一  前言
 交流电动机在工业设备电气传动中应用十分广泛，据有关资料统计，我国在电网的总负荷中，动力负荷约占60%，其中异步电动机负荷占总负荷的85%左右，因此对交流电动机的有效利用，在改善某运行性能、节约能源方面等方面，交流调速系统大有用武之地。
 多速电动机的优点是运行可靠，运行效率高，控制线路很简单，容易维护，对电网无干扰，初始投资低。我们所重点研究的变极式单绕组多速电动机电动机是只有一套定子绕组，其转速的改变是通过改变定子绕组线圈端部的联结方式来改变极对数而实现的。此种电动机的技术已经达到了比较成熟的阶段，目前正广泛的应用于各个行业种，为国民经济的发展做出了巨大的贡献。
 
二  变极调速概念

 变极调速是通过改变定子绕组的极对数来改变旋转磁场同步转速进行调速的，是无附加转差损耗的高效调速方式。由于极对数p是整数，它不能实现平滑调速，只能有级调速。根据式（3-14）可知，在供电频率f-n愈小；p愈小，n愈大。
   改变定子绕组极对数，一般有以下三种方法；
单一绕组，改变其不同的接线组合，得到不同的极对数；
在定子槽内安放两个有不同极对数的独立绕组；
在定子槽内安放两个有不同极对数的独立绕组，而且每个绕组又可以有不同的接线组合，得到不同的极对数。
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三、科研成果介绍

 由中国专利局于1996年9月批准授权的专利“变极调速时不需切断电源的单绕组双速电动机与传统的所有双速电动机不同之处是本专利最突出的优越性在于：电动机低速起动电流小，起动转矩足够大且从低速过渡到高速时不需要切断三相电源，从而避免了过大的电流冲击，从根本上提高了变速切换的可靠性。本专利特别适用于要避免电动机过大的起动电流冲击的场合，特别适用于双速电动机从低速到高速要实现平稳过渡要连续作业的场合，如双速电动葫芦从低速转入高速时避免了先断电、抱闸、然后再高速起动所带来的种种问题，又如用于煤矿的刮板输送机时因低速起动电流小、起动转矩有保证、从低速转入高速时又不需切断电源，实现了平稳过渡，避免了过大的电流冲击，因而大大提高了可靠性，是解决过去长期存在的技术问题的有效技术，在起重冶金机械中将有广阔的应用前景。
 传统的单绕组多速电动机的变极调速过程是在定子绕组断电后，用向法、换相法或混相法进行变极调速的，这样，电动机有一个重新起动的过程，并且在切换的瞬间，容易产生较大的冲击电流，在驱动诸如煤矿井下的刮板输送机、双速电动葫芦等生产机械时对其起动、变速切换的可靠性方面已难于满足生产实际需要。本文提出了一种全新的不断电切换变极绕组的设计方法，用该设计方法设计的变极绕组均只有六个出线头，不断电切换控制方法简单，两种极数下都可以利用全部绕组
四、两种不断电切换方案介绍 现在重点接其中的两种:
 表1　直接切换绕组的接线图与切换过程

接法  变前极(2p 1 )绕组接线图  变后极(2p 2 )绕组接线图  切换过程
△/2Y    用一个接触器将1、2、3端与三 相电源相联，电动机运行于2p 1 极；切换时用另一个接触器将4、 5、6端短接，电动机运行于2p 2 极。

Y/2Y    a)1、2、3端与三相电源A、B、 C相联，电机运行于2p 1 极；b) 4、5、6端与三相电源A、B、C 相联，电机运行于2p 1 极(切换 过程)；c)1、2、3端与电源分 离，志机运行于2p 1 极(切换过 程)；d)1、2、3端短接，电机 运行于2p 2 极。

 表 2、不断电切换变极绕组的设计方法
不断电切换变极绕组的设计方法与步骤: 　　（1）根据绕组接法，由表3确定各绕组在变极前后的相属。 　　（2）设计变极绕组。首先，画出变极绕组的双极槽号相位图 ［3-5］ ，并按60°相带（两种极数下）将槽号相位图分割成36个小区域（如图1虚线所示）。由于所设计的变极绕组被分为6组，故每组应占3个小区域；然后，根据下述步骤设计绕组：

 a) 确定在两种极数下互差120°电角度关系的A 1 、B 1 、C 1 三个区域，同时根据互为180°电角度（两种极数下）的关系确定-A 1 、-A 2 、-A 3 ；要求A 1 、B 1 、C 1 均占3个小区域，并且它们在两种极数下的轴线均互差120°电角度（对称），如图1实线框所示。
 b) 确定A 2 、B 2 、C 2 、-B 1 、-C 2 组成2p 2 极下A相，故根据-C 2 与-B 1 在2p 2 极下必为同相位（并联支路），可以找出-C 2 所在位置，同理，根据-A 2 与-C 1 、-B 2 与-A 1 在2p 2 极下同相位的关系，可以找出-A 2 、-B 2 位置，再根据互为180°电角度的关系可以确定A 2 、B 2 、C 2 的位置。 　　c〕 检验绕组的对称性。经检验，若绕组方案不对称或不为同转向方案，可以通过适当的调整找出对称绕组方案。 结论: 　　1）本文提出的交流变极调速不断电切换方式有两种：直接切换方式和间接切换方式。这两种切换方式控制简单，操作可靠，绕组的利用率高。 　　2）根据双极数槽号相位图，采用本文所介绍的设计方法，可以方便地设计出符合要求的不断电切换三相变极调速电动机的对称三相绕组。 　　3）如果能适当地增加引出线的根数，虽然控制将较为复杂，但在设计不断电切换的变极绕组方案时将带来很大的方便，并且同一种控制方法下可供选择的变极绕组方案增多。

