浅谈变频异步电机的设计及特点

姚桂颖

（南阳防爆（苏州）特种装备有限公司，江苏 苏州215211）

在变频电机的控制系统中，大多数都采取变压变频器作为供电来源，在整个供电系统中，不可避免地需要高次谐波分量，对其外表也应体现为非正弦性，在谐波磁势和电路中都会对电机的谐波电流产生影响，这样在无形中就会使电机的定子铜耗、转子铜耗、铁耗、附加损耗增加，其中表现最为明显的则是转子铜耗。这些损耗都会使电动机效率和功率降低。而这些损耗大部分也会转化为热能，引起变频电机温度增加，同时增加谐波磁动势和转子谐波电流的合成。因此，如何在变频异步电机的设计过程中避免应用变频器带来的影响成为本文讨论的重点。

1 变频异步电机的总体设计及特点

第一，在一定范围内可以调整变频异步电动机的工作频率，即在某一频率下的运动特定应在设计电机时全面地考虑进去，在较宽的频率范围内应有较好的运动性能，比如目前大多数调速异步电动机的工作频率都在一个标准的范围内，在设计时应全面考虑。

第二，在低速时供电频率可以转矩调整到启动点，这样可以有效地提高变频异步电机的启动特性，这时变频异步电机就不需要考虑启动性，而要对转子槽等其他重点的性能上做优化设计。

第三，变频异步电机在运动垫上有多种方式，特别是在电压和频率上，不同的频率能够找到最优化的转差频率，能够让电机的功率在一个很宽的调速内达到高水平运转。此时，变频电机的功率会在效率上提高很多，其功率密度也会得到进一步的提升。

第四，在变频供电过程中，轴电压和电流会使电机轴承失效，同时会缩短轴承的使用寿命，在这点设计上必须加以考虑。对于较小的轴电流来说，可以对电机气隙和专营润滑脂进行适量的增大，还可以通过电刷接地的形式增加轴承的电气绝缘，这样可以有效地解决轴承损坏的问题，而对于过高轴的电压来说，不能割断轴电流的回路，这样用陶瓷滚子轴承或实现轴承室绝缘。同时降低逆变器输出端的滤波也能够有效地减小脉冲电压。

2 变频异步电机中的电磁设计及特点

为了能够进一步满足变频调速异步电机的高性能需求，在变频异步电机的设计中，应在原有普通异步电机设计的基础上，充分考虑因变频调速所带来的不同影响因素，提供更加合理、更加细致的设计，进而满足变频电机设计参数变化与设计目标之间的关系。尤其需要注意的是，在变频异步电机的电磁设计中，不能够仅仅局限于某一工作状况的参数，而应该在设计参数与性能要求之间进行折中选择，从而使每一个频率点的转矩都能够满足额定参数的要求，最高磁参数也能够满足材料的性能要求。此外，由于谐波电流会产生谐波磁势，所以为了能够进一步降低变频器谐波对异步电动机的影响，应该将谐波电流限制在规定范围之内。

3 变频异步电机中的绝缘设计及特点

通过分析可知，处于逆变电源供电环境之下的电机，其绝缘系统往往承受着更高的介电强度。尤其是与正弦电压、电流供电相比，使用变频器供电的电机，其绕组线圈上的电应力有着如下两个特点：第一，线圈上的电压分布不均，尤其是定子绕组的首端几匝上几乎承担了80%的过电压幅值，高于平均匝间电压的10倍。也正因如此，变频电机绕组常常发生绝缘击穿问题。第二，匝间绝缘上的电压，无论是在形状、极性，还是电压增幅上，其性质都有很大的差异。所以，变频电机的匝间绝缘往往存在过早老化或破坏问题。因此，从绝缘方面入手，变频电机在绝缘设计中，应该具备以下几点：第一，绝缘应具备良好的耐冲击电压性能。第二，绝缘应具备良好的耐局部放电性能。第三，绝缘应具备良好的耐热、耐老化性能。

4 变频异步电机中的结构设计及特点

第一，以变频供电电动机为例，和普通的电机相比，能够使供电电机在电磁、机械、通风等多方面的振动和噪声得到优化，即使这些技术相对复杂，也能够得到最优处理。所以，在对电动机进行分析和加强设计时，要充分考虑电机结构和内部整体刚度，尽量避免电动机频率不稳等现象，排除各个力波产生的共振。

第二，变频异步电机在冷却方式上，应该采取强迫通风的冷却方式，即为主电机的散热风扇提供独立的电机驱动，进而使其无论任何时速下运行都能够维持足够的散热风量。

第三，因为变频电机在运行中会承受较大的冲击与脉振，因此，在电机组装中，应该为电机轴承预留一定的轴向窜动量以及径向间隙，进而满足实际运行需求。

5 结语

综上所述，变频异步电机变频设计的不同会对变频电压的供电产生较大影响，其性能与普通异步电机的设计本体调速设计也密切相关。从这一方向上来看，变频异步电机的设计要同时将电机本体和调速系统统筹兼顾，这样才能够使变频异步电机的设计变得灵活，但在无形中也增加了高性能变频异步电机调速系统设计的复杂程度。因此，只有不断总结经验，将变频器和控制策略进行结合，才能从总体上不断设计和优化电机性能，让变频异步电机发挥更大的作用。

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