技术
电动机的旋转，是建立在电磁理论基础之上的。感应电动机既消耗有功功率，把电能转换成机械能；又消耗无功功率，建立必要的旋转磁场。所以电动机节电一方面要提高它的运行效率，减少有功消耗；另一方面要提高它的运行功率因数，减少无功消耗。
电动机的节电途径主要有两个：一是提高电动机的制造效率，采用高效电动机替代相对低效的普通电动机，它是提高运行效率和功率因数的基础，也是长期以来通行的一个主要节电技术措施；二是提高电动机的运行效率，采用调速技术改善启动性能和运行特性，提高电力拖动的系统效率。
电力拖动存在的问题有两个：一个是运行中电动机的大多数，其平均负载率比较低，即使是高效电动机也经常处于低效区运转，导致电动机本身功效下降；另一个是恒速电动机不能满足工作机械的调速要求，采用低效耗能方式完成工艺作业，使整个拖动系统功效下降。它们是电力拖动在提高能效方面的主要技术障碍，也是需求方管理关注的重点领域。
平均负载率过低的原因很多。比如选用电动机时不太了解负载工况，不注意电动机和工作机械的容量匹配，认为容量大总比容量小好；有的投产后长期达不到设计能力，负载太轻又总达不到预期负载；有的经过工艺改革或技术改造，工作机械负载下降，却没及时更换电动机等等，这就需要以与负载匹配的高效电动机来替代。还有些需要重载启动的电动机，使用与负载相匹配的普通电动机达不到启动转矩的要求，只有牺牲容量效益获得较高的启动转矩，致使电动机的负载率下降，采用启动性能好的调速技术是提高电动机负载率的一个有效办法。
交流调速技术的快速发展，开辟了感应电动机调速节电应用的新领域。从调速技术用途观察，一类是生产工艺过程控制，另一类是调速拖动节电。生产工艺过程控制主要为了达到改善工艺和提高工效的目的，以获得产品质量和产量的效益，有些还兼得一定的节电效果，它广泛应用在国民经济各个部门的生产工艺设备的控制上。调速拖动节电的主要目的是提高电力拖动系统的整体用能效率，从而获得节电效益，主要应用在用电负载率低和工况变动较大的风机和泵类等流体设备的拖动上，部分用在用电负载率低和需重载启动的工作机械上，它们的节电效果最为显著，已经成为交流调速技术节电的首要应用领域。
2．调速方式的类别
根据感应电动机的转速特性表达式（3-18）可知，它的调速方式有三大类：频率调节、磁极对数调节和转差率调节，比较成熟和广泛应用的有8种通用调速技术（见图3-11）。
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图3-11 交流电动机主要调速方式分类图
基于节能角度，通常把交流调速分为高效调速和低效调速。高效调速指基本上不增加转差损耗的调速方式，在调节电动机转速时转差率基本不变，不增加转差损失，或将转差功率以电能形式回馈电网或以机械能形式回馈机轴；低效调速则存在附加转差损失，在相同调速工况下其节能效果低于不存在转差损耗的调速方式。
属于高效调速方式的主要有变极调速、串级调速和变频调速；属于低效调速方式的主要滑差调速（包括电磁离合器调速、液力偶合器调速、液粘离合器调速）、转子串电阻调速和定子调压调速。其中，液力偶合器调速和和液粘离合器调速属于机械调速，其他均属于电气调速。变极调速和滑差调速方式适用于笼型异步电动机，串级调速和转子串电阻调速方式适用于绕线型异步电动机，定子调压调速和变频调速既适用于笼型，也适用于绕线型异步电动机。变频调速和机械调速还可用于同步电动机。
3.调速方式的技术特性
（1）变极调速：变极调速是通过改变定子绕组的极对数来改变旋转磁场同步转速进行调速的，是无附加转差损耗的高效调速方式。由于极对数p是整数，它不能实现平滑调速，只能有级调速。根据式（3-14）可知，在供电频率f＝50Hz的电网，p＝1、2、3、4时，相应的同步转速n0＝3000、1500、1000、750r/min。改变极对数是用改变定子绕组的接线方式来完成的（见图3-12），图3-12中（a）的p＝2，（b）和（c）的p＝1。双速电动机的定子是单绕组，三速和四速电动机的定子是双绕组。这种改变极对数来调速的笼型电动机，通常称为多速感应电动机或变极感应电动机。
