一种用于电力拖动的交流异步电动机无级调速器。 交流异步电动机无级调速器在电力拖动系统中有着广泛的应用，过去传统型交流异步电动机无级调速器主要有变频调速器，变转差率调速器和电磁转差离合器调速器三类。其中变频调速器虽然从理论上讲调速性能好，但这种调速器一般是由大量的功率开关元件和复杂的触发电路和保护电路构成，结构庞大而复杂，并且电动机在甚低速运行时性能变差，达不到恒转矩调速，因此其实用性和可靠性都受到了限制。而变转差率调速器和电磁和电磁转差离合器调速器都有无回馈制动、效率低和调速性能差的缺点。
本发明的目的就是针对上述问题而发明一种使用功率开关元件少，控制系统（触发电路）简单，工作可靠而调速性能在使电动机高速运行时接近变频调速器，在使电动机低转速运行时甚至好于变频调速器的交流异步电动机无级调速器。
本发明交流异步电动机无级调速器主要是由两组交流开关及其控制系统保护系统组成，其中两组开关的每组都具有与接入交流异步电动机的电源相数相同的开关数（但单相时为两只），两组开关接成这样：每组开关的接通都将交流电源与交流异步电动机接成一种相序，并且两组开关所接成相序是使电动机磁场同向旋转的若干相序中的任意不同的两种。所述控制系统可靠地控制所述的两组交流关，按需要的频率交替地接通和关断，并保证一组开关可靠关断后，另一组开关才可靠接通。
下面以用双向晶闸管作为交流开关的三相交流异步电动机无级调速器为例来具体说明本发明调速器的结构工作过程和工作原理：
本发明的主电路如图1所示，主要是由六只双向晶闸管及其保护元件（三只电感L，三只快速溶断器RD，三只电阻R和三只电容C）组成，由图中可以看出六只双向晶闸管是分为两组分别接在电动机的CAB和ABC两种相序上，两组双向晶闸管地交替导通和截止是由图2或图3所示触发电路实现的。先看图2，虚线方框内是一由变压器耦合隔离输出的触发电源，其触发输出端与图1主电路的晶闸管分组相对应，也是按g1g2g3同步触发和g4g5g6同步触发分为两组，并分别接在与图1主电路相对应的端子上，触发电源的触发信号取自可调频互补延时方波发生器的两输出端U1U2。而触发电源中的高频（相对于工频而言）发生器与功放的作用是提供输出触发的功率及减小耦合隔离输出变压器的体积。可调频互补延时方波发生器的作用是以一定的频率（这一频率是可调的，也可设计成自动调节的）输出两列互补的并且上升沿延时触发的方波U1和U2如图4所示延时时间为tW，这一延时时间设置的目的是使只有一组晶闸管可靠关断后，另一组才能触发导通。改变这方波发生器的频率就可改变两组双向晶闸管交替导通与截止的频率，也就改变了三相交流电交替接在三相异步电动机同向旋转的两种相序的频率，从而改变电动机转速。图3所示触发电路与图2的差别仅在于其触发电源是采用光电耦合隔离，其他则与图2相同。
本发明调速器的工作过程是：控制系统由调频互补延时方波发生器发出一定频率的互补延时触发方波信号（如图4）通过变压器耦合隔离或光电耦合隔离触发电源控制两组双向晶闸管以一定可调的频率交替地导通和截止，从而控制三相交流电源以一定可调的频率交替地换接电动机同转向的两种相序，实现交流异步电动机的无级调速。
下面说明以一定的频率使三相交流电交替地换接在三相异步电动机同向旋转的两种相序而改变电动机转速的原理：
众所周知三相交流电（设为X、y、Z三相）在接入交流异步电动机的三相时有六种不同的相序、即ABC、BCA、CAB、CBA、BAC、ACB;其中前三种相序使磁场正转后三种则反转，而使磁场同向旋转的三种相序的相位互有差别，在三相交流电对称时互差120°。这样如果取使磁场同向旋转的三种相序中的任意两种，如ABC，CAB，BCA中的ABC和CAB，将它们以一定的频率交替地接入三相交流电XyZ，即如图1所示，则发生如下情况：如图5所示当电动机接电相序由ABC换接成CAB时，换接后的相序滞后于换接前的相序120度，一定时间后再将所接的CAB相序换回成ABC相序时，则ABC相序又滞后CAB相序240度。图中虚线表示换接前的各相位，实线表示换接后的各相位，带箭头弧线表示滞后角，这样不断循环下去就造成定子磁场一方面以同步转速向一个方向不断旋转，另一方面又不断以120度，240度两种角度交替滞后，每次换接在滞后角小于180度的一段时间内都形成转子磁场拉定子磁场的发电制动状态，即回馈制动状态，这样综合作用于转子的结果，使转子稳定地旋转在一个低于原定额转速的转速上。