传统异步机调速表达式的商榷

    交流调速的发展必须基于调速理论的科学指导，而传统交流调速在理论和表达式等方面都暴露出很多问题和缺陷，如果不能及时纠正，不仅调速技术无法进步，而且传统调速理论的传承，必然将其缺失影响到该学科的学习者，其后果可想而知。

    受到受传统理论的影响，目前学术界较普遍地认为，异步机调速的最佳途径在于改变同步转速，对于其它调速方式则不予支持。而且由此得出“变频调速方法与变转差调速方法有本质不同，从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而变频调速具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。可以认为，变频调速是交流电动机的一种比较合理和理想的调速方法”。这一观点不仅局限了交流调速的发展，而且也和调速的实践严重不符。

    限于篇幅，本文重点讨论传统交流调速的表达式存在的问题，至于所提出的电动机统一调速原理，以及交流调速公式将在另外文章中论述。

    公式是客观规律的数学表达形式，它只能产生于已有的定律和公式，而不能产生于人为的定义。传统电动机学的异步机转速表达式是这样建立的，首先定义转差率s，   

令 ：                         

式中:  n₁为同步转速；

       n 为机械转速。

由式（1），经代数变换得

，         （2）

由于恒等变换不改变等式性质，可见式（2）仍然是定义式，它是式（1）的另外一种表达形式。

又，由于

 ，                 （3）

将式（3）代入定义式（2），于是

  。          （4）

    应该注意，式（4）与式（2）没有本质变化，尽管式（3）是公式，但它仅仅起到n₁的代换作用，并没有改变式（1）、（2）定义式的性质。因此转速表达式（4）只是人为的定义式，并非公式，自然不能成为交流调速的理论依据。

    实践是检验定律和公式科学与否的标准。如果 是科学的，其指导下的各种调速方法都必须涵盖在公式的内涵之中，不得出现特殊的意外。

    按，要实现异步机调速可以单纯地改变定子电压（电流）的频率f₁，然而实践表明，对于绝大多数的降频调速，如果单纯降频而不同时降压，异步机将会损耗增大、剧烈发热，根本就不能正常调速运行。实际的变频调速，无一例外地都采取变频+调压的控制，而且要求U₁/f₁——压频比近似为常量，近代的有关文献将其简称为“VVVF”控制（实际是变压、变频的英文缩写）。

    然而传统调速公式根本就没有体现定子电压U₁，更无从显示调压的必要性，显然，这样严重的疏漏对于科学公式是不能容忍的。

    实际改变极对数p的调速是改变异步机的绕组结构，可以看作两台具有公用转子的异步机的选择控制。但是，在实际的变极调速中，问题也不是如传统调速公式所表示的那么简单。例如将一台2极异步机，简单地通过绕组接线的变换改接成4极异步机，绕组的有效串联匝数不变，结果4极状态运行下的异步机将严重发热，甚至烧毁。实际的变极调速异步机，结构大概有两种，一种是双绕组型，即两个绕组对应各自的极数，运行时选择其中一个极数，只有一个对应的绕组工作。另一种是单绕组，在改变极数的同时还要改变绕组的有效匝数，通常，高极数的有效匝数大于低极数的有效匝数，特点为变极+调匝。显然，传统公式也没有全面表达出变极调速实践的内涵。

    传统公式在此方面存在的问题更多。

    转差率是数学量，调速如何操作？

    物理公式除了数学意义之外，更主要的是物理内涵，作为物理公式，通常方程左边（参数）是目的，方程右边（参数）是实现目的的方法，显然，这些作为方法的参数只能是物理的而不能是数学的，否则无法操作。

    前已叙及，转差率是人为定义的速度比值，是无法用来控制调速的。例如，效率，要提高效率，实际可操作的方法只能是降低损耗，不可能直接改变的数值。传统公式给出的变S调速方法明显不具有可操作性。

    改变转差率的调速性质表达不明

    很多调速文献认为改变转差率的调速必然降低调速效率，理由似乎是转差率和效率密切相关，事实上这是一个误解。

    引起转差率和效率混淆的关键在于转差功率P_s，电机学在异步机分析时，发现转子不可能完全将电磁功率全部转化成机械功率，其中，总要有一部分功率不能完成转换，进一步研究发现，不能转化为机械功率的部分总是和转差率相关，而且有

，

定义

，

于是

。

需要强调指出，转差功率依然是人为定义的，所表达的含义是电磁功率中所没有转化为机械功率的部分。至于这部分功率如何归属、如何转化，定义并没有明确。

    特殊的，当异步机自然运行——即没有任何人为的干预时，没有转化为机械功率的部分——转差功率唯一的归属是损耗，因此，转差功率在这样的前提之下和转子的损耗功率相等，即

，

注意这种相等仅仅是数值的等量，而且是有条件的，不要因此就把转差功率误认为就是损耗功率。可见公式对变转差率调速的性质没有表明，而认为变s就是降低效率的观点缺乏科学依据。

    如何改变转差率实现调速？

    基于转差率无法直接改变，于是，似乎可以根据式1，通过改变n或n₁来改变s，其实逻辑错误，无法实现。首先不可能设想通过n来改变s，理由是因果不能倒置；其次是n₁按式3只有通过改变极数或频率方可实现，又重复了上述的方法。

    鉴于电机学有

，

等相关表达式，是否可以通过控制转子频率f₂，或转子运行电动势E_2s，以及转差功率P_s改变转差率？深入研究发现，f₂、E_2s都只能通过P_s控制才能改变，而这个问题又回到前面的转差率和效率上了。

    由于s仅仅是一个数学量，只有物理量才具有实质意义，因此，即使通过上述的方法实现了转差率的改变，我们也不能认为改变转差率才是调速的实质，相反，调速的实质应该是功率控制，这一点，传统公式也无法自圆其说。

    传统电机学的异步机转速表达式是基于转差率的人为定义式所产生，虽经数学变换，但依然是定义式而不是公式。

    指导科学实践的只能是公式（定律）而不能是人为的定义式，因此传统异步机转速表达式不能成为调速的科学依据。

    异步机的调速实践和传统表达式存在诸多矛盾，进一步验证了传统表达式存在的问题。