隨著各種電力電子器件的不斷更新以及計算機運算速度的提高，交流變頻調速得到了飛速發展，其優良的調速性能、節能特性和較高的可靠性使其應用領域越來越廣泛，現正全面取代直流調速系統，而且逐步擴大到定速系統中。目前交流調速系統在工業各領域，甚至家用電器等各方面得到全面的應用。但作為變頻調速的執行機異步電動機，絕大多數系統仍采用普通的異步電機。就系統而言，采用變頻調速的目的是充分利用異步電動機的結構簡單、價格低廉、安全可靠、維護方便等優點，通過改變供電頻率的技術克服異步電動機起動困難、調速性能差的缺點。隨著變頻器及調速系統的發展，目前，采用普通異步電動機作為變頻調速系統的執行元件已成為影響系統性能的瓶頸，性能的提高越來越難。

　　研制適合變頻調速系統的變頻電機成為交流調速領域的比較重要的課題。但變頻異步電動機的設計難度較大，因為：一是調速系統所采用的模式各不相同，如SPWM、空間矢量、六階梯波、多重化技術等，而且每種模式還有許多變形，逆變器種類又有電壓型和電流型之分，因此變頻異步電動機的運行條件可謂千差萬別。二是變頻方式運行對異步電機的性能究竟有何影響，人們只知道變頻運行將會改善起動與調速性能，同時會使得電機損耗加大，轉矩脈動增加，散熱出現困難，電流、電壓、磁場諧波成分增加，但缺乏可靠的定量計算。本文給出了變頻運行方式下異步電動機產生的諧波電流、轉矩、損耗的定量計算公式，并把普通異步電動機設計的6個約束條件降為變頻異步電動機設計的3個，大大解放了變頻電機設計。

　　資金項目：安徽省教育廳自然科學基金資助（97L0005）。

　　1變頻運行方式對異步電機運行產生的影響變頻運行方式對異步電機運行產生的影響是多方面的，對這種影響的定量分析對于電機的設計是必要的。由于電流型逆變器與電壓型逆變器供電的交流調速系統有較大的差別，并考慮到后者是中小型交流調速系統的主流，因此這里分析的是電壓型逆變器供電時的異步電動機性能。

　　2.1異步電機諧波電流與磁勢變頻運行時三相異步電機諧波電流可由公由于一般PWM波具有三相對稱性，變頻器輸出的是線電壓，故電機中不含有3的整數倍次電壓諧波、電流諧波（即使有，只要對稱空間，合成磁場亦為零）。因此在PWM波生成時，應使PWM波具有對稱性是很重要的。

　　顯然，式（3）表示的是一個正弦分布、同步速為-im，極對數為0的空間基波反轉磁勢；轉差率為+-1/1n，產生的異步轉矩為制動轉矩。

　　該磁勢是一個正弦分布、同步速為！的正轉空間基波磁勢，當！

　　=1，=1時即為基頻電壓產生的基波電勢=3-2次空間基波磁勢對應的轉差率為%產生拖動性轉矩。

　　2.2異步附加轉矩由，但功率因素低、磁通小，使得起動轉矩小，因此，傳統異步機設計為了滿足恒轉矩負載的要求，使用深而窄的槽形或雙籠，極大限制了體積的減小，從而造成材料的浪費，同時也增加了加工成本。

　　由逆變器供電給變頻電機設計帶來了解放，傳統異步電動機的設計6個約束條件，起動轉矩和起動電流可不再考慮實際上比較大轉矩作為約束條件也沒有必要存在，因為作為變頻器其電流過載能力十分有限，瞬時承受比較大轉矩能力一般也就在17倍額定轉矩，遠小于普通電機的22~28倍。這樣，變頻電機設計時只需考慮溫升、效率、功率因素。因此可以在以下幾方面進行優化：轉子槽不需設計為深槽，可以對電機整體尺寸進行優化，以減小體積和成本轉子槽形的優化可以使轉子齒、軛節省空間；在降低電機整體尺寸、降低成本的基礎上，效率和功率因素均可設計得更高一些。

