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摘要：随着电机技术的快速发展，人们对变频调速电机设计制造技术提出了新的要求，但我国对此方面的研究还有待进一步深入，本文以变频调速电机的运行原理为基础，从硬件问题和软件问题两个方面分析变频调速电机设计制造存在的常见问题，并提出了相应解决对策，以期为我国变频调速电机的发展有一定帮助。
关键词：变频调速电机；设计制造；常见问题；解决对策
引言：自从进入21世纪以后，我国微机技术、电子技术、自动控制技术都取得了辉煌的成绩，变频调速电机设计制造技术不断完善，使得变频调速电机广泛应用在炼钢、石油、家电等产业。所谓变频调速电机也就是变频器驱动的电机统称，为变频器专门设计的电机成为变频专用电机，电机可以在变频器的驱动下实现不同的转速和扭矩，以满足负载变化的具体需求。但我国变频调速电机设计制造技术的起步比较晚，和很多发达国家相比仍然存在一系列问题，严重制约着我国变频调速电机事业的发展，在此基础上，开展变频调速电机设计制造存在的常见问题及对策的研究和分析就显得尤为重要。
一、变频调速电机工作原理、组成结构、优缺点
（一）变频调速电机运行原理
交流电动机是利用载流导体在磁场中产生电磁力的原理制成，所以在研究变频调速电机运行原理中，就必须先对交流電动机定子绕组通过交流电产生的旋转磁场进行研究。变频调速是通过改变电动机定子电源的频率，来实现调速的方法，相比于变转差率调速和变极调速，
（二）变频调速电机结构
以三相交流变频调速电机为例，其主要组成部件如图1所示：
从图1中可以看出，三相交流变频调速电机主要由定子、机座、转子、端盖等部件组成，其中定子和转子电机传递能量的主要部分。定子是电动机运行过程中不动的部分，由铁心、定子绕组、机座的部件组成，为减少铁芯的铁损，在铁心表面往往增设了硅钢冲片，定子绕组主要由漆包线绕制而成。转子是电动机的旋转部分，主要由转轴、转子铁心、转子绕组、风扇等部件组成。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。是通过变频技术和微电子技术，通过改变电动机工作电源频率方式来控制交流电机电力控制设备，其主要由整流、滤波、你变、制动单元、驱动单元、检测单元微处理等部分组成。
（三）变频调速电机的优点和缺点
变频调速电机具有效率高、应用范围广、调速范围大、精度高等优点，被广泛应用在各大领域当中：其缺点是设计制造技术比较复杂、总价昂贵、维护检修困难且成本比较高。
二、变频调速电机设计制造存在的常见问题
（一）变频调速电机硬件设计制造中存在的问题
1.欠压和过压问题
变频调速电机硬件设计制造是一项综合应用多学科知识和解决系统基础可靠性问题的过程，其中欠压和过压保护电路问题是最常见的问题，电机在上电过程中，必须要有科学合理的欠压保护，当供电电压没有达到规定要求时，运行过程中就会产生一定的PWM波，同时电机在运行中需要做功，从而产生较大的电流，就有可能烧坏电机。当接入系统的电压过高时，如果缺乏过电保护，轻则会烧坏电机系统、重则会发生较大的安全事故。但是在实际设计和制造过程，往往会忽略欠压和过压保护电路的设置，从而造成较大经济损失。
2.电源干扰问题
电源干扰问题是变频调速电机在调试过程中遇到的主要问题，对系统整体的可靠性有非常重要的影响。同时也会促使电磁、机械、通风等因素引起的振动和噪声变得更加复杂多变，再加上电动机频率范围和转速变化范围比较大，使得电磁力波的频率难以避开电动机中其他构件的固有频率，从而加大了电动机运行中产生的噪声。
（二）变频调速电机软件设计制造中存在的问题
1.电动机的效率和温升问题
