变频调速电机设计制造中的问题及解决策略

徐跃峰

摘 要： 本文選择就变频调速电机设计制造中的问题及解决策略这一论点进行分析和研究，为了确保分析和研究的全面性，设计如下研究框架。首先，阐述变频调速电机设计特点，利于进一步区分传统异步电机与变频调速电机区别。其次，立足实际，分析变频调速电机设计中存在问题，了解设计中不足。最后，结合变频调速电机设计中不足，探索变频调速电机设计方法，力求完善以往设计缺陷，提升设计效果以及制造质量。

关键词： 变频调速电机;设计制造;问题;解决策略

【中图分类号】TG519     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.38.148

前言：现阶段，科学技术高速发展，带动微机技术、电力电子技术以及交流交频技术的发展，丰富现代化控制理论。就交流交频技术来说，在新形势下，交流交频技术得到进一步发展，使其在各个领域广泛应用，包括炼钢领域、造纸领域、家电以及石油行业等，均被大力应用。为了发挥交流交频技术最大优势，促进各个领域的发展，应重视变频电机的设计和制造方面工作，做好电磁设计以及绝缘处理，最大限度控制定子以及转子的电阻，这样利于变频调速电机更好服务传动系统，提升应用性，并促进交流交频技术进一步发展。

1 变频调速电机设计特点

变频调速系统主要包括，可编程程序控制设备、变频器、变频调速感应电动机、控制软件以及终端执行软件等各个智能器件。各个设备以及器件，构成了变频调速的开环与闭环交流调速系统。该系统的应用，完善以往直流调速以及机械调速不足，使得生产效率和机械化程度得到提升，设备更加的智能化与小型化。

变频器调速电机设计较为重要，详细来说，其设计特点包括以下几个方面。

其一，变频调速机的设计应具备较高的激磁电抗以及功率因数，可以控制谐波电流以及磁通的振动幅度，实现转矩脉动的最小化，降低损耗[1]。

其二，变频调速电动机的气隙场，较为均匀，利于有效控制电流。

其三，由于转子槽漏抗较大，因此集肤效应显著，这样将增加铜耗。因此，为了有效控制电流中的高次谐波，变频调速机设计期间，要适当的增加电感。电阻机漏抗的设计，需全面兼顾，保证内抗组匹配的科学、合理性。

其四，变频调速机结构的设计中，常选择F级别或者更高级别。与此同时，设计期间要考虑到绝缘耐冲击电压的影响，进一步增强地绝缘以及线匝绝缘的强度。

其五，冷却方式的选择，可选择强迫通风冷却的方法，也就是利用主电机散热风扇来进散热，通过独立设计，可以有效调控电机的温度，利于其更好的运行，

2 变频调速电机设计制造中的问题

2.1 谐波电磁噪声和振动问题

谐波电磁噪声和振动问题，也是变频调速机设计和制造期间常见问题。一部普通电动机在利用变频器进行供电时，受到通风、机械、电磁等不同因素影响，导致出现振动和噪声问题。变频器电源内含有各次时间的谐波以及电动机电磁的固有部分也存在较大的谐波，电源与电动机内部谐波二者相互碰撞，将产生干扰。同时，当电源和电动机内部的谐波振动频率趋于一致或者接近时，也会引发共振问题，进而增加噪声[2]。

2.2 电动机绝缘强度方面问题

中小型变频器大部分采用PWM这一控制方法。此方法应用期间，载波的频率可达到几千，甚至十几千赫，这就导致电动机定子的绕组负载压力不断增加，在反复对绕组施压后，影响电动机的绝缘性[3]。此外，PWM变频设备的应用，也会产生矩形的斩波，此电波电压不断叠加在电动机设备上，对电动机绝缘性能带来威胁，在长期反复的冲击下，电动机会迅速老化。

3 变频调速电机设计制造中问题的解决举措

3.1 电磁的设计

电磁的设计需要考虑到性能的参数，包括功率因数、启动性能、过载力等。此外，受到临界转差率的与电源频率二者电源频率的影响，需要选择适合的转子电阻以及转子抗漏，可有效控制频率，确保其最低[4]。详细来说，电磁设计期间，也要做好以下几个方面工作。

其一，应最大限度的减小定子与转子的电阻。这样可以有效控制基波铜耗，也能够弥补谐波所导致铜耗的增加，控制低速以及低频中电子电阻的电压，提升转矩。这样调频电机可以利用较大的电阻值来获取足够的电阻定转矩。控制转子电阻值最低，可以减少由于高次谐波以及基波最产生转子的铜耗，也可以控制低速时转矩的脉动。

其二，为了控制电流中存在的高次谐波，需适量增加电动自设备电感。但是由于受到转子槽漏抗较大的影响，导致其集负的效应也较大，这样将增加谐波铜耗损。此外，电动机如果具备较大转子，其在恒功调速区域中运行，会出现转矩降低现象（伴随电源频率的逐渐增加转矩相应降低）。所以，为了保证电动机有效运行，要确保漏抗大小合理性，结合调速的范围以及内阻抗匹配的合理性进行设计[5]。

3.2 结构的设计

结构设计期间要注意以下几个方面。其一，结构设计中，绝缘等级需要设计为F级别或者更高的级别。也要重视地绝缘以及线匝的绝缘程度设计，进一步考虑到绝缘耐冲压力带来影响。

其二，为了避免出现电动机噪声以及振动问题，在电磁设计期间应注意定子以及转子槽的选择和配合，并考虑到电动机结构件和整体的刚性，最大限度提升固有的频率，避免各次力波出现共振的现象。

其三，考虑到低速阶段冷却问题带来的影响，在设计期间，可以先在独立电源供电冷风机，对其实施强迫通风。

结束语：综上所述，变频调速机设计制造期间存在一些问题，如电动机设备温度过高以及效率低下问题，变动及绝缘性能差，强度不够等问题，此类问题，对变频调速机的应用效果带来较大影响。因此，为了避免出现上述问题，完善当下变频调速机应用不足，需在设备设计以及制造期间，做好变频调速机电磁设计、结构设计以及绝缘设计工作，提升工艺应用性，避免设备出现老化等问题。

参考文献

[1] 李楠.变频调速电机设计制造中的问题及对策[J].民营科技，2019（10）：45-45.

[2] 赖俊良，宋佳文.对变频调速异步电机设计与制造技术的探讨[J].中国新技术新产品，2020（12）：29.

[3] 薛锋.矿用隔爆变频调速电机的设计及温度场研究[D].沈阳工业大学，2018.

[4] 王玉军.变频调速电机设计制造中的问题及对策[J].机械工程师，2019（05）：119-120.

[5] 蔡志军，陈劲松.国产变频调速异步电机的设计与制造技术[J].马钢职工大学学报，2020（03）：12-16+24.