　　31極數與額定頻率的選擇電機的轉速是由用戶給定的，是一個給定量。在速度一定的前提下，設計時首先要確定電機的極數和額定頻率電機極數的多少與電機的基本尺寸、效率、功率因素有關，是電機的一個重要參數，在設計中是較早需要確定的。和普通電機設計不同，由于頻率可調，因此，極數的選擇便有了較大的靈活性，一般來說在轉速相同的前提下，極數少的電機效率高、功率因素高，但繞組端部較大，用銅量增加，漏抗增加，每極磁通增加，定子軛部增高、定子鐵芯外徑增大；極數多則相反。由于轉速是按用戶提出確定的，不同于普通電機設計，變頻電機可以通過改變供電頻率而改變同步轉速，從而可很方便保持額定速度不變。一般來說以極數在4 ~10極為宜。在電機極數確定之后，依下式即可確定額定頻率。值得一提的是額定頻率應選在變頻器的輸出頻率范圍內。

　　這里要指出的是，大多數交流電機調速運行，是固定在某一轉速上運行或大多數時間運行于這一轉速上的。我們這里討論的是這種定速運行的電機設計，而對于那些需在較為寬廣的速度范圍內運行的電機，其設計基本原理相同，設計也就是尋求在運行范圍內的性價比的優化。當然二者的目的不同，結果也就不同。正因為如此，今后電機也將由過去的通用型為主逐3.2電磁負荷與氣隙的選擇電機的比較大效率出現在銅耗與鐵耗接近相等時，因此選擇電磁負荷應適當控制電、磁負荷的比值，比值過大或過小將導致效率或功率因素的減少。對于電壓型逆變器供電的電機，電、磁負荷之比可略選大一點，也就是在不過份降低功率因素的前提下，適當增加定、轉子漏抗，以諧制諧波電流、轉矩等，考慮到轉子鐵芯采用的也是冷軋鋼片，實際設計中取0.72T，而"）320A/cm，對氣隙的選擇則仍是小一點為好，但由于變頻運行時，轉矩沖擊與脈振較大，因此為避免鐵芯撞碰，氣隙仍應稍大于普通電機。氣隙略大亦可適當抑制磁場諧波。

　　3.3槽形的選擇由于變頻起動時起動轉矩較大而起動電流可控制較小，設計中可首選轉子平行槽，這樣可使轉子磁路更加合理，減少槽深，增大轉子導條的截面，減少損耗，改善電機的輸出特性和提高運行性能，這一點在普通電機設計中是做不到的。同時，對變頻電機轉子是否需要斜槽有不同的看法。普通異步電機斜槽的目的是對寄生于基本磁場的齒諧波予以削弱，克服齒諧波產生的同步附加轉矩對起動的影響；削弱齒諧波產生的附加損耗等不利影響。各類變頻調速運行模式都絲毫不能削弱齒諧波，但采用變頻技術之降壓。頻/之后，同步附加轉矩對起動的影響已甚小，從這一點來說也可不采用斜槽，但齒諧波造成的不利影響還有如損耗加大、電機噪音加大等，綜合考慮還是宜采用斜槽。

　　3.4電機的溫升與散熱變頻電機盡管有較大的諧波電流、諧波轉矩，會帶來附加損耗的增加，但只要在設計中留有一定的裕量，減少基本鐵耗與銅耗，在主要尺寸降低的同時，效率不會低于普通電機。盡管如此，由于其額定頻率較低，對一般自扇冷的電機來說，轉速愈低，散熱效果愈差，溫升與散熱的矛盾就越大。對于恒轉矩負載，額定運行速度較低的電機應采用強化散熱措施，額定轉速在500r/min以下的電機應采用獨立的風機。

　　3.5設計結果基于以上各方面考慮，我們設計了一臺額定功率與額定頻率為7. 5KW、25Hz的變頻異步電動機，其額定轉速為720r/min，4極。相對于同樣額定轉速的50Hz普通異步電動機來說，額定效率增加1個百分點，功率因素增加3個百分點，總體積有所下降，制造成本降低。

　　4結語目前，國外各大公司非常注重變頻電機的開發與生產，并與變頻器配套，發展迅速，以日本東芝為例，推出200KVA以下的變頻電機就有8個系列（通用、精密、單相、主軸、高速、機電一體化及經濟型/.因此，發展變頻調速電機，用各種專用電機來取代原有的通用電機以替代進口已成為我國機電行業的十五“期間的產品結構調整重點。在我國由于對變頻電機的設計理論缺乏研究，至今沒有成熟的變頻電機產品。正是在這一背景下，我們開展了對變頻調速電機的設計進行了初步探討。由于變頻電機設計的約束條件相比于傳統異步電機來說減少一半，因此，給電機設計留下了豐富的空間，相信在此基礎上，我國變頻電機的設計與生產會很快得以發展。