大量实例表明，变频调速电机在具体运行过程中，难免会产生不同程度的谐波电压和谐波电流，如果产生的谐波频率比较大，就会增加定子和转子的损坏程度，此类损坏问题的存在，都会时电动机产生更多额外发热，从而降低运行效率。同时相关研究表明，如果变频调速电机在非正弦电源条件下工作，其温升率会增加15%～20%。
2.低速时的冷却问题
由于变频调速电机的阻抗效率比较低，当电源频率低于正常运行频率时，就会形成高次谐波，进一步增加了能源的损耗值。同时自扇冷却电动机的导致大在较低转速下，就会冷却风量和转速的比例，从而降低电机低速冷却的效率，不利于变频调速电动机持续稳定的运行。
三、解决变频调速电机设计制造存在的常见问题的对策
（一）解决欠压和过压问题的对策
我国电网电压线性度比较差，经常会发生波动现象，从而导致变频调速电机在运行过程中发生过压或者欠压现象，因此必须设置相应的电路保护系统，电压保护信号来自于主回路滤波电容器两段，经过电阻分压和光耦隔离以后进入控制电路，其中光电耦合器的主要作用限制输入信号的共模干扰，把模拟负载以及相应的数字信号源分隔开来，从而达到保护电机的作用。
（二）解决电源干扰问题的措施
解决电源干扰问题通过对改进信号处理电路的方式进行解决，从而提高变频调频线路的可靠性和抗干扰性，PWM信号要先通过光耦隔离才能进入主控逆变单元中，如果光耦隔离的效果比较差，不但起不到抗电源干扰的效果，反而会引入新的干扰，大量实例表明，高压部分的整流逆变脉冲会干扰光藕输出信号，在光耦的输出端并电容固然能在很大度上抑制毛刺，但也使方波的上升沿变缓。同时在变频电调节电机运行性能测量过程中，测量仪器接入不恰当也会产生干扰问题，因此在电动机调试测量中，要采用数字示波器，其性能比较高，能很大程度上抑制新干扰问题的产生，但是容易发生信号中断和DSP读数错误的问题我，为解决此类问题，要在示波器探头和地面之间连接一个300～6000皮法的电容，可以基本上解决示波器连接线引入的干扰问题。
（三）解决电动机的效率和温升问题的对策
尽可能减小定子和转子的电阻，降低基波铜耗以达到增加高此谐波引起的铜耗增加。变频调速电在运行过程中需要通过较大的电阻值来获得足够的启动转矩，通过降低转子电阻，还能起到抑制低速时转矩脉动的作用。
为最大限度上高次谐波的产生，在变频调速电机设计过程中，还要适当的增加电动机的电感，但在转子部位的容易形成较大的集肤效应，高次谐波铜耗也会随之增加。根据电学原理可知，在功率不变的调速区域，最大转矩会随着电源频率的增加而降低。所以在电动机漏抗的大小设计过程中，必须要充分考虑整个调速范围中阻抗匹配的合理性。
（四）解决低速时的冷却问题的对策
如果在变频调速电机设计和制造过程中，通过独立电源为风机供电，进行强迫通风冷却即可达到解决低速冷却问题的目的。但如果是防爆电机，在低频状态运行，自冷风扇的转速比较低，然后再加上防爆可外壳散热效率的影响，就导致变频调速电机的升温速率超过了允许范围值，进而影响整个电机的运行效率和性能。所以设计过程中，必须根据电动机转速的控制范围不同，而采取有针对性的降容措施，才能存在根本上解决此类问题的发生。
四、结束语
综上所述，随着我国社会经济的发展，对变频调速电机的设计效果和制造质量提出了更高要求，但毕竟我国变频调速电机研发的起步比较晚，在实际运行过程过程中，仍然存在一系列问题亟待解决，本文通过查询相关文献，对变频调速电机设计制造存在的常见问题进行浅要分析，并提出有相应的解决对策，希望对促进我国变频调速电机事业持续稳定的发展有一定帮助。
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，2015，10：45.
