感应电机的起动与调速

电压不变只降频率，磁通会

定子磁通正比于电压除以频率，记作 Φ ∝ V/f。电压保持不变时把频率调低，磁通会往哪边走、会不会进入红色标出的饱和区？先作预测，再拖动频率滑块验证。

调速的三个旋钮

转子转速为 N = (1 - s)·120f/P。在这个式子里，能调节转速的只有转差 s、频率 f、极数 P 三个量。转差控制靠降低定子电压或在绕线转子中串入电阻，做法简单，但在同一转矩下转子铜耗与转差成正比增加，效率下降，调速范围也窄。变极调速要改变绕组接法来切换极数，只能像 2:1 这样分几级跳变。变频调速范围宽、连续可调，已成为当今调速传动的主力，但它附带一个条件。

变频率则电压须随动

定子电压与感应电动势几乎相等，可写成 V ≈ 4.44 f N1 Φ，对磁通求解得 Φ ∝ V/f。若电压不变只降频率，磁通增大使铁心饱和，励磁电流急剧上升而过热，所以电压要随频率成比例降低，保持 V/f 恒定。这样磁通恒定，同样的电流就能产生同样的转矩，因此额定频率以下的范围称为恒转矩区。不过频率很低时，定子电阻上的压降相对变大，磁通会不足，所以在这一段要额外提高一点电压来补偿。额定频率以上，电源电压无法再升高，磁通与频率成反比下降，转矩减小而输出功率基本不变，这就是恒功率(弱磁)区。

抑制起动电流，保住起动转矩

从静止直接加全压时，转差为 1，转子侧阻抗最小，起动电流会冲到额定值的五到七倍。Y-Δ 起动先把绕组接成 Y 形，每相电压降到 1/√3，所以线电流和起动转矩都降到全压直接起动时的 1/3，转速升高后再换接成 Δ 形进入正常运行。由于转矩也随电流一同减小，它适合轻载起动。电抗器起动或自耦变压器起动降低加在定子上的电压来减小电流，而转矩随该电压的平方减小。绕线转子借外接电阻利用比例推移，降低起动电流的同时反而增大起动转矩。变频驱动在低频下保持 V/f、平稳地升速，转差从一开始就很小，起动电流可以限制在额定值附近。

回到第一屏

电压不变、频率减半时，磁通变为 2 倍，进入了饱和区。定子电压 V ≈ 4.44 f N1 Φ 与频率和磁通的乘积成正比，磁通只能服从 Φ ∝ V/f；所以用频率调速时，电压要随频率一起降低，保持 V/f 即磁通恒定。这样，在额定频率以下按恒转矩、以上按恒功率，就能把整条转矩-转速曲线整体平移。起动也是同一条思路：全压直接起动的大电流，可以用 Y-Δ 降到 1/3，用电抗器降低电压，用绕线转子电阻借比例推移，或用变频器在低频下也保持 V/f 来抑制。从旋转磁场开始的感应电机故事，到这里以一台转速和起动都能掌控的电机收尾。

感应电机到此结束。三相电流产生旋转磁场(C1)，转子带着转差追赶它(C2)，这个转差被装进等效电路中 R2/s 这一项(C3)，转矩随转差画出一座山(C4)，再用频率和电压移动这座山来控制起动和转速(C5)。下一组 D 是转子恰好以同步转速旋转的同步电机，接下来看转差为 0 的电机如何产生转矩，又为何连功率因数都能调节。