1.4 交流電動機的外部調速方法

當三相交流電動機與負載之間通過一個可以調速的裝置連接時，通過控制該調速裝置的轉速，也可以實現負載轉速的變化，這就是三相交流電動機的外部調速方法。

1.4.1 電磁轉差離合器

電磁轉差離合器的基本原理如圖1-42所示，電動機1定速旋轉，電動機1和鑄鋼圓筒構成的電樞2通過轉軸硬性連接，電動機1帶動電樞2旋轉，磁極4上的勵磁繞組3通過滑環電刷通有直流電壓Uf，勵磁繞組3的電流使磁極4建立磁場，旋轉的電樞2因切割磁場而感應電動勢，該感應電動勢在電樞中產生渦流，該渦流與磁場相互作用而產生電磁力，該電磁力的作用方向是阻礙電樞2和磁極4之間的相對運動，根據作用力和反作用力，磁極4跟隨電樞2旋轉起來，這就使電動機1和負載6處于“合”的狀態，當勵磁繞組3上的直流電壓Uf =0時，電樞2中的電磁力消失，磁極4不會跟隨電動機1旋轉，電動機1和負載6處于“離”的狀態。

改變勵磁電壓Uf可以改變電樞2中的渦流大小，也就改變了電樞2中電磁力的大小和磁極4的轉速，負載6的速度隨之改變。

1—電動機；2—電樞；3—勵磁繞組；4—磁極；5—直流電壓；6—負載

這種調速裝置有時也叫電磁滑差調速器，調速裝置同電動機組合成一體叫電磁調速電動機。這種調速方法實現的負載側最高轉速要小于電動機側的轉速，不過結構簡單，運行可靠，控制方便。一般調速范圍大約為10%～80%，不能實現電動機的額定速度100%運行。這種方法的缺點是電樞中存在渦流，負載越重，需要的電磁力也越大，渦流也越大，所以電樞中會有可觀的熱量產生，且在低轉速時，傳輸效率很低，設負載轉矩為TM，則電磁離合器的效率為

1.4.2 液力耦合調速器

液力耦合器的原理如圖1-43所示，電動機1定速旋轉，電動機1通過轉軸與渦輪2硬性連接，電動機1帶動渦輪2旋轉，渦輪2內充有一定容量的液體3，液體3可以是植物油或水，渦輪2的旋轉使得其內的液體3因離心力作用從外沿甩出，液體3進入渦輪4，沖擊渦輪4與渦輪2同方向旋轉，渦輪2與負載5同軸連接，負載5跟著旋轉起來。調節液體3的容量可以改變渦輪2對渦輪4的作用力，同時改變旋轉速度。

1—電動機；2—渦輪；3—液體；4—渦輪；5—負載

這種調速方法利用液體傳遞動能和壓能，控制方法簡單方便。缺點是由于采用改變液量調速，所以速度響應較慢，內部液體有可觀的熱量產生，且在低轉速時，傳輸效率很低。這種調速方法實現的負載側最高轉速要小于電動機側的轉速。設負載轉矩為TM，則液力耦合器的效率為

調速范圍大約為20%～97%，不能實現電動機的額定速度100%運行。

1.4.3 液黏調速離合器

液黏調速離合器，也叫液黏離合器，其工作原理如圖1-44所示，電動機1定速旋轉，電動機1通過轉軸與主動摩擦片2連接，電動機1帶動主動摩擦片2旋轉，主動摩擦片2和從動摩擦片4之間充有油介質3，由于摩擦力的作用，主動摩擦片2的旋轉使得油介質3也發生同方向旋轉運動，由于摩擦力的傳遞作用，油介質3的旋轉帶動從動摩擦片4也同方向旋轉，從動摩擦片4與負載5同軸連接，負載5跟著旋轉起來，從動摩擦片4可以通過液壓油的推動左右移動，從動摩擦片4和主動摩擦片2的距離越近也就是間隙越小，從動摩擦片4和主動摩擦片2之間的油介質3傳遞的摩擦力就越大，從動摩擦片4的速度就越高，負載5的轉速就越高；相反，從動摩擦片4和主動摩擦片2的距離越遠也就是間隙越大，從動摩擦片4和主動摩擦片2之間的油介質3傳遞的摩擦力就越小，從動摩擦片4的速度就越低，負載5的轉速就越低。這樣，就實現了負載速度的調節。

1—電動機；2—主動摩擦片；3—油介質；4—從動摩擦片；5—負載

這種調速方法是利用流體的黏性傳遞能量，控制簡單、方便，調速范圍約為20%～100%，當從動摩擦片和主動摩擦片之間距離為零時，這種調速方法的負載側最高轉速可以等于電動機側的速度。缺點是由于采用改變機械間隙調速，所以速度響應較慢，內部介質油有可觀的熱量產生，且在低轉速時，傳輸效率很低。設負載轉矩為TM，則液黏調速離合器的效率為

1.4.4 機械調速器

機械調速的方法也有很多，但不是本書的重點所在，圖1-45是一種利用皮帶變徑進行調速的方法，圖1-46是一種利用轉盤變徑進行調速的方法。很多小型電動機的無級變速機使用這些調速方法，電動機的轉速不變，電動機輸出軸上有一個變速裝置，調節變速裝置上的手輪或撥桿就可以改變輸出軸的轉速。

圖1-45中，電動機1拖動可以改變T形寬度的梯形輪2，梯形輪2通過T形帶3帶動可以改變T形寬度的梯形輪4，梯形輪4帶動負載5旋轉，同步調節梯形輪2和梯形輪4內的T形槽寬度，就可以改變梯形輪2與梯形輪4的變速比，同時也就實現了負載5的速度調節。如圖中箭頭所示，使梯形輪2的T形槽變寬，T形帶3在梯形輪2內的位置下落，更靠近軸心，相當于有效傳動輪徑變小。對于相同的電動機旋轉速度n0，T形帶3的線速度變低，為了不改變梯形輪2和梯形輪4的軸心位置，使梯形輪4的T形槽變窄，T形帶3在梯形輪4內的位置升高，遠離軸心，相當于有效傳動輪徑變大，所以，最終實現負載5上的速度降低，如果需要升高負載5的轉速，則調節方向相反。

1—電動機；2—梯形輪；3—T形帶；4—梯形輪；5—負載

圖1-46中，電動機帶動一個摩擦系數較大的轉盤1以速度n0旋轉，球形摩擦輪2安裝在轉軸3上并可以左右移動，球形摩擦輪2的表面與轉盤1的表面直接接觸，由于摩擦力的作用，球形摩擦輪2旋轉，球形摩擦輪2旋轉的速度取決于與轉盤1接觸點的線速度和球形摩擦輪2的直徑，球形摩擦輪2帶動負載4轉動，轉盤1的線速度是外大內小，球形摩擦輪2向外移動時，其旋轉速度增大，球形摩擦輪2向內移動時，其旋轉速度減小，這樣就改變了負載4的轉速n1。

1—轉盤；2—球形摩擦輪；3—轉軸；4—負載

機械調速方法的調速范圍可以很寬，且可以實現負載轉速超過電動機的轉速，這些方式的傳動效率取決于傳動的形式和結構。