多速电动机的优点是运行可靠，运行效率高，控制线路很简单，容易维护，对电网无干扰，初始投资低。缺点是有级调速，而且调速级差大，从而限制了它的使用范围。适合于按2～4档固定调速变化的场合，为了弥补有级调速的缺陷，有时与定子调压调速或电磁离合器调速配合使用。
（2）串级调速：串级调速是在绕线型感应电动机的转子电路中串入一个与转子电动势相反的附加电动势，用以减少转子电流，降低转子的转矩，从而达到调速的目的。这时，转子电路内不再串入外接附加电阻产生转差损耗，而是将转子的转差功率回馈电网或机轴，是一种高效调速方式。
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串级调速的典型调速系统有两种：一种是电气串级调速系统，另一种是电机串级调速系统（见图3-13）。电气串级调速电路是由异步机转子一侧的整流器和电网一侧的晶闸管逆变器组成。用改变逆变器的逆变角来调节异步机转速，将整流后的直流通过逆变器变换成具有电网频率的交流，将转差功率回馈电网。电机串级调速电路是把转子整流后的直流作为电源接到一台直流电动机的电枢两端，用调节励磁电流来调节异步机转速，直流机与异步机同轴相接，将转差功率变为直流器的输入功率与异步机一起拖动负载，使转差功率回馈机轴。电机串级调速的调速范围不大，又增加了一台直流电动机，使系统复杂化，应用不多。电气串级调速系统比较简单，控制方便，应用比较广泛。
串级调速的主要优点是调速效率高，可实现无级调速，初始投资不大。缺点是对电网干扰大，调速范围窄，功率因数也比较低，与转子串电阻相比，主要是它的效率优势。
（3）变频调速：变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变旋转磁场同步转速进行调速的，是无附加转差损耗的高效调速方式。变频调速系统的关键装置是频率变换器，即变频器，由它来提供变频电源。变频器的变流元件目前主要有大功率三极管、晶闸管和可关断晶闸管三种。变频器可分为交－直－交（交流－直流－交流）变频器和交－交（交流－交流）变频器两大类。
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变频调速的突出优点是调速效率高，启动能耗低，调速范围宽，可实现无级调速，动态响应速度快，调速精度很高，操作简便，且易于实现生产工艺控制自动化。此外，在装置发生故障后能自动投入人工频运行，不会影响生产作业是它最显著的优点。由于它的调速性能优于其他调速技术，安装场地条件又比较灵活，应用范围广泛，是市场需求增长最快的调速方式。它的最大缺点是变频器技术复杂，初始投资高（尤其是高压变频器），对电网有干扰，要有较高的使用和维护技术。适用于要求调速范围宽、起停频繁、较长时间低速运行的场合，以及调速精度要求高的过程工艺控制设备上。
（4）定子调压调速：定子调压调速是用改变定子电压实现调速的方法来改变电动机的转速，调度过程中它的转差功率以发热形式损耗在转子绕组中，属于低效调速方式。由于电磁转矩与定子电压的平方成正比，改变定子电压就可以改变电动机的机械特性，与某一负载特性相匹配就可以稳定在不同的转速上，从而实现调速功能。供电电源的电压是固定的，它用调压器来获得可调压的交流电源。传统的调压器有饱和电抗器式调压器、自耦变压器式调压器和感应式调压器，主要用于笼型感应电动机的减压启动，以减少启动电流。晶闸管是交流调压调速的主要形式，它利用改变定子侧三相反并联晶闸管的移相角来调节转速，可以做到无级调速。
调压调速的主要优点是控制设备比较简单，可无级调速，初始投资低，使用维护比较方便，可以兼作鼠笼机的降压启动设备。缺点是调速效率比较低，低速运行调速效率更低；调速范围窄，只有对风机和泵类工作机械调速可以获得较宽的调速范围并减少转差损耗；调速特性比较软，调速精度差；对电网干扰也大。适用于调速范围要求不宽，较长时间在高速区运行的中小容量的异步电动机。
