1.普通異步電機是按恒頻恒壓設計的，不可能完全滿(mǎn)足變頻調速的要求。以下是變頻器對電機的影響

1、電機的效率和溫升。

無(wú)論哪種變頻器，在運行中都會(huì )產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使得電機在非正弦電壓和電流下運行。盡管有資料的介紹，但以常用的正弦波PWM逆變器為例，其低次諧波基本為零，剩余的高次諧波分量約為載波頻率的兩倍，為2u 1(u為調制指數)。

高次諧波會(huì )引起定子銅耗、轉子銅(鋁)耗、鐵耗和附加損耗的增加，其中最顯著(zhù)的是轉子銅(鋁)耗。由于異步電機以接近基頻的同步轉速旋轉，高次諧波電壓在以較大的轉差率切割轉子線(xiàn)棒后會(huì )造成很大的轉子損耗。此外，還應考慮集膚效應引起的額外銅消耗。這些損耗將導致電機產(chǎn)生額外的熱量，降低其效率和輸出功率。比如一臺普通的三相異步電動(dòng)機，在變頻器輸出非正弦功率的情況下運行，其溫升一般會(huì )增加10%-20%。

2.電機絕緣強度

目前很多中小型變頻器都采用PWM控制方式。他的載波頻率大約是幾千到十幾千赫茲，使得電機的定子繞組承受了很高的電壓上升率，相當于給電機施加了一個(gè)很陡的沖擊電壓，使得電機的匝間絕緣承受了嚴峻的考驗。另外，PWM逆變器產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電機的運行電壓上，會(huì )對電機對地絕緣造成威脅，對地絕緣在高壓的反復沖擊下會(huì )加速老化。

3.諧波電磁噪聲和振動(dòng)

當普通異步電機由變頻器供電時(shí)，電磁、機械、通風(fēng)等因素引起的振動(dòng)和噪聲會(huì )變得更加復雜。變頻電源中包含的時(shí)間諧波干擾電機電磁部分固有的空間諧波，形成各種電磁激振力。當電磁波的頻率與電機本體的固有振動(dòng)頻率相同或接近時(shí)，就會(huì )發(fā)生共振，從而增加噪音。由于電機工作頻率范圍寬，變速范圍大，各種電磁波的頻率很難避開(kāi)電機各部件的固有振動(dòng)頻率。

4.電機對頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)的適應性

使用變頻器供電后，電機可以在很低的頻率和電壓下無(wú)沖擊電流啟動(dòng)，變頻器提供的多種制動(dòng)方式可用于快速制動(dòng)，為頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng )造了條件。因此電機的機械系統和電磁系統處于循環(huán)交變力的作用下，給機械結構和絕緣結構帶來(lái)疲勞和加速老化問(wèn)題。

5.低速時(shí)的冷卻問(wèn)題

首先，異步電機的阻抗并不理想。當電源頻率較低時(shí)，電源中的高次諧波造成的損耗較大。其次，普通異步電機轉速降低時(shí)，冷卻風(fēng)量與轉速的三次方成正比減少，導致電機低速冷卻條件惡化，溫升急劇增加，難以實(shí)現恒轉矩輸出。

6.變頻電機的工作原理

下圖(a)是拆卸下來(lái)的風(fēng)扇電機的照片。風(fēng)扇使用變頻電機，這可以從線(xiàn)圈的位置識別。下圖(b)是變頻電機的控制電路板。控制芯片將集成DSP和驅動(dòng)器的功能，從而簡(jiǎn)化電路結構。通過(guò)對控制芯片編程，可以改變電機速度。

二、變頻電機的特點(diǎn)

1.電磁設計

對于普通異步電動(dòng)機，重新設計時(shí)要考慮的主要性能參數是過(guò)載能力、起動(dòng)性能、效率和功率因數。然而，變頻電機

2)為了抑制電流中的高次諧波，需要適當增加電機的電感。但轉子槽的漏抗較大，其趨膚效應也較大，高次諧波的銅耗也增加。因此，電機的漏抗要考慮整個(gè)調速范圍內阻抗匹配的合理性。

