浅谈变频调速异步电动机的设计要点

【摘

 要】根据交流调速系统的特点及逆变器运行时对变频电机工作的影响，从系统的角度对

变频电机在电磁设计、耐电晕绝缘系统、轴承绝缘技术、结构设计方面加以阐述。

 

　　【关键词】变频电机

 设计 交流调速系统 变频器 谐波 

　　

 

　　一、变频器运行时对变频电机工作的影响

 

　　

 

　　在变频电机调速控制系统中，采用电力电子变压变频器作为供电电源，供电系统中电
压除基波外不可避免含有高次谐波分量，对外表现为非正弦性，谐波对电机的影响主要体
现在磁路中的谐波磁势和电路中的谐波电流上，不同振幅和频率的电流和磁通谐波将引起
电动机定子铜耗、转子铜

(铝)耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜(铝)耗。这些

损耗都会使电动机效率和功率因数降低。同时，这些损耗绝大部分转变成热能，引起电机附
加发热，导致变频电机温升的增加。如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电
源条件下，其温升一般要增加

10%～20%。同时这些谐波磁动势与转子谐波电流合成又产生

恒定的谐波电磁转矩和振动的谐波电磁转矩，恒定谐波电磁转矩的影响可以忽略，振动谐
波电磁转矩会使电动机发出的转矩产生脉动，从而造成电机转速

(主要是低速时)的振荡，

甚至引起系统的不稳定。谐波电流还增加了电机峰值电流，在一定的换流能力下，谐波电流
降低了逆变器的负载能力。对于变频电机，如何在设计过程中采取合理措施避免或减小应用
变频器所带来的影响，以求得系统最佳经济技术效果，是本文讨论的重点。

 

　　

 

　　二、变频电机设计特点

 

　　

 

　　对于变频电机，其设计必须与逆变器、机械传动装置相匹配共同满足传动系统的机械特
性，如何从调速系统的总体性能指标出发，求得电机与逆变器的最佳配合，是变频电机设
计的特点。设计理论依据交流电机设计理论，供电电源的非正弦以及全调速频域内达到满意
的综合品质因数是变频电机设计中需要着重注意的两个问题，设计中参数的选取应做特别
的考虑。与传统异步电机相比，一般变频电机设计有如下一些特点：

 

　　

1.用于变频调速的异步电动机要求其工作频率在一定范围内可调，所以设计电机时不

能仅仅考虑某单一频率下的运行特性，而要求电机在较宽的频率范围内工作时均有较好的
运行性能。如目前大多调速异步电动机的工作频率在

5Hz~100Hz 内可调，设计时要全面考

虑。

 

　　

2.变频电机在低速时降低供电频率，可以把最大转矩调到起动点，获得很好的起动特

性，因而在设计变频电机时不需要对起动性能作特别的考虑，转子槽不必设计为深槽，从
而可以重点进行其它方面的优化设计。

 

　　

3.变频电机通过调节电压和频率，在每一个运行点都可以有多种运行方式，对应多种

不同的转差频率，因而总能找到最佳的转差频率，使电机的效率或功率因数在很宽的调速
范围内都很高。因而，变频电机的功率因数和效率可以设计得更高，功率密度得以进一步提
高。现有数据表明：在额定工作点，逆变器供电下的异步电机效率比普通电机高

2%~3%，

功率因数高

10%~20%。 

　　

4.变频电机采用变频装置供电，输入电流中含有较多的高次谐波，产生电机局部放电

和空间电荷，增大了介质损耗发热和电磁振动力，加速了绝缘材料的老化，所以应加强电
机绝缘和提高整体机械强度，变频电机的绝缘强度一般要达到

F 级以上。 

　　

5.变频供电时产生的轴电压和轴电流会使电机轴承失效，缩短轴承使用寿命，必须在

设计上要加以考虑。对较小的轴电流，可以适当增大电机气隙和选用专用润滑脂；另外，增