四、多速异步电动机的工作原理及其控制线路的分析

1．多速异步电动机的工作原理

电力拖动常用的双速、三速以及多速异步电动机中，一般均是用改变磁极对数P的办法来实现的。

为了便于理解，我们这里以双速电动机为例来进行分析和讨论。

从图2-5和图2-6可以看出，这种类型的电动机，定子绕组是由性质相同的两个分绕组组成的。只需将分绕组进行相应的串联或并联，即可方便地改变磁极的对数P进行调速。现在，我们以图2-5中的V相绕组的接线情况来分析定子磁极对数变化的原理。图2-5(a)中，其三相绕组分别由两个分绕组串联后再接成星形(Y形)。例如，V相绕组是由分绕组(1-2)和(2-3)两部分串接组成的。当电流iV流经该相绕组时，将会产生一个四极磁场——两对磁极的磁场，如图2-7(a)所示。

图2-5(b)中，其三相绕组分别由两个分绕组并联后再按Y形连接，每相绕组均由两个支路组成，因此称为双星(YY)形接法。

我们还是以V相绕组的情况来进行分析，可以看出，V相绕组是由分绕组(1-2)与(2-3)两部分并联组成的，当电流iV流经该绕组时，只能产生一个两极——一对磁极的磁场，如图2-7(b)所示。

根据同步转速的计算公式：n1＝可以得出，前一种情况(Y形接线)的同步转速是1500r/min，后一种情况(YY形接线)的同步转速是3000r/min。可见，两种速度相差很大，因此变极调速是一种不平滑调速方法，只能用于调速要求不高的机械设备上。

以上介绍的是星形接法变成双星形接法的调速情况，如果以三角形接法改变成双星形接法时，与上边所介绍的情况相似，即△接法时，可产生一个四极(2P)磁场；YY接法时只能产生两极(P)磁场。

这里介绍的是一种使用较广的单绕组变极式多速电动机，它的定子铁芯内只嵌放一套绕组。还有一种称为多绕组变极调速的电动机，其定子铁芯内嵌有两套独立的绕组，只要分别改变两套绕组的连接方式，即可获得四种不同的运转速度。

2．双速电动机的控制原理

(1)双速电动机绕组在出线盒内的几种连线情况

图2-8(a)为Y形接法，在出线盒内应将1、4、7点分别接三相交流电源，2、5、8三点空闲不用。图2-8(b)为YY接法，在电机出线盒内连线时，应将2、5、8三点分别接向三相交流电源，而将1、3、4、6、7、9六点连在一起(变为星点)。

图2-9(a)为△接法，在出线盒内接线时，应将1、9，3、4，6、7三组接点分别接向三相电源，2、5、8三点空闲不用。

图2-9(b)为YY接法，在出线盒内连线时应将2、5、8三点分别接电源，将1、3、4、6、7、9六点连在一起(变成星点)。

(2)控制原理和线路分析

图2-10为△-YY接法的控制原理图。HK是一个三点式转换开关，在该原理图中，当HZ于位置Ⅰ时，即接通低速控制线路；在位置Ⅱ时，则接通高速控制线路；在中间位置时，不接通电路，电机停转。

① 低速控制部分的线路原理。接触器KM2是控制电机低速运行的主要电器，其KM2动作的过程是：

L1相电源→位置Ⅰ(HZ已打在低速位置)→KM1(接触器KM1的常闭辅助触头)→KM3(接触器KM3的常闭铺助触头)→KM2(接触器KM2的线圈)→经结点4返回到L3相电源→KM2的三个主触头闭合→电动机低速运转(此时定子绕组按△连接)。

② 高速控制部分的工作原理。HZ在位置Ⅱ时，高速控制部分的线路被接通。只有在将HZ转换到高速运转时，其时间继电器KT才进行工作，在电动机进入高速运转前，有一个低速启动过程。将HZ转换到高速挡时，其时间继电器KT的工作过程如下：

L1相电源→位置Ⅱ→结点2、3→KT(时间继电器线圈)→经结点6返回L3相电源。此时KT(时间继电器线圈)获电，其相应触点KT1(瞬动常开触点)闭合，KT2(常闭触头)延时断开，KT3(常开触头)延时闭合。

高速运转前，电动机低速启动过程如下：

L1相电源→位置Ⅱ(此时HZ已转换到高速位置)→结点2→KT2(时间继电器延时断开常闭触头)→KT1(时间继电器瞬时动作常开触头)此时已闭合→KM1(接触器KM1常闭辅助触头)→KM3(接触器KM3的常闭辅助触头)→KM2(接触器KM2线圈)→结点4返回L3相电源、KM2主触点闭合→电动机在低速状态下启动。

电动机由低速启动转入高速运行。KT2和KT3都是时间继电器的延时触头，当所调节的延时时间一到，其常闭触头KT2断开，常开触头KT3同时闭合。KT2断开后，切断了低速控制部分的控制回路，电动机低速启动过程结束。由于KT3触头的闭合，它同时接通了KM3和KM1的电源回路，使电动机由△接法转为YY接法，因而转入高速运行状态。其控制过程是：

L1相电源→位置Ⅱ→结点2→KT3(时间继电器延时闭合的常开触头)→KM2(接触器KM2的常闭辅助触头——由于KM2线圈断电，此时已闭合)→KM3(接触器KM3的线圈KM3获电(经结点5返回L3相电源)KM1(接触器KM1的线圈)→经结点6、5、4返回L3相电源→KM1的主触头闭合。

由于KM1和KM3的主触头闭合，此时电动机的定子绕组已被接成双星(YY)形，因此电动机转入高速运行状态，整个控制过程结束。

值得注意的是，在变极调速过程中，由于旋转磁场的电角度变化和电动机转子绕组的机械角变化是与磁极对数P相关联的。因此在改变磁极对数的同时，电动机三相绕组的相序有可能发生改变。运转过程中可能出现反转现象，在设计控制线路时，应考虑到这种情况。