扳向“5”位时，M转子所串电阻被依次切除，M转速逐步升高。其过程与正转时相同。
限位开关SQ1、SQ2分别与凸轮控制器触点SA12、SA10串接，在电动机正、反转过程中对运动机构进行终端位置保护。
变极调速不能实现连续平滑调速，只能得到几种特定的转速。但在很多机械中，要求转速能够连续无级调节，并且有较大的调速范围。目前除了用变频器进行无级调速外，还有较多利用调电磁转差率进行的调速，即电磁转差离合器调速。其优点是：结构简单、维护方便、运行可靠、能平滑调速，采用闭环系统可扩大调速范围；缺点是调速效率低，低速时尤为突出，不宜长期低速运行，且控制功率小、机械特性较软。
电磁转差离合器调速系统是在普通笼型异步电动机轴上安装一个电磁转差离合器，由晶闸管控制装置控制离合器绕组的励磁电流来实现调速的。异步电动机本身并不调速，调节的是离合器的输出转速。电磁转差离合器的基本作用原理就是基于电磁感应原理，实质上就是一台感应电动机，其结构如图2-31所示。
图2-31 电磁转差离合器结构及工作原理
图2-31a为电磁转差离合器结构，它由电枢和磁极两个旋转部分组成：一个称为磁极（内转子），另一个称为电枢（外转子），两者之间无机械联系，均可自由旋转。当磁极的励磁线圈通过直流电流时，沿气隙圆周表面的爪形磁极便形成若干对极性相互交替的空间磁场。当离合器的电枢被电动机拖动旋转时，由于电枢与磁场间有相对移动，在电枢内就产生涡流。此涡流与磁通相互作用产生转矩，带动磁极按同一方向旋转。
无励磁电流时，磁极不会跟着电枢转动，相当于磁极与电枢“分开”，当磁极通入励磁电流时，磁极立即跟随电枢旋转，相当于磁极与电枢“合上”，故称为“离合器”。因它是根据电磁感应原理工作的，磁极与电枢之间必须有转差才能产生涡流与电磁转矩，所以又称“电磁转差离合器”。因为工作原理和异步电动机相似，所以又将它及与其相连的异步电动机一起称为“滑差电动机”。
电磁转差离合器的磁极转速与励磁电流的大小有关。励磁电流越大，建立的磁场越强，在一定转差率下产生的转矩越大。当负载一定时，励磁电流不同，转速就不同，只要改变电磁转差离合器的励磁电流，即可调节转速。由于输出轴的转向与电枢转向一致，要改变输出轴的转向，必须改变异步电动机的转向。
电磁调速异步电动机的控制电路如图2-32所示。VC为晶闸管控制器，其作用是将单相交流电变成可调直流电，供转差离合器调节输出转速。
图2-32 电磁调速异步电动机控制电路
按下起动按钮SB2，接触器KM线圈得电并自锁，主触点闭合，电动机M运转。同时接通晶闸管控制器VC电源，VC向电磁转差离合器爪形磁极提供励磁电流，由于离合器电枢与电动机M同轴连接，爪形磁极随电动机同向转动，调节电位器 R ，可改变离合器磁极的转速，从而调节拖动负载的转速。测速发电机TG与磁极连接，将输出转速的速度信号反馈到控制装置VC，起速度反馈作用，稳定转差离合器输出转速。
按下停止按钮SB1，KM线圈断电，电动机M和电磁转差离合器同时断电停止。