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浅析异步电动机与同步电动机的调速方法

摘要：异步电动机与同步电动机的调速方法有着较强的应用意义。本文分析、

对比异步电动机和同步电动机，包括永磁同步电动机的调速思路及实现方法，最

终总结各种调速方法的优势以及不足，并适当地给出调速方法的选择建议。

关键词：异步电动机;同步电动机;调速方法;变频器

引言

本文从异步电动机与同步电动机的基本原理和结构作为切入点，从电磁的宏

观角度阐释二者特点，辅以定子及转子等具体结构的描述，再结合电动机调速控

制这一目的及其实现方法，最终经过分析，总结出各种调速方法的优势以及不足。

1.交流电动机基本原理

1.1异步电动机

所谓异步电动机是指其运转时，转子转速与旋转磁场转速不同。如图1所示，

由于定子通入电枢电流，故产生旋转磁场，其转速为n1;该旋转磁场在转子绕组

中产生感应电动势使得转子绕组中有电流流过，作为载流导体的转子在旋转磁场

中受力运动，最终与旋转磁场同方向旋转，其转速为n。

图1异步电动机基本结构示意图图2同步电动机基本结构示意图

式（1）

式（2）

称为“转速差”，称为“转差率”。异步电动机的额定转差率一般在0.02～0.05

之间。

1.2同步电动机

如图2所示，定子部分与异步电动机相同，通入电枢电流产生旋转磁场。转

子部分与异步电动机不同，具有固定磁极，由通过电刷和滑环送入的直流励磁电

流进行励磁，从而产生极性固定的磁极。（图2所示为隐极式转子）转子磁极表

面还装有与笼型异步电动机转子类似的绕组，其作用是作为同步电动机异步启动

时的启动绕组。同步电动机工作时，定子通入电枢电流产生旋转磁场，这时转子

通入直流励磁电流，转子磁极呈现固定极性，则转子在旋转磁场的磁极对转子异

性磁极的吸引力（或对同性磁极的排斥力）作用下与旋转磁场同步旋转。

2.异步电动机调速方法

式（3）

由式（3）可见，异步电动机的调速思路有两个，一是改变转差率，二是改

变同步转速。以下对几种常用的调速方法加以分析。

2.1定子调压调速

属于改变转差率调速。定子调压调速在频率不变的情况下，通过改变定子电

压幅值来实现异步电动机的转速调节。异步电动机转矩表达式见式（4）。对应不

同的定子电压，可得到不同的机械特性曲线，如图3所示。

式（4）

图3异步电动机机对应不同定子电压的械特性曲线图4绕线转子异步电动机

机转子串电阻机械特性曲线

2.2转子串电阻调速

仅适用于绕线转子异步电动机，属于改变转差率调速。方法是在转子回路中

串入电阻以改变异步电动机机械特性，曲线如图4所示。这种调速方法在低速时

机械特性很软，稳定性差。其优点在于设备简单、一次投资较低，适合于对调速

性能要求较低的生产机械。

2.3转子串级调速

仅适用于绕线转子异步电动机，其方法是在转子回路中串入一个与转子电动

势频率相同、相位相同或相反的附加电动势，通过调节附加电动势来调节转速。

串级调速属于改变转差率调速，但由于其为转差回收型调速方法，故效率相

对于以上两种调速方法要高。其优点除效率较高外，还有机械特性较硬，以及可

实现无极调速等。缺点包括调速系统功率因数较低、电动机过载能力下降（约

17%）等。

2.4变极调速

属于改变同步转速调速，同步转速n1与极对数p成反比，通过改变极对数

的方法改变同步转速，从而实现转速调节。

变极调速仅适用于笼型转子异步电动机，其优点包括：设备简单、运行可靠

性较高、机械特性较硬、损耗小等;其缺点主要在于只能分级调节而无法实现无

极调节，而且多速电动机的体积相比相同容量的普通电动机要大，运行性能稍差，

价格也较贵。

2.5变频调速

属于改变同步转速调速。在极对数不变的前提下，同步转速与定子电源的频

率成正比，因此改变定子电源频率即可改变同步转速，从而实现调速目的。

变频调速的优点包括：机械特性硬、范围宽、稳定性好、效率高、可实现无

极调速等。近年来，随着国内功率器件制造技术的发展，变频调速装置的价格呈

现“平民化”的趋势，应用已非常广泛。

3.同步电动机调速方法

式（5）

由式（5）可见，同步电动机的调速思路只有改变同步转速。而对于同步电

动机，改变同步转速的方法只有改变定子电源频率，即变频调速。

同步电动机