傳統異步機調速表達式的商榷

    交流調速的發展必須基于調速理論的科學指導，而傳統交流調速在理論和表達式等方面都暴露出很多問題和缺陷，如果不能及時糾正，不僅調速技術無法進步，而且傳統調速理論的傳承，必然將其缺失影響到該學科的學習者，其后果可想而知。

    受到受傳統理論的影響，目前學術界較普遍地認為，異步機調速的最佳途徑在于改變同步轉速，對于其它調速方式則不予支持。而且由此得出“變頻調速方法與變轉差調速方法有本質不同，從高速到低速都可以保持有限的轉差率，因而變頻調速具有高效率、寬范圍和高精度的調速性能。可以認為，變頻調速是交流電動機的一種比較合理和理想的調速方法”。這一觀點不僅局限了交流調速的發展，而且也和調速的實踐嚴重不符。

    限于篇幅，本文重點討論傳統交流調速的表達式存在的問題，至于所提出的電動機統一調速原理，以及交流調速公式將在另外文章中論述。

    公式是客觀規律的數學表達形式，它只能產生于已有的定律和公式，而不能產生于人為的定義。傳統電動機學的異步機轉速表達式是這樣建立的，首先定義轉差率s，   

令 ：                         

式中:  n₁為同步轉速；

       n 為機械轉速。

由式（1），經代數變換得

，         （2）

由于恒等變換不改變等式性質，可見式（2）仍然是定義式，它是式（1）的另外一種表達形式。

又，由于

 ，                 （3）

將式（3）代入定義式（2），于是

  。          （4）

    應該注意，式（4）與式（2）沒有本質變化，盡管式（3）是公式，但它僅僅起到n₁的代換作用，并沒有改變式（1）、（2）定義式的性質。因此轉速表達式（4）只是人為的定義式，并非公式，自然不能成為交流調速的理論依據。

    實踐是檢驗定律和公式科學與否的標準。如果 是科學的，其指導下的各種調速方法都必須涵蓋在公式的內涵之中，不得出現特殊的意外。

    按，要實現異步機調速可以單純地改變定子電壓（電流）的頻率f₁，然而實踐表明，對于絕大多數的降頻調速，如果單純降頻而不同時降壓，異步機將會損耗增大、劇烈發熱，根本就不能正常調速運行。實際的變頻調速，無一例外地都采取變頻+調壓的控制，而且要求U₁/f₁——壓頻比近似為常量，近代的有關文獻將其簡稱為“VVVF”控制（實際是變壓、變頻的英文縮寫）。

    然而傳統調速公式根本就沒有體現定子電壓U₁，更無從顯示調壓的必要性，顯然，這樣嚴重的疏漏對于科學公式是不能容忍的。

    實際改變極對數p的調速是改變異步機的繞組結構，可以看作兩臺具有公用轉子的異步機的選擇控制。但是，在實際的變極調速中，問題也不是如傳統調速公式所表示的那么簡單。例如將一臺2極異步機，簡單地通過繞組接線的變換改接成4極異步機，繞組的有效串聯匝數不變，結果4極狀態運行下的異步機將嚴重發熱，甚至燒毀。實際的變極調速異步機，結構大概有兩種，一種是雙繞組型，即兩個繞組對應各自的極數，運行時選擇其中一個極數，只有一個對應的繞組工作。另一種是單繞組，在改變極數的同時還要改變繞組的有效匝數，通常，高極數的有效匝數大于低極數的有效匝數，特點為變極+調匝。顯然，傳統公式也沒有全面表達出變極調速實踐的內涵。

    傳統公式在此方面存在的問題更多。

    轉差率是數學量，調速如何操作？

    物理公式除了數學意義之外，更主要的是物理內涵，作為物理公式，通常方程左邊（參數）是目的，方程右邊（參數）是實現目的的方法，顯然，這些作為方法的參數只能是物理的而不能是數學的，否則無法操作。

    前已敘及，轉差率是人為定義的速度比值，是無法用來控制調速的。例如，效率，要提高效率，實際可操作的方法只能是降低損耗，不可能直接改變的數值。傳統公式給出的變S調速方法明顯不具有可操作性。

    改變轉差率的調速性質表達不明

    很多調速文獻認為改變轉差率的調速必然降低調速效率，理由似乎是轉差率和效率密切相關，事實上這是一個誤解。

    引起轉差率和效率混淆的關鍵在于轉差功率P_s，電機學在異步機分析時，發現轉子不可能完全將電磁功率全部轉化成機械功率，其中，總要有一部分功率不能完成轉換，進一步研究發現，不能轉化為機械功率的部分總是和轉差率相關，而且有

，

定義

，

于是

。

需要強調指出，轉差功率依然是人為定義的，所表達的含義是電磁功率中所沒有轉化為機械功率的部分。至于這部分功率如何歸屬、如何轉化，定義并沒有明確。

    特殊的，當異步機自然運行——即沒有任何人為的干預時，沒有轉化為機械功率的部分——轉差功率唯一的歸屬是損耗，因此，轉差功率在這樣的前提之下和轉子的損耗功率相等，即

，

注意這種相等僅僅是數值的等量，而且是有條件的，不要因此就把轉差功率誤認為就是損耗功率?？梢姽綄ψ冝D差率調速的性質沒有表明，而認為變s就是降低效率的觀點缺乏科學依據。

    如何改變轉差率實現調速？

    基于轉差率無法直接改變，于是，似乎可以根據式1，通過改變n或n₁來改變s，其實邏輯錯誤，無法實現。首先不可能設想通過n來改變s，理由是因果不能倒置；其次是n₁按式3只有通過改變極數或頻率方可實現，又重復了上述的方法。

    鑒于電機學有

，

等相關表達式，是否可以通過控制轉子頻率f₂，或轉子運行電動勢E_2s，以及轉差功率P_s改變轉差率？深入研究發現，f₂、E_2s都只能通過P_s控制才能改變，而這個問題又回到前面的轉差率和效率上了。

    由于s僅僅是一個數學量，只有物理量才具有實質意義，因此，即使通過上述的方法實現了轉差率的改變，我們也不能認為改變轉差率才是調速的實質，相反，調速的實質應該是功率控制，這一點，傳統公式也無法自圓其說。

    傳統電機學的異步機轉速表達式是基于轉差率的人為定義式所產生，雖經數學變換，但依然是定義式而不是公式。

    指導科學實踐的只能是公式（定律）而不能是人為的定義式，因此傳統異步機轉速表達式不能成為調速的科學依據。

    異步機的調速實踐和傳統表達式存在諸多矛盾，進一步驗證了傳統表達式存在的問題。