五、变极电机切换时注意事项

1.单绕组多速电动机
 定子槽内只嵌了一套绕组，每相绕组中间都有拍头，将绕组分成两个半相绕组。只要按一定规律改变绕组的接线方式，就可改变每相中部分半相绕组的电流方向，从而改变电机极对数。常用丫一丫丫、A一丫丫和丫丫一丫丫’等接法，用铜较少，比较经济。但绕组的变换受许多因素的制约，转速比、功率比和转矩比都有严倍的变化规律，很难灵活变化。
 丫一丫丫型电机适合起置机、搅拌机等佰转短负载，也可用于某些转矩与转速成小正比的负载。A一丫丫型和丫丫一丫丫’型电机适合压延机、切削机床等转短与转速成反比的桓功率负载。
 
2.双绕组多速电动机

 于槽内嵌有两套不同极对数的独立绕组，工作时只有一套绕组通电，当转换到另——套绕组通电时，电机的极对数就改变了。
 必须在瞬间变摄调速的机械宜选双绕组电机因单绕组电机变极时，须改变部分绕组的电流方向，有些电机还需换相。电机绕组电感较大，电磁惯性较大，绕组中电流不能突变c在断电的阴间，绕组可感生出很高的电动势。若此时迅速变极通电，此感生电动势碰上电源电压，则可产生根高的冲击电压或较大电弧，损伤绕组绝缘和接触器触点，缩短电机寿命；故单绕组电机不宜在阴间变极调速，应在断电后，至少等待lst才可变极运行c而双绕组电机的两套绕组独立，变极时不会产生上述高压和电弧，故适合要求在瞬间变极调速的机械。
 
六、单绕组多速电动机的性能特点

 表4.3 单绕组多速电动机的特性
 序号 极数a,（2p）连接方法 a,（2*2p）连接方法 转矩比Ta/Tb 功率比
Pb/Pa 特性
 1  2Y  Y   1  0.5 恒转矩
 2    2Y  2Y   2  1 恒功率
 3  2Y  D  1.732  0.866 可变转矩
 4  D  2Y  2.3  1.15 可变转矩
 5  2D  Y  0.577  0.288 可变转距

七  总结
 变极调速具有操作简单方便,机械特性硬,效率高等优点,可以获得和转矩和恒功率调速,因此在工业的很多部门中获得了应用,但因为是有极调速,而且转速等级有限,因此仅适用于不要求平滑调速的场合.例如在机床上,用变极作粗调,再配合齿轮箱机械调速作为细调,就可以满足生产的需要.具体的说，Y-YY变换多应用于要求恒转矩的场合,例如:起重电葫芦，运输传送带以及溃水高度不变的活塞泵等等.△-YY变换适用于要求恒功率的场合,例如，各种机床（车床，镗床,钻床,铣床等）,在粗加工时进刀量大,负载转矩大,可以用低速;而当精加工时, 量小，负载转矩小,可进刀以用高速.
此外,变极调速在轧钢，制革,制糖,与纺织等机械中也都得到了应用.我个人认为变极
调速电动机的研究经过几十年的发展已经达到了相当完善的程度，因此本人是将该课
题作一个总结并适当提出一点新的观点。

八、参考文献
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[2]  西安交通大学陈世坤主编，电机设计（修订本），机械工业出版社，1990。
[3]  哈尔滨大电机研究所编,电机工程手册,北京:机械工业出版社,1979.  
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[5]  周希章主编,电机的起动,制动和调速,机械工业出版社,1984.
[6]  陈坚主编,交流电机数学模型和调速系统,国防工业出版社,1989..
[7]  潘品英编,中小型电机绕组设计,机械工业出版社,1997.
[8]  宋家成编,电机修理图解,山东科技出版社,2000.
[9]  黄第耀编,电机绕组接线图集,中国水利水电出版社,1998.
[10] 濮绍文编著,三相鼠笼式单绕组多速电动机,上海科技出版社,1995.
[11] 李隆编著,电机设计,北京:清华大学出版社,1992.
[12] 彭友元编著,电机绕组手册,辽宁科学技术出版社,1995.
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 [14] 编写组编著,电机修理实用技术数据手册,兵器工业出版社,1995.
[15] 许实章. New-type Wound-rotor Asynchronous Motors Started by Harmonics.Electricity, CSEE:1992,3(2):53--56

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