變頻調速電機設計制造中的問題及對策

宋小亮

摘 要：變頻技術是電力電子技術的重要組成部分，在社會生產及生活過程中具有良好的應用價值，為了更好的滿足社會經濟建設需求，加大力度對變頻調速電機的設計制造情況進行分析和研究，針對其中存在的問題提出有效的對策措施，僅供相關人員參考。

關鍵詞：變頻調速電機；設計；制造；問題；對策

變頻調速電機通過不同的轉速和扭矩，有效的適應了負載的需求變化，切實提高了電機繞組的絕緣性能，實際工作效率較高，噪聲低且可靠性較好，在化工、冶金、輕工業以及紡織等領域中都具有良好的應用效果是一種比較理想的調速動力源。就變頻調速電機設計制作的實際情況來看，其中電動機的效率以及溫升問題、電動機絕緣強度問題等，都會在一定程度上對變頻調速電機的實際使用價值產生一定程度的影響，在此種情況下，加強對變頻調速電機的設計及制造過程中的問題進行分析，具有一定的重要性。

1 變頻變壓調速電源對電機造成的影響

1.1 電動機的效率和溫升問題

不同形式的變頻器在運行中都會產生不同程度的諧波電壓和電流，因而使電動機在非正弦電壓和電流下運行。在試驗中，若普通異步電動機運行在變頻輸出的非正弦電源情況下，其溫度會升高10%-20%。

1.2 電動機絕緣強度問題

目前中小型變頻器不少是采用PWM的控制方式。它的載波頻率約為幾千赫到十幾千赫，這就使電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當于對電動機繞組反復施加陡度很大的沖擊電壓，使電動機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗。另外由PWM變頻器產生的矩型斬波沖擊電壓疊加在電動機運行電壓上，會對電動機的對地絕緣構成威脅，對地絕緣在高壓的反復沖擊下會加速老化。

1.3 諧波電磁噪聲與振動

變頻電源中含有的各次時間諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力，當電磁力波的頻率和電動機機體構件固有振動頻率一致或接近時，將產生共振現象，從而加大噪聲。

1.4 電動機對頻繁起動、制動的適應能力

由于采用變頻器供電后，電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式起動，并可利用變頻器所供的各種制動方式進行決速制動，為實現頻繁起動和制動創造了條件，因而電動機的機械系統和電磁系統處于循環交變力的作用下，給機械結構和絕緣結構帶來疲勞和加速老化問題。

1.5 低速時的冷卻問題

因普通異步電動機的阻抗不盡理想，當電源頻率較低時，電源中高次諧波所引起損耗顯得較大。其次，普通異步電動機在轉速較低時，卻風量將與轉速的，方成比例減少，這必將使電動機的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，而難以實現恒轉矩輸出。

2 變頻調速電機在設計過程中的對策分析

就實際情況來看，變頻變壓對電動機電源具有重要的影響，使得普通異步電動機在變頻調速情況下不適宜運行。針對此種情況，相關設計人員在對調速電動機進行設計的過程中，應當設計出具有良好適應性的變頻調速電源，以保證異步電動機在變頻變壓下能夠穩定運行。相關研究資料顯示，變頻變壓下運行的異步機的設計與傳統的異步機的設計存在一定差異，本文主要就以下幾方面進行分析：

2.1 設計

就變頻變壓調速的異步電動機的實際情況來看，臨界轉差率雨季電源頻率成反比關系，因此在變頻調速電機的實際設計過程中，通過正確的轉子電阻和轉子漏抗，能夠有效的降低電源頻率，針對此種情況，可以再設計過程中最大程度上減小定子和轉子電阻。也就是說，定子的減小，能夠有效的降低基波銅耗和低速時定子的電阻壓降，一定程度上對低速時的轉矩脈動進行合理抑制，促進最大轉矩的上升。

與此同時，在實際設計過程中應當適當增加電動機的電感，從而切實提高高次諧波的抑制效果。此種情況下，隨著電源頻率的加大，最大轉矩不斷降低，極易導致電動機難以維持恒定功率進行運行，此種情況表明，在變頻調速電機的實際設計過程中，應當對變頻電機的整體調速范圍內阻抗匹配的合理性進行有效的把握，確保電動機漏抗的實際大小滿足變頻調速電機的設計標準。除此之外，變頻調速異步電動機的主磁路設計具有一定的特殊性，通常情況下應當設計秤不飽和狀態，從而在低頻狀態時，切實提高輸出轉矩，切實提高變頻器的輸出電壓。

2.2 結構設計

在變頻調速電機的結構設計過程中，應當遵循一定的設計原則，并充分考慮非正弦電源的實際特性可能對變頻電機的絕緣結構的影響，包括振動、噪聲以及冷卻方式等方面。因此在變頻調速電機的結構設計過程中，相關設計人員應當對絕緣等級進行明確，在充分衡量和分析絕緣耐沖擊電壓能力的基礎上，對地絕緣和線匝的絕緣強度進行加強，從而切實保證變頻調速電機的結構設計的合理性和科學性。與此同時，設計人員應當針對電機的震動噪聲問題進行系統化分析，進而對其進行合理的設計，除選擇合適的定子轉子槽配合外，還應當充分考慮電動機結構構件剛性和整體效果，盡可能減少各次力波產生共振現象，最大程度上提高電動機結構的固有頻率，從而切實維護電動機的平衡穩定運行。

變頻調速電機結構設計過程中，應當充分考慮其與普通電機互換性問題，并對變頻電動機在低速運轉時的冷卻問題進行深入分析，結合轉速的控制范圍來采取有效的降容措施，切實保證結構設計的合理性。除此之外，設計人員應當對電動機的最高轉速問題進行考慮，在設計中對結構件的強度、噪聲以及軸承極限轉速進行科學化設計，確保變頻調速電機的設計滿足社會發展的實際需求。

3 變頻調速異步電動機在制造時采取的對策

3.1 絕緣處理

盡管電機設計時已考慮到絕緣系統的耐熱等級的適應性，但每相繞組線圈首末匝引線及連接線要采取加包補強絕緣。繞組端部綁扎及包扎均必須采取加強措施。

3.2 保證零部件機械加工尺寸精度。為了降低電動機的振動和噪聲，應嚴格控制機座端蓋等相關零部件尺寸精度和形位公差，提高定轉子沖片精度和減小定轉子氣隙偏心，以消除磁不平衡。

3.3 提高轉子的動平衡精度，使轉子殘余不平衡力降低至最低極限。

3.4 對恒功率變頻調速電機，當轉速超過3000r/min時，應采用耐高溫的特殊潤滑脂，以補償軸承的溫度升高。

結束語

變頻電機是科技和電子技術發展的重要產物。變頻電機的應用不僅節省了電力資源也使人們的生活更加快捷和便利。隨著變頻技術在我國各個領域的廣泛應用，其技術水平得到了不斷的發展和完善。變頻電機通過對其在設計和制造中產生的問題進行分析，不僅能夠得到科學的解決問題措施，也使變頻電機技術能夠更加完善的適應于當前的時代發展。■

參考文獻

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