定子频率f1一定时，改变定子的极对数p即可改变同步转速n1，从而达到调速的目的。要改变电动机的极对数，可以在定子铁心槽内嵌放两套不同极对数的三相绕组，但从制造的角度看，这种方法很不经济。通常是利用改变定子绕组接法来改变极对数，这种电机称为多速电机。根据电机学原理可知，只有定子和转子具有相同的极数时，电动机才具有恒定的电磁转矩，才能实现机电能量的转换。因此，在改变定子极对数的同时，必须改变转子的极对数。由于笼型异步电动机的转子极对数能自动地跟随定子极对数的变化，所以变极调速只用于笼型异步电动机。
1.变极原理
下面以4极变2极为例，说明变极对数原理。
图10.3.1为三相异步电动机U（或A）相定子绕组的接线及产生的磁动势。每相绕组由两个线圈构成，每个线圈称为半相绕组。两个半相绕组头尾相连，即正向串联时，如图10.3.1（a）所示。根据线圈中电流的方向，可以看出定子绕组产生的脉动磁动势是4极的，即2p＝4，如图10.3.1（b）所示。
图10.3.1 四极三相异步电动机定子U相绕组
如果将两个半相绕组的联结方式改成如图10.3.2（b）或10.3.2（c）的形式，改变半相绕组中的电流方向，根据电流方向，用右手螺旋定则确定出磁通方向，此时定子绕组产生的脉动磁动势是2极，即2p＝2。由此可见，改变半相绕组的电流方向，就能使极对数减半，从而使同步转速增加1倍，对于拖动恒转矩负载，运行的转速也近似增加1倍。
图10.3.2 两极三相异步电动机定子U相绕组
必须注意，绕组联结改变后，应将V（B）、W（C）两相的出线交换，以保持高速与低速时电动机的转向相同。因为在极对数为P时，如果U、V、W三相的相位关系为0°，120°，240°；则在极对数为2p时，三者的相位关系将变为2×0°＝0°，2×120°＝240°，2×240°＝480°（相当于120°）显然，在极对数为p及2p下的相序将相反，V、W两端必须对调，以保持变速前后电动机的转向相同。
2.两种典型的变极调速方法及其机械特性
（1）由单星形联结改接成并联的双星形联结（Y－YY）
Y－YY联结方法如图10.3.3所示。电动机定子绕组有六个出线端。单星形联结时，U1、V1、W1接电源，U2、V2、W2空着。此时，每相的两个半相绕组正向串联，电流方向一致，极对数为p，同步转速为n1，如图10.3.3（a）所示。双星形联结时，U1、V1、W1短接，U2、V2、W2接电源。此时，两个半相绕组变成反向并联，每相中都有一个半相绕组改变电流，因此，极对数变为p／2，同步转速变为2n1，如图10.3.3（b）所示。
图10.3.3 Y－YY变极电动机的绕组联结及机械特性
变极前，电动机为Y联结，电动机输出功率P2Y和电磁转矩TY为：
式中，P1Y为定子输入功率，η为电动机效率，LL为定子线电压，IL为定子线电流，I1为定子相电流，cosφ1定子输入功率因数，n1Y为Y联结时电动机同步转速。
变极后，电动机为YY联结，极对数减少一半，同步转速增大一倍，即n1YY＝2n1Y。若保持绕组电流I1不变，则变极后每相电流为2I1。假定变极后η和cosφ均保持不变，则变极后，电动机输出功率和电磁转矩为：
由式（10－32）～式（10－35）可见：Y－YY联结时，电动机转速提高了一倍，输出功率也增加一倍，输出转矩不变，所以，Y－YY联结方法的变极调速是属于恒转矩调速。其机械特性曲线如图10.3.3（c）所示。
（2）由三角形联结改接成双星形联结（△－YY）
△－YY联结方法如图10.3.4所示。三角形联结时，1U、1V、1W接电源，2U、2V、2W空着。此时，每相的两个半相绕组正向串联，电流方向一致，极对数为p，同步转速为n1，如图10.3.4（a）所示。双星形联结时，1U、1V、1W短接，2U、2V、2W接电源，成为反相序。此时，半相绕组变成反相并联，其中一个半相绕组电流反相，极对数变为p／2，同步转速变为2n1，如图10.3.4（b）所示。
变极前，电动机为△联结，电动机输出功率P2△和电磁转矩T△为：
变极后，电动机为YY联结，极对数减少一半，同步转速增大一倍，即n1YY＝2n1Δ。若保持绕组电流I1不变，则变极后每相电流为2I1。假定变极后η和cosφ1均保持不变，则变极后，电动机输出功率和电磁转矩为：
图10.3.4 △－YY变极电动机的绕组联结及机械特性
由式（10－36）～式（10－39）可见：△－YY联结时，电动机转速提高了一倍，容许输出功率近似不变（相差约13.4%），容许输出转矩变成TYY＝0.577TΔ。所以，△－YY联结方法的变极调速接近于恒功率调速。其机械特性曲线如图10.3.4（c）所示。
3.特点和适用场合
变极调速的优点是设备简单、运行可靠、机械特性硬、损耗小、采用不同的联结方式可获得恒转矩调速或接近恒功率调速特性，以满足不同生产机械的要求。缺点是只能分级调节转速，且只能有两个和三个转速。
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