根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率S表達(dá)式：
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式中n---電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min；
p---電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；
f1---供電電源頻率，Hz；
s---異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。
由上式分析，通過改變定子電壓頻率f1、極對(duì)數(shù)p以及轉(zhuǎn)差率s都可以實(shí)現(xiàn)交流異步電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)，具體可以歸納為變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和變頻調(diào)速三大類，而變轉(zhuǎn)差率調(diào)速又包括調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等，它們都屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型的調(diào)速方法。
一、變極調(diào)速
1、變極調(diào)速的方法
變換異步電動(dòng)機(jī)繞組極數(shù)從而改變同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速的方式稱為變極調(diào)速。其轉(zhuǎn)速只能按階躍方式變化，不能連續(xù)變化。變極調(diào)速的基本原理是:如果電網(wǎng)頻率不變，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與它的極對(duì)數(shù)成反比。因此，變更電動(dòng)機(jī)繞組的結(jié)線方式，使其在不同的極對(duì)數(shù)下運(yùn)行，其同步轉(zhuǎn)速便會(huì)隨之改變。異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)是由定子繞組的聯(lián)接方式來決定，這樣就可以通過改換定子繞組的聯(lián)接來改變異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)。變更極對(duì)數(shù)的調(diào)速方法一般僅適用于籠型異步電動(dòng)機(jī)。雙速電動(dòng)機(jī)、三速電動(dòng)機(jī)是變極調(diào)速中最常用的兩種形式。
2.雙速電動(dòng)機(jī)的控制線路
雙速電動(dòng)機(jī)的定子繞組的聯(lián)接方式常有兩種：一種是繞組從三角形改成雙星形，如下圖(a)所示的連接方式轉(zhuǎn)換成如圖(c)所示的連接方式，另一種是繞組從單星形改成雙星形，如圖(b)所示的連接方式轉(zhuǎn)換成如圖(c)所示的連接方式，這兩種接法都能使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的磁極對(duì)數(shù)減少一半即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速提高一倍。
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時(shí)間繼電器網(wǎng)" height="438" width="500"/>
雙速電動(dòng)機(jī)的控制原理圖
線路工作原理分析：
![]( "中國(guó)水泵網(wǎng)")
可知交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式如下:
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雙速電動(dòng)機(jī)的定子繞組的接線圖
下圖是雙速電動(dòng)機(jī)三角形變雙星形的控制原理圖，當(dāng)按下起動(dòng)按鈕SB2，主電路接觸器KMl的主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)三角形連接，電動(dòng)機(jī)以低速運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)KA的常開觸頭閉合使時(shí)間繼電器線圈帶電，經(jīng)過一段時(shí)間(時(shí)間繼電器的整定時(shí)間)，KMl的主觸頭斷開，KM2、KM3的主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)的定子繞組由三角形變雙星形，電動(dòng)機(jī)以高速運(yùn)轉(zhuǎn)。
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變極調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，既可適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速（Y/YY），也可適用于近似恒功率調(diào)速（△/YY）。其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)速只能成倍變化，為有極調(diào)速。Y/YY變極調(diào)速應(yīng)用于起重電葫蘆、運(yùn)輸傳送帶等；△/YY變極調(diào)速應(yīng)用于各種機(jī)床的粗加工和精加工。
二、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速
1.變壓調(diào)速
變壓調(diào)速是異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中比較簡(jiǎn)便的一種。由電氣傳動(dòng)原理可知，當(dāng)異步電機(jī)的等效電路參數(shù)不變時(shí)，在相同的轉(zhuǎn)速下，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的二次方成正比，因此，改變定子外加電壓就可以改變機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系，從而改變電機(jī)在一定輸出轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。調(diào)壓調(diào)速目前主要采用晶閘管交流調(diào)壓器變壓調(diào)速，是通過調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角來改變異步電動(dòng)機(jī)端電壓進(jìn)行調(diào)速的一種方式。這種調(diào)速方式調(diào)速過程中的轉(zhuǎn)差功率損耗在轉(zhuǎn)子里或其外接電阻上效率較低，僅用于小容量電動(dòng)機(jī)。
2.轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速
轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外電路上接入可變電阻，通過對(duì)可變電阻的調(diào)節(jié)，改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性斜率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的一種方式。電機(jī)轉(zhuǎn)速可以按階躍方式變化，即有級(jí)調(diào)速。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但轉(zhuǎn)差功率損耗在電阻上，效率隨轉(zhuǎn)差率增加等比下降，故這種方法目前一般不被采用。
3.串級(jí)調(diào)速
繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組能通過集電環(huán)與外部電氣設(shè)備相連接，可在其轉(zhuǎn)子側(cè)引入控制變量如附加電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行調(diào)速。前述的在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串入不同數(shù)值的可調(diào)電阻，從而獲得電動(dòng)機(jī)的不同機(jī)械特性，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)就是基于這一原理的一種方法。
電氣串級(jí)調(diào)速的基本原理是在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)通過二極管或晶閘管整流橋，將轉(zhuǎn)差頻率交流電變?yōu)橹绷麟姡俳?jīng)可控逆變器獲得可調(diào)的直流電壓作為調(diào)速所需的附加直流電動(dòng)勢(shì)，將轉(zhuǎn)差功率變換為機(jī)械能加以利用或使其反饋回電源而進(jìn)行調(diào)速的一種方式。這是一種節(jié)能型調(diào)速方式，在大功率風(fēng)機(jī)、泵類等傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)上得到應(yīng)用。
三、變頻調(diào)速
變頻調(diào)速是利用電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化的特性，通過改變電動(dòng)機(jī)的供電頻率進(jìn)行調(diào)速的方法。在異步電動(dòng)機(jī)諸多的調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好，調(diào)速范圍廣，效率高，穩(wěn)定性好。
采用通用變頻器對(duì)籠型異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，由于使用方便，可靠性高并且經(jīng)濟(jì)效益顯著，所以逐步得到推廣應(yīng)用。通用變頻器是指可以應(yīng)用于普通的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的變頻器，其通用性強(qiáng)。
對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制時(shí)，電動(dòng)機(jī)的主磁通應(yīng)保持額定值不變。若磁通太弱，鐵心利用不充分，同樣的轉(zhuǎn)子電流下，電磁轉(zhuǎn)矩小，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力下降；而磁通太強(qiáng)，鐵心發(fā)熱，波形變壞。如何實(shí)現(xiàn)磁通不變？
根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為:
E1=4.44f1N1Φ(3-3)
式中E1---定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)的方均根值(V)
f1----定子頻率(Hz)
N1---定子相繞組有效匝數(shù)；
Φ----每極磁通量(Wb)
如果不計(jì)定子阻抗壓降，則U1≈E1=4.44f1N1Φ(3-4)
若端電壓U1不變，則隨著f1的升高，氣隙磁通Φ將減小，又從轉(zhuǎn)矩公式:
T=CMΦI2COSφ2
可以看出，磁通Φ的減小勢(shì)必導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)允許輸出轉(zhuǎn)矩T下降，降低電動(dòng)機(jī)的出力。同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩也將降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)；若維持端電壓U1不變，而減小f1，則氣隙磁通Φ將增加。這就會(huì)使磁路飽和，勵(lì)磁電流上升，導(dǎo)致鐵損急劇增加，這也是不允許的。因此在許多場(chǎng)合，要求在調(diào)頻的同時(shí)改變定子電壓U1，以維持Φ接近不變。下面分兩種情況說明：
1.基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速
為了保持電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力，應(yīng)保持氣隙主磁通Φ不變，這就要求降低供電頻率的同時(shí)降低感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，保持E1/f1=常數(shù)，即保持電動(dòng)勢(shì)與頻率之比為常數(shù)進(jìn)行控制，這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。由于E1難于直接檢測(cè)和直接控制，可以近似地保持定子電壓U1和頻率f1的比值為常數(shù)，即認(rèn)為E1≈U1，保持U1/f1=常數(shù)。這就是恒壓頻比控制方式，是近似的恒磁通控制。
2.基頻以上的弱磁變頻調(diào)速
這是考慮由基頻開始向上調(diào)速的情況。頻率由額定值向上增大時(shí)，電壓U1由于受額定電壓U1N的限制不能再升高，只能保持U1=U1N不變，這樣必然會(huì)使主磁通隨著f1的上升而減小，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的情況，即近似的恒功率調(diào)速方式。
由上面的討論可知，異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速必須按照一定的規(guī)律同時(shí)改變其定子電壓和頻率，基于這種原理構(gòu)成的變頻器即所謂的VVVF(VariableVoltageVariableFreqency)調(diào)速控制，這也是通用變頻器(VVVF)的基本原理。
根據(jù)U1和f1的不同比例關(guān)系，將有不同的變頻調(diào)速方式。保持U1/f1為常數(shù)的比例控制方式適用于調(diào)速范圍不太大或轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速下降而減小的負(fù)載，例如風(fēng)機(jī)、水泵等；保持T為常數(shù)的恒磁通控制方式適用于調(diào)速范圍較大的恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載，例如升降機(jī)械、攪拌機(jī)、傳送帶等；保持P為常數(shù)的恒功率控制方式適用于負(fù)載隨轉(zhuǎn)速的增高而變輕的地方，例如主軸傳動(dòng)、卷繞機(jī)等。
