异步电机旋转磁场的同步转速n1，当改变极对数p时，n1将发生改变．而转子转速n总是小于但接近于n1，也相应改变，此即变极调速。极对数p只能整数倍变化，转子转速n的改变也是不平滑的有级调速。 交流电机定子磁动势的极对数，取决于绕组中电流的方向，若改变绕组连接方式，使绕组中电流方向改变，则可改变了定子磁动势的极数。常用的一种“反向变极”法，就是利用改变绕组的连接方式，来达到改变极对数的目的的。如图1为4极电机的绕组连接方式。如果象图2的2极电机所示那样，改变连接方式，使一相绕组的半数线圈中的电流变向，则极对数产生改变。 图1 2p＝4的绕组和极数 图2 2p＝2的绕组和极数 变极调速异步电动机可以采用两套绕组，但为了提高材料的利用率，一般采用单绕组变极，即通过改变一套绕组的连接方式而得到不同极对数的磁动势，以实现变极调速。 变极前后，三相绕组的相序发生改变，为保证电动机的转向不变，须对调定子两相绕组的出线端。 变极调速方法简单、运行可靠、机械特性较硬，但只能实现有级调速。变极调速电机绕组出线头较多，不适宜超过三种速度的调速。采用转换开关改变接线变极，因要兼顾两种极数时的性能而使得任一极数时的性能均不是zuijia，但它仍是一种较经济的调速方法，在不需平滑调速的场合，得到较多应用。 |
一种理想的转子电阻是阻值R2可以随转速的改变而自动改变。对于绕线转子电动机，可在转子回路串入电阻来起动，在正常运行时切除它，来满足上述要求，但结构复杂，成本较高，维护不便，使其应用受到一定的限制。笼型异步电动机可根据起动和运行时转子频率的差别，从改变转子槽形入手，利用转子电流分配不均匀的集肤效应（趋肤效应）原理，在起动过程自动改变转子电阻，从而改善了笼型电动机的起动性能。并且集肤效应的强弱决定于转子电流的频率和槽形的尺寸，频率越高，槽形越深，集肤效应就越明显。 1.深槽式异步电动机 深槽式异步电动机也是一种单笼电机，定子与普通鼠笼电动机一样，但转子槽形窄而深，一般槽深与槽宽之比为10－20以增强集肤效应。图1(a)为深槽中导条的漏磁场分布图，可见在转子导条下部交链的漏磁通比上部多，漏磁通不会饱和，槽口附近的磁导率μ小于槽底附近的，即槽口附近的漏电抗小于槽底附近的漏电抗。 图1 深槽转子导条中电流分布 在起动时s＝1，转子电流频率f2＝f1，漏电抗较大，是导条阻抗的主要成分，导条中的电流分布近似与电抗成反比分配，故导条中电流密度的分布由下(槽底)而上(槽口)逐渐加大，如图1（b）所示。电流密度向导条表面密集分配，相当于整个导条高度缩短，相应地导条面积减小，如图1（c）所示，这种现象称为集肤效应。转子电阻R2可增大为直流阻值的3倍左右，使起动转矩增加，起动电流减小。由于电流向槽口部分挤，使得交链的总磁链数减少，起动时的漏电抗也有所减少，也有利于起动转矩的提高。 当起动完毕，转速升高，转子电流频率逐渐降低，集肤效应减弱，转子电流分布将逐渐均匀。到正常运行时，f2很低只有1~3Hz，此时转子的漏电抗比电阻小得多，电流按导条电阻均匀分布在导条中，集肤效应消失，即转子电阻、电抗均恢复正常值，从而保证运行时转子铜耗小和效率高的要求，具有较好的运行性能。目前的中小型异步电动机，为增大电机起动转矩，常采用深槽式。 深槽式异步电动机运行时，由于集肤效应减小了转子漏电抗，但由于转子槽形较深，转子漏电抗仍比普通笼型转子要大一些，电动机的额定功率因数和Zui大转矩比普通笼型电动机稍低。 