[科普中国]-交流变极调速

交流变极调速(AC motor speed control by pole-changing)是指改变交流电动机定子绕组极对数实现交流电动机调速的技术。在供电频率不变的情况下，交流电机的同步转速与极对数成反比，改变绕组极对数，就能改变电机的转速。虽然变极调速只能是有级调速，但由于其运行操作简单，使它普遍用在车、铣、磨、钻床以及风机、水泵等设备上；抽水蓄能电站用的同步发电机-电动机、水头在大范围内变动的水轮发电机或抽水用的同步电动机也常采用变极调速。

简介交流变极调速(AC motor speed control by pole-changing)是指改变交流电动机定子绕组极对数实现交流电动机调速的技术。在供电频率不变的情况下，交流电机的同步转速与极对数成反比，改变绕组极对数，就能改变电机的转速。虽然变极调速只能是有级调速，但由于其运行操作简单，使它普遍用在车、铣、磨、钻床以及风机、水泵等设备上；抽水蓄能电站用的同步发电机-电动机、水头在大范围内变动的水轮发电机或抽水用的同步电动机也常采用变极调速1。

交流变极调速的方法分类交流变极调速的方法有：双绕组变极调速，单绕组变极调速，单、双绕组混合变极调速三种。

双绕组变极调速定子槽内放置两套不同极对数的独立绕组，不同极对数对应不同的同步转速。当电机由一套绕组切换至另一套绕组运行时，其转速发生相应地变化。双绕组变极调速可以应用正常分布的两套绕组，接线简单、跨接线很少。但这种方法会使电机的体积增大，用料增多，成本提高。为安置两套绕组，势必要增加槽深，引起定子漏抗加大，降低了感应电动机的过载能力和同步电动机的动态稳定性，因此很少采用2。

单绕组变极凋速定子槽内放置一套定子绕组，改变该套绕组的连接方法可实现极对数的变更，从而达到运行在不同速度的目的。这种方法可以实现倍极比变极调速。倍极比变极调速时，是将少极数绕组设计为正规的60°相带绕组，改变部分线圈的电流方向以得到多极数绕组。图1中所示为2:1变速电机的接线原理，其中线圈A2X2在多极时改变了电流方向。非倍极比变极调速原理可以用极幅调制PAM加以解释，这是1958年英国的罗韦利夫教授提出的变极原理。以8极电机变为10极为例，原定子绕组磁通势为8极磁通势波，现用幅值为1的两极矩形波调制，正半波调制后即为原磁通势波，负半波调制后即将原磁通势波反向，这意味着将该相绕组的一半(对应于负半波调制部分)反接，故称反向法变极。根据傅氏级数将调制后的磁通势波进行分解，主要包含有10极和6极的磁通势波。由于三相调制波系互差120°的两极波，调制后的三相6极磁通势波在空间上则同相位，且各相磁通势波在时间上又互差120°电角度，因而合成的6极磁通势将为零，使调制后的定子磁通势变成了10极磁通势波，从而达到非倍数比变极调速。在实现单绕组变极时，甚至可以打破原来三相的界限，把各线圈重新组合为新的三相，即采用换相法变极。这些变极调速方法的实现，大大降低了调速电机的尺寸和成本。单绕组多速感应电动机的转子，一般都是笼型的，其转子极数能自动地与定子极数一致。单绕组变极调速还可做成三速甚至四速的，如极数为8/4/2, 8/6/4. 1018/6/4和12/8/6/4等的变速电机1。

单、双绕组混合变极调速定子槽内放置两套不同极对数的独立绕组，而每套绕组又可以有不同的连接，得到不同的极对数。每个极对数对应一个同步转速，从而实现多种速度的改变。这种变极方法综合厂前两种方法，容易实现多极调速，但其复杂性将超过前述任一种方法。

变极调速系统由变极电机和其绕组的切换开关组成。在选用变极电机时，应当注意不同极数下的额定转矩和额定输出功率有所区别。假定转子额定电流不变且忽略变极前后转子绕组的功率因数的变化时，额定转矩与气隙磁密成正比，额定输出功率将与气隙磁密成正比而与极对数成反比。即不同变极方式对转矩和功率影响很大，应根据负载需要选择合适的变极电机，变极后功率变化不大的电机，适合于带恒功率负载，如拖动金属切削机床;变极后转矩变化不大的电机，宜子带恒转矩负载，如起重机、运输带等机械3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学