3)變頻電機的主磁路一般設計成不飽和狀態(tài)。首先，認為高次諧波會(huì )加深磁路的飽和。第二，認為為了提高低頻時(shí)的輸出轉矩，應該適當提高變頻器的輸出電壓。

2.結構設計

在重新設計結構時(shí)，主要考慮非正弦電源的特性對變頻電機絕緣結構、振動(dòng)和噪聲冷卻方式的影響。一般來(lái)說(shuō)，應注意以下問(wèn)題：

1)絕緣等級，一般為F或更高，以加強對地絕緣和匝間絕緣的強度，特別是考慮絕緣承受沖擊電壓的能力。

2)對于電機的振動(dòng)和噪聲，應充分考慮電機部件和整體的剛度，盡可能提高其固有頻率，避免與各種力波共振。

3)冷卻方式：一般采用強制通風(fēng)冷卻，即主電機的冷卻風(fēng)扇由獨立電機驅動(dòng)。

4)防止軸電流的措施。容量超過(guò)160KW的電動(dòng)機應采取軸承絕緣措施。容易產(chǎn)生磁路和軸電流的不對稱(chēng)。當其他高頻元件產(chǎn)生的電流共同作用時(shí)，軸電流會(huì )大大增加，導致軸承損壞。因此，一般應采取絕緣措施。

5)對于恒功率變頻電機，當轉速超過(guò)3000轉/分鐘時(shí)，應采用耐高溫的專(zhuān)用潤滑脂來(lái)補償軸承的溫升。

6)變頻控制原理

Eg=4.44f1N1kn1m

控制公式

eg——定子每相氣隙磁通的感應電動(dòng)勢的有效值；

F1 -定子頻率；

N1 -定子每相繞組的串聯(lián)匝數；

Kn1 -基波繞組系數；

——每極的氣隙磁通量；

以下基頻速度調節

由“控制公式”可知，只要Eg /f1保持不變，m就可以保持不變。然而，很難直接控制繞組中的感應電動(dòng)勢。當電動(dòng)勢較高時(shí)，定子繞組的阻抗壓降可忽略不計，可確定U1Eg，則U1 /f1=常數；在低頻時(shí)，U1和Eg相對較小，因此不能忽略。可以人為提高U1來(lái)補償定子繞組的阻抗壓降。

基頻以上速度調節

當速度被調節到高于基頻時(shí)，頻率上升，但是U1不能大于額定電壓U1n。最多只能讓U1=U1n。所以從公式‘控制公式’可以看出，這會(huì )迫使磁通與頻率成反比，相當于DC電機弱磁提速的情況。

綜合以上兩種情況，就可以得到上圖所示的異步電機變頻調速特性。這也是變頻電機調速的V/F曲線(xiàn)。實(shí)際上，V/F開(kāi)環(huán)控制也遵循這條曲線(xiàn)。

三。實(shí)際應用對比

1.電機效率和溫升在變頻驅動(dòng)下，變頻電機的效率會(huì )高10%左右，而溫升會(huì )低20%左右，特別是在矢量控制或直接轉矩控制的低頻區域。

2.對于需要頻繁啟動(dòng)、頻繁調速和頻繁制動(dòng)的場(chǎng)合，變頻電機優(yōu)于普通電機。

3.在電磁噪音和振動(dòng)方面，變頻電機在變頻驅動(dòng)時(shí)比普通電機噪音更低，電磁振動(dòng)更小。

4.電機的絕緣強度。由于變頻電機是專(zhuān)門(mén)為變頻器的驅動(dòng)而設計的，可以承受較大的du/dt，所以變頻電機的絕緣強度較高。尤其是在DTC控制模式下，對電機的絕緣強度是一個(gè)極大的考驗。