2.双笼型异步电动机 双笼型电动机也是利用转子导体中电流的集肤效应来改善起动性能的笼型转子异步电动机，它的定子与普通鼠笼电动机一样，而转子上有两套鼠笼：上层笼采用的电阻率ρ大的黄铜或青铜制成，截面小，R2上大，作为起动笼；下层笼采用电阻率ρ小的紫铜制成，截面大，R2下小，作为工作笼。并且工作笼处在转子深层，交链漏磁通多，故漏电抗大起动笼交链漏磁通少，漏电抗小，如图2所示。 图2 双笼转子槽形 图3 双笼电机T-s曲线 在起动时s＝1，转子电流频率f2＝f1，漏电抗较大起主要作用，因Φσ下>Φσ上，X2下>X2上，下笼电抗大，总阻抗远大于上笼，故电流主要走上笼。上笼导条电阻大，电抗相对较小，故 图2为双笼电机T-s曲线，其曲线1、2分别为上笼和下笼的转矩特性，曲线3为合成的转矩曲线。如果改变上下导条间的缝隙和槽的几何尺寸，选用不同材料的导条，均可以改变上下笼参数，从而得到要求的转矩特性。 双笼型异步电动机的起动性能比深槽式好，但深槽式结构简单，制造成本低。二者共同的缺点是功率因数和过载能力都较低。 |
对于既要求限制起动电流又要求有足够大起动转矩的生产场合，笼型异步电动机往往不能满足要求。绕线式异步电动机是解决这个问题的zuihao方法，绕线转子一般均Y形连接，三相绕组通过滑环与外电路连接。起动时，若转子绕组直接短路，则与鼠笼型异步电动机一样，起动电流很大，而起动转矩Tst不大。 1．在转子回路串起动变阻器起动 采用转子回路串入分级起动电阻的方法，可以降低起动电流，增加起动转矩，甚至可以做到在s＝1起动时，Tst＝Tmax，并且R2在外部，转子温升大大降低；正常运行时，转子可通过电刷直接短路。绕线式电机设计成转子电阻R2小，电机电机运行时s小，效率高，除了起动性能好，还可用于调速，主要缺点是造价高，工艺复杂。 图1 转子串入分级起动电阻的起动过程 图1表示绕线式异步电动机转子串入分级起动电阻的起动过程，在整个起动过程中，逐段切除电阻，但要保持一定的加速转矩，以缩短起动时间，一般取Zui大加速转矩T1=(0．7～0．85)Tmax，切换转矩T2=(1．1～1．2)TN。Zui终切除全部电阻，电机在A点稳定运行。 异步电动机转子串入分级起动电阻的起动方法适用于起动要求高，电动机在重载情况下的场合。 2．在转子回路串接频敏变阻器起动 绕线式电动机转子串入分级切换电阻起动，需切换开关等设备，投资大，维修不便。近年来发展了用频敏变阻器来代替铸铁分级电阻，可根据转子频率f2＝sf1变化自动改变阻抗，可以得到近似于恒起动转矩的平滑的机械特性。结构简单，运行可靠，维护方便，应用广泛。 频敏变阻器是由厚钢板制成的涡流损耗很大的三相电抗器，铁耗等值电阻Rm值也很大，并且与频率的平方成正比，在起动过程中，能自动、无级的减小电阻保持转矩近似不变，使起动过程平稳、迅速。起动初，f1＝50Hz值Zui大，串入转子绕组回路后既可限制起动电流，又改善转子功率因数cosψ2，使得电机有较大的起动转矩。起动后，随转子转速增高，转子频率f2逐渐降低，频敏变阻器铁心损耗及反映它的等值电阻Rm也减小，相当于逐级切除电阻，使得电机在起动过程中始终保持较大的电磁转矩Tem。起动完成后，f2很低，Rm≈0，频敏变阻器几乎不起作用，起到自动切除转子电阻的作用。 |