[2]杨振元. 基于电机变频调速的供暖系统补水泵恒压设计[J]. 通信电源技术，2014，04：155-157.
作者简介：张立科，男，本科，工程师；主要从事电机设计工作。
关键词：变频调速电机；设计制造；常见问题；解决对策
引言：自从进入21世纪以后，我国微机技术、电子技术、自动控制技术都取得了辉煌的成绩，变频调速电机设计制造技术不断完善，使得变频调速电机广泛应用在炼钢、石油、家电等产业。所谓变频调速电机也就是变频器驱动的电机统称，为变频器专门设计的电机成为变频专用电机，电机可以在变频器的驱动下实现不同的转速和扭矩，以满足负载变化的具体需求。但我国变频调速电机设计制造技术的起步比较晚，和很多发达国家相比仍然存在一系列问题，严重制约着我国变频调速电机事业的发展，在此基础上，开展变频调速电机设计制造存在的常见问题及对策的研究和分析就显得尤为重要。
一、变频调速电机工作原理、组成结构、优缺点
（一）变频调速电机运行原理
交流电动机是利用载流导体在磁场中产生电磁力的原理制成，所以在研究变频调速电机运行原理中，就必须先对交流電动机定子绕组通过交流电产生的旋转磁场进行研究。变频调速是通过改变电动机定子电源的频率，来实现调速的方法，相比于变转差率调速和变极调速，
（二）变频调速电机结构
以三相交流变频调速电机为例，其主要组成部件如图1所示：
从图1中可以看出，三相交流变频调速电机主要由定子、机座、转子、端盖等部件组成，其中定子和转子电机传递能量的主要部分。定子是电动机运行过程中不动的部分，由铁心、定子绕组、机座的部件组成，为减少铁芯的铁损，在铁心表面往往增设了硅钢冲片，定子绕组主要由漆包线绕制而成。转子是电动机的旋转部分，主要由转轴、转子铁心、转子绕组、风扇等部件组成。
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。是通过变频技术和微电子技术，通过改变电动机工作电源频率方式来控制交流电机电力控制设备，其主要由整流、滤波、你变、制动单元、驱动单元、检测单元微处理等部分组成。
（三）变频调速电机的优点和缺点
变频调速电机具有效率高、应用范围广、调速范围大、精度高等优点，被广泛应用在各大领域当中：其缺点是设计制造技术比较复杂、总价昂贵、维护检修困难且成本比较高。
二、变频调速电机设计制造存在的常见问题
（一）变频调速电机硬件设计制造中存在的问题
1.欠压和过压问题
变频调速电机硬件设计制造是一项综合应用多学科知识和解决系统基础可靠性问题的过程，其中欠压和过压保护电路问题是最常见的问题，电机在上电过程中，必须要有科学合理的欠压保护，当供电电压没有达到规定要求时，运行过程中就会产生一定的PWM波，同时电机在运行中需要做功，从而产生较大的电流，就有可能烧坏电机。当接入系统的电压过高时，如果缺乏过电保护，轻则会烧坏电机系统、重则会发生较大的安全事故。但是在实际设计和制造过程，往往会忽略欠压和过压保护电路的设置，从而造成较大经济损失。
2.电源干扰问题
电源干扰问题是变频调速电机在调试过程中遇到的主要问题，对系统整体的可靠性有非常重要的影响。同时也会促使电磁、机械、通风等因素引起的振动和噪声变得更加复杂多变，再加上电动机频率范围和转速变化范围比较大，使得电磁力波的频率难以避开电动机中其他构件的固有频率，从而加大了电动机运行中产生的噪声。
（二）变频调速电机软件设计制造中存在的问题
1.电动机的效率和温升问题
大量实例表明，变频调速电机在具体运行过程中，难免会产生不同程度的谐波电压和谐波电流，如果产生的谐波频率比较大，就会增加定子和转子的损坏程度，此类损坏问题的存在，都会时电动机产生更多额外发热，从而降低运行效率。同时相关研究表明，如果变频调速电机在非正弦电源条件下工作，其温升率会增加15%～20%。
