1.4 交流电动机的外部调速方法

当三相交流电动机与负载之间通过一个可以调速的装置连接时，通过控制该调速装置的转速，也可以实现负载转速的变化，这就是三相交流电动机的外部调速方法。

1.4.1 电磁转差离合器

电磁转差离合器的基本原理如图1-42所示，电动机1定速旋转，电动机1和铸钢圆筒构成的电枢2通过转轴硬性连接，电动机1带动电枢2旋转，磁极4上的励磁绕组3通过滑环电刷通有直流电压Uf，励磁绕组3的电流使磁极4建立磁场，旋转的电枢2因切割磁场而感应电动势，该感应电动势在电枢中产生涡流，该涡流与磁场相互作用而产生电磁力，该电磁力的作用方向是阻碍电枢2和磁极4之间的相对运动，根据作用力和反作用力，磁极4跟随电枢2旋转起来，这就使电动机1和负载6处于“合”的状态，当励磁绕组3上的直流电压Uf =0时，电枢2中的电磁力消失，磁极4不会跟随电动机1旋转，电动机1和负载6处于“离”的状态。

改变励磁电压Uf可以改变电枢2中的涡流大小，也就改变了电枢2中电磁力的大小和磁极4的转速，负载6的速度随之改变。

1—电动机；2—电枢；3—励磁绕组；4—磁极；5—直流电压；6—负载

这种调速装置有时也叫电磁滑差调速器，调速装置同电动机组合成一体叫电磁调速电动机。这种调速方法实现的负载侧最高转速要小于电动机侧的转速，不过结构简单，运行可靠，控制方便。一般调速范围大约为10%～80%，不能实现电动机的额定速度100%运行。这种方法的缺点是电枢中存在涡流，负载越重，需要的电磁力也越大，涡流也越大，所以电枢中会有可观的热量产生，且在低转速时，传输效率很低，设负载转矩为TM，则电磁离合器的效率为

1.4.2 液力耦合调速器

液力耦合器的原理如图1-43所示，电动机1定速旋转，电动机1通过转轴与涡轮2硬性连接，电动机1带动涡轮2旋转，涡轮2内充有一定容量的液体3，液体3可以是植物油或水，涡轮2的旋转使得其内的液体3因离心力作用从外沿甩出，液体3进入涡轮4，冲击涡轮4与涡轮2同方向旋转，涡轮2与负载5同轴连接，负载5跟着旋转起来。调节液体3的容量可以改变涡轮2对涡轮4的作用力，同时改变旋转速度。

1—电动机；2—涡轮；3—液体；4—涡轮；5—负载

这种调速方法利用液体传递动能和压能，控制方法简单方便。缺点是由于采用改变液量调速，所以速度响应较慢，内部液体有可观的热量产生，且在低转速时，传输效率很低。这种调速方法实现的负载侧最高转速要小于电动机侧的转速。设负载转矩为TM，则液力耦合器的效率为

调速范围大约为20%～97%，不能实现电动机的额定速度100%运行。

1.4.3 液黏调速离合器

液黏调速离合器，也叫液黏离合器，其工作原理如图1-44所示，电动机1定速旋转，电动机1通过转轴与主动摩擦片2连接，电动机1带动主动摩擦片2旋转，主动摩擦片2和从动摩擦片4之间充有油介质3，由于摩擦力的作用，主动摩擦片2的旋转使得油介质3也发生同方向旋转运动，由于摩擦力的传递作用，油介质3的旋转带动从动摩擦片4也同方向旋转，从动摩擦片4与负载5同轴连接，负载5跟着旋转起来，从动摩擦片4可以通过液压油的推动左右移动，从动摩擦片4和主动摩擦片2的距离越近也就是间隙越小，从动摩擦片4和主动摩擦片2之间的油介质3传递的摩擦力就越大，从动摩擦片4的速度就越高，负载5的转速就越高；相反，从动摩擦片4和主动摩擦片2的距离越远也就是间隙越大，从动摩擦片4和主动摩擦片2之间的油介质3传递的摩擦力就越小，从动摩擦片4的速度就越低，负载5的转速就越低。这样，就实现了负载速度的调节。

1—电动机；2—主动摩擦片；3—油介质；4—从动摩擦片；5—负载

这种调速方法是利用流体的黏性传递能量，控制简单、方便，调速范围约为20%～100%，当从动摩擦片和主动摩擦片之间距离为零时，这种调速方法的负载侧最高转速可以等于电动机侧的速度。缺点是由于采用改变机械间隙调速，所以速度响应较慢，内部介质油有可观的热量产生，且在低转速时，传输效率很低。设负载转矩为TM，则液黏调速离合器的效率为

1.4.4 机械调速器

机械调速的方法也有很多，但不是本书的重点所在，图1-45是一种利用皮带变径进行调速的方法，图1-46是一种利用转盘变径进行调速的方法。很多小型电动机的无级变速机使用这些调速方法，电动机的转速不变，电动机输出轴上有一个变速装置，调节变速装置上的手轮或拨杆就可以改变输出轴的转速。

图1-45中，电动机1拖动可以改变T形宽度的梯形轮2，梯形轮2通过T形带3带动可以改变T形宽度的梯形轮4，梯形轮4带动负载5旋转，同步调节梯形轮2和梯形轮4内的T形槽宽度，就可以改变梯形轮2与梯形轮4的变速比，同时也就实现了负载5的速度调节。如图中箭头所示，使梯形轮2的T形槽变宽，T形带3在梯形轮2内的位置下落，更靠近轴心，相当于有效传动轮径变小。对于相同的电动机旋转速度n0，T形带3的线速度变低，为了不改变梯形轮2和梯形轮4的轴心位置，使梯形轮4的T形槽变窄，T形带3在梯形轮4内的位置升高，远离轴心，相当于有效传动轮径变大，所以，最终实现负载5上的速度降低，如果需要升高负载5的转速，则调节方向相反。

1—电动机；2—梯形轮；3—T形带；4—梯形轮；5—负载

图1-46中，电动机带动一个摩擦系数较大的转盘1以速度n0旋转，球形摩擦轮2安装在转轴3上并可以左右移动，球形摩擦轮2的表面与转盘1的表面直接接触，由于摩擦力的作用，球形摩擦轮2旋转，球形摩擦轮2旋转的速度取决于与转盘1接触点的线速度和球形摩擦轮2的直径，球形摩擦轮2带动负载4转动，转盘1的线速度是外大内小，球形摩擦轮2向外移动时，其旋转速度增大，球形摩擦轮2向内移动时，其旋转速度减小，这样就改变了负载4的转速n1。

1—转盘；2—球形摩擦轮；3—转轴；4—负载

机械调速方法的调速范围可以很宽，且可以实现负载转速超过电动机的转速，这些方式的传动效率取决于传动的形式和结构。