电磁转差离合器调速系统，实质上就是在不调速的普通笼型转子异步机轴上装一个电磁转差离合器，通过可控整流电源控制离合器绕组的电流，只要改变这一电流，即可调节离合器的输出转速。

1.基本工作原理

电磁转差离合器的基本工作原理是基于电磁感应原理。如图3.17所示为一个电磁离合器的示意图。图3.17中电磁转差离合器主要是由电枢和磁极两部分组成。其电枢是一个由铁磁材料制成的圆筒，与笼型异步电动机转轴刚性连接，并由笼型转子异步电动机带动，是主动部分，并以恒速旋转，不可调。磁极一般是做成与直流电动机电枢相类似，包括铁芯和励磁绕组，绕组与磁极的组合称为感应子。被传动的负载通过联轴器连接在感应子的轴上。绕组的引线接于滑环上，并与可控整流电源接通，电源提供绕组内的励磁电流。

当励磁绕组通以直流电时，沿封闭的磁路就产生了主磁通，由于电枢由笼型异步电动机带动，以恒定方向旋转，所以电枢就切割磁场，即电枢中产生感应电动势，形成感应电流，并产生一个脉冲式的电枢反应磁场，它与主磁通合成产生电磁力。驱使磁极跟着电枢同方向运动，这样磁极就带着负载一同旋转，所以磁极被称为从动部分。

由图3.17可知，调速系统主要由可控整流电源、电磁转差离合器和普通笼型异步电动机三大部分组成。

图3.17　电磁转差离合器调速原理

2.电磁转差离合器调速系统的机械特性

电磁转差离合器通过电磁感应而传递能量的过程跟普通笼型异步电动机基本相似，离合器的电枢就相当于笼型异步电动机的转子。

由于电枢是由笼型异步电动机带动的，笼型异步电动机的转速不变，所以电枢的转速也是不变的，而磁极作为从动部分，其转速是由磁极上电磁力的大小，即磁场的强弱而定。所以，电磁转差离合器调速系统在根本上是由直流电源提供给电磁离合器的电流大小而定。因此只要改变外接励磁电流的大小就可以改变磁极的转速，从而就可以改变负载的转速。

当励磁电流为零时，磁极不转动，这就相当于负载被“离开”。只要接通励磁电流，磁极就转动起来，这就相当于负载被“合上”，所以被称为离合器。“电磁转差”来源于磁极与电枢之间一定要有转差才能产生感应电流和电磁转矩这一电磁感应原理。因此，全名就称为“电磁转差离合器”。而“滑差电动机”指的是电磁转差离合器以及连同它的笼型异步电动机。

图3.18　电磁转差离合器调速时的机械特性

电磁调速异步电动机的机械特性和普通笼型异步电动机的机械特性相同。但当励磁电流过小时，磁场太弱，产生的转矩太小，造成负载无法运转并发生失控现象，所以机械特性存在失控区。如图3.18所示，为了保证转速稳定运转，一般采用转速闭环控制，可以获得10：1的调速范围。

电磁转差离合器调速的主要特点是设备简单、控制方便、运行可靠，可实现平滑调速，特别是采用闭环控制，可以改善调速性能，扩大调速范围。

因此电磁转差离合器调速被广泛应用于纺织，造纸等工业部门及风机泵的调速系统中；但是由于其低速时效率低，发热大，不适用于长期低速运行的场合。

3.调压调速的原理

调压调速作为一种简单的异步电动机调速系统，原理和结构都比较简单。

根据电气传动原理，当异步电动机的等效电路参数不变时，在转速相同情况下，电磁转矩Te与定子电压U1的二次方成正比。

图3.19　利用晶闸管交流调压器调压变速(www.daowen.com)

根据这种关系，通过改变定子外加电压来改变电磁转矩，从而改变电动机的转速。特别是随着晶闸管技术的发展，以及晶闸管交流开关元件的广泛运用，大大简化了调压调速系统的结构，使其变得更加简单方便。如图3.19所示。

晶闸管交流调压器主电路的接法有如下几种方式，如图3.20所示。

（1）电机绕组Y连接时的三相分支双向控制电路反并联在每相绕组上。调压时用相位控制，当负载电流流通时，至少是一相的正向晶闸管与另一相的反向晶闸管同时导通，所以要求各晶闸管的触发脉冲宽度都要大于60°，或者采用双脉冲触发。当移相调压时，输出电压中含有奇次谐波，其中主要为三次谐波。如果电机绕组不带零线，则三次谐波电势虽然存在，却不会有三次谐波电流。因为电机绕组属于感性负载，电流波形会比电压波形平滑，但仍含有谐波，从而产生脉动转矩和附加损耗，这是晶闸管调压电路的缺点，如图3.20（a）所示。

（2）电机绕组Y连接时的三相分支单向控制电路，每相只有一个晶闸管，反向由与它反并联的两极管构成通路。这种接法设备简单、成本低廉，但正、负半周电压电流不对称，高次谐波中有奇次，也有偶次谐波电流，产生于基波转矩相反的转矩，使电机输出转矩减小，效率降低。仅仅用于简单的小容量装置，如图3.20（b）所示。

（3）电机绕组△连接时的三相分支双向控制电路，晶闸管串联在相绕组回路中，同等容量下，晶闸管承受的电压高而电流小，存在三次谐波电流损耗。此种接法适用于△连接的电机，如图3.20（c）所示。

图3.20　三相交流晶闸管调压器主电路接法

（a）电机绕组Y连接时的三相分支双向控制电路；（b）电机绕组Y连接时的三相分支单向控制电路；（c）电机绕组△连接时的三相分支双向控制电路

如图3.21所示，当电动机需要正、反转运行时，除正转工作的晶闸管1~6外，尚须供给逆向序电源的晶闸管7~10，它们和1、4一起，在反转时工作。利用如图3.21所示还可以实现电动机的反接制动和能耗制动。

4.异步电动机调压调速时的机械特性

根据电机学原理可知，异步电动机的机械特性方程式为

式中：Te为异步电动机的电磁转矩；kp为电动机极对数；US、ωS为定子供电电压和供电频率；RS、Rz为定子每相电阻、折算到定子侧的转子每相电阻；xS、xz为定子每相电抗、折算到定子侧的转子每相电抗；s为转差率。

图3.21　异步电动机正、反转和制动电路

图3.22　异步电动机在不同定子供电电压下的机械特性曲线

如果改变定子的供电电压，可以得到不同的异步电动机的机械特性曲线，如图3.22所示。

将式（3.18）对S求导，可以计算出最大转矩的临界转差率Sm和最大转矩Temax，分别是

调压调速系统不能配用普通的笼型感应电动机。为了扩大调速范围及限制定、转子电流，希望有较大的转子电阻。因此，通常是采用高滑差电动机或在绕线式转子回路中串电阻。调压调速的另一个问题是低速时转子回路的转差功率很大，它不仅使损耗增加、效率降低，而且使电动机发热量增大。