交替换接相序的频率越高，定子旋转磁场滞后的速度就越快，则转子转速越低，反之换接的频率越低，则转子转速越高，从而实现了电动机的无级调速，这里需要特别说明的是：无论同转向的三种相序如何交替换接都不能认为换接后的磁场相位超前于换接前的磁场相位，这里由于交流异步电动机转子及其磁场的旋转完全取决于定子磁场的旋转、即是由定子旋转磁场感应的结果、而定子磁场的转速是恒定不变的且永远高于转子的转速，因此当换接同向旋转的不同相序从而使定子和转子磁场相位不一致时，只有转子和转子磁场转速放慢使定子磁场“赶上”转子磁场取得二者相位的一致，而决不可能是转子和转子磁场加速旋转并且使转子磁场转速超过定子旋转磁场转速从而“赶上”定子旋转磁场来取得二者相位的一致。所以说对异步电动机定子磁场作用于转子的效果而言，换接同转向的不同相序只能造成定子磁场的滞后，而不可能是超前。关于这一点多年来一直存在着一种技术偏见：即认为如果一种相序如CAB相位滞后于另一种相序如ABC相位一定角度（如上所述是120度）则自然地就认为这另一种相序ABC的相位超前于这种相序CAB相位这一角度（120度），那么也就自然地认为如果这两种相序交替换接，则作用于转子的效果也就必然相互低消，即滞后120度再超前120度，从而也就无从有调速作用而言。本发明则从分析异步电动机转子磁场完全依属于定子磁场，是定子磁场感应的结果这一特定关系入手，经反复实验打破了这一多年的技术偏见，发明了本交流异步电动机无级调速器，是一种创造。
如果将本发明无级调速器专用于异步电动机的起动，则只需将同转向不同相序交替换接的频率按由高到低的规律自动改变（也就是使电动机转速由零向额定转速自动改变），并在起动完毕后自动切除本调速器，同时将电动机直接接到交流电源上使之正常运转。
本发明与现有交流异步电动机无级调速器相比具有如下优异特点：
1、调速性能优越，效率高：
本发明无级调速器使异步电动机在发电制动与动力拖动状态之间滑动工作，制动能量由发电直接送回电网，因此本发明调速器在调速工作时具有回馈制动和效率高的特点，能使电动机迅速升降速，在使电动机低速运行时不但运行平稳还可输出大转矩，其性能甚至优于变频调速器，此外本调速器还具有较高的调速精度，可以准确的停留在低速范围内的任意转速上，并能保证在各转速上输出额定的转矩。此外本调速器可做为一种控制电源可以对多台异步电动机进行无级调速或节能起动。
2、结构简单，可靠性高，成本低：
本发明无级调速器只要六只功率开关元件（晶闸管）是现有各种无级调速器中用功率开关元件最少的。并由此而导致触发电路非常简单，从而使本调速器的可靠性得以大幅度提高，而成本却大幅度降低。
3、适用面广泛：
本发明调速器由于具有上述两个优异特点，因此它既适用于以前采用变转差率调速器的场合以提高效率，节约能源，提高调速性能，也适用于以前采用变频调速器的场合，以降低成本，提高可靠性，甚至还适用于以前采用机械调速的场合以减轻重量，减小体积，降低成本。并且在很宽的范围可以代替直流电动机的使用。此外本调速器如果专用于异步电动机的起动不但在起动性能上优于降频起动器（在甚低速时输出转矩大于用降频起动器时输出转矩），可带负载起动，而且由于结构简单成本低，故可大范围推广使用。采用这种起动装置首先可以避免电机起动对电网的冲击，可节约供电设备费用（主要是可降低供电变压器容量）免除对其它用电设备的危害，其次可节约大量电能，这是由于起动电流低于其它起动法的原故。
本发明无级调速器的实施，根据要求和条件的不同可以有多种不同的方案，事实上除主电路中必需有两组功率开关元件将电源和电动机接成使电动机同相旋转的两种相序外，其触发电路和保护电路则有各种各样不同的形式，其功能也有所不同，可以是手动调速，也可以是自动调速可以采取普通简单脉冲触发控制，也可以采用智能数字控制。图6和图7（并结合图1）所示为两个普通简单脉冲触发控制的实施例子。所不同的显图6是采用变压器耦合隔离触发电源，图7是采用光电耦合隔离触发电源，而触发信号则都是来自由两只基时集成电路555及电阻，电容和二极管组成的可调频互补延时方波发生器，其中R1R2C1D1和R3R4C2D2分别组成两个延时触发环节与RW1C3和RW2C4及两只555一起组成可调频振荡器，由两只555的输出端输出两列互补延时方波U1，U2，如图4所示，同步调节RW1和RW2则可调节输出方波的频率，从而调节电动机转速。