2.低速时的冷却问题
由于变频调速电机的阻抗效率比较低，当电源频率低于正常运行频率时，就会形成高次谐波，进一步增加了能源的损耗值。同时自扇冷却电动机的导致大在较低转速下，就会冷却风量和转速的比例，从而降低电机低速冷却的效率，不利于变频调速电动机持续稳定的运行。
三、解决变频调速电机设计制造存在的常见问题的对策
（一）解决欠压和过压问题的对策
我国电网电压线性度比较差，经常会发生波动现象，从而导致变频调速电机在运行过程中发生过压或者欠压现象，因此必须设置相应的电路保护系统，电压保护信号来自于主回路滤波电容器两段，经过电阻分压和光耦隔离以后进入控制电路，其中光电耦合器的主要作用限制输入信号的共模干扰，把模拟负载以及相应的数字信号源分隔开来，从而达到保护电机的作用。
（二）解决电源干扰问题的措施
解决电源干扰问题通过对改进信号处理电路的方式进行解决，从而提高变频调频线路的可靠性和抗干扰性，PWM信号要先通过光耦隔离才能进入主控逆变单元中，如果光耦隔离的效果比较差，不但起不到抗电源干扰的效果，反而会引入新的干扰，大量实例表明，高压部分的整流逆变脉冲会干扰光藕输出信号，在光耦的输出端并电容固然能在很大度上抑制毛刺，但也使方波的上升沿变缓。同时在变频电调节电机运行性能测量过程中，测量仪器接入不恰当也会产生干扰问题，因此在电动机调试测量中，要采用数字示波器，其性能比较高，能很大程度上抑制新干扰问题的产生，但是容易发生信号中断和DSP读数错误的问题我，为解决此类问题，要在示波器探头和地面之间连接一个300～6000皮法的电容，可以基本上解决示波器连接线引入的干扰问题。
（三）解决电动机的效率和温升问题的对策
尽可能减小定子和转子的电阻，降低基波铜耗以达到增加高此谐波引起的铜耗增加。变频调速电在运行过程中需要通过较大的电阻值来获得足够的启动转矩，通过降低转子电阻，还能起到抑制低速时转矩脉动的作用。
为最大限度上高次谐波的产生，在变频调速电机设计过程中，还要适当的增加电动机的电感，但在转子部位的容易形成较大的集肤效应，高次谐波铜耗也会随之增加。根据电学原理可知，在功率不变的调速区域，最大转矩会随着电源频率的增加而降低。所以在电动机漏抗的大小设计过程中，必须要充分考虑整个调速范围中阻抗匹配的合理性。
（四）解决低速时的冷却问题的对策
如果在变频调速电机设计和制造过程中，通过独立电源为风机供电，进行强迫通风冷却即可达到解决低速冷却问题的目的。但如果是防爆电机，在低频状态运行，自冷风扇的转速比较低，然后再加上防爆可外壳散热效率的影响，就导致变频调速电机的升温速率超过了允许范围值，进而影响整个电机的运行效率和性能。所以设计过程中，必须根据电动机转速的控制范围不同，而采取有针对性的降容措施，才能存在根本上解决此类问题的发生。
四、结束语
综上所述，随着我国社会经济的发展，对变频调速电机的设计效果和制造质量提出了更高要求，但毕竟我国变频调速电机研发的起步比较晚，在实际运行过程过程中，仍然存在一系列问题亟待解决，本文通过查询相关文献，对变频调速电机设计制造存在的常见问题进行浅要分析，并提出有相应的解决对策，希望对促进我国变频调速电机事业持续稳定的发展有一定帮助。
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，2015，10：45.
[2]杨振元. 基于电机变频调速的供暖系统补水泵恒压设计[J]. 通信电源技术，2014，04：155-157.
作者简介：张立科，男，本科，工程师；主要从事电机设计工作。