浅谈变频器驱动下的异步电机设计与分析

浅谈变频器驱动下的异步电机设计与分析

【摘要】地球上能源的进一步枯竭，促使人们寻找节能的各种途径。异步电机消耗了我国一半以上的电能，异步电机的合理使用是节能问题的重中之重，使用变频器驱动是异步电机节能的最主要手段，其主要节能的原理是调节电机的转速以适应各种不同的工况，避免了不必要的能源浪费。本文就异步电机的概况、设计的重点及未来发展趋势进行研究和讨论。

【关键词】变频器驱动异步电机设计与分析

近年来，变频调速技术的发展和应用越来越广泛，人们也越来越重视变频调速状态下异步电机的性能。变频电源供电与传统的电网供电不同，在变频供电的状态下，电流、电压中会有高次谐波的产生，影响了异步电动机的功率因数、效率等性能。异步电机在以往的设计中对低电源谐波考虑很少，因此，传统的异步电机在变频状态下虽然可以达到很好的节能效果，但是无法达到理想的运行性能，因此，变频器驱动下的异步电机的设计与分析对异步电机设计的完善具有重大的现实指导意义。

1 变频器驱动下异步电机概述

变频调速技术已经成为电气传动的研究重点，因其众多优点如：调速和起制动性能优良、效率高、节能效果显著、应用广泛等被国内外专家学者认为是最具发展前途的电器传动技术。变频调速技术有机地将各种高新技术结合在一起，广泛运用于机械、冶金、化工等行业。变频器驱动下的异步电机的优点有以下几个：第一，制造方便。因变频器驱动下的异步电机中的转子不需要绕线，所以与传统的异步电机相比，变频调速的异步电机省掉了电刷、集电环等装备，结构简单、制造和维护也非常方便。第二，性能稳定。由于变频器驱动下的异步电机优良的起制动性极大地促进了交流调速系统的稳定性，因此变频器驱动的异步电机实现了电机的无级平滑调速，调速效果非常好，性能也更加稳定。第三，起动特性良好。变频器驱动下的异步电机运用了变压变频的电源进行供电，在电机起动时，起动转矩很大，起动电流较低，保证了其良好的起动性能。第四，显著的节能效果。变频器驱动下的异步电机能根据负载的变化进行自动平滑的调速，很大程度地提高了工作效率，达到了节能的目的。一般来说，调速范围越广的异步电机节能的效果也越显著。

虽然变频器驱动下的异步电机的设计和制作工艺并没有完全的成熟，但是半导体技术和电力电子行业的迅猛发展，使得变频器驱动下的异步电机的需求量急速上升，国内外专家学者对变频器驱动下的异步电机的进行了积极的探索，已达到适应现代化工业的发展的目的。

2 变频器驱动下的异步电机设计重点

2.1 变频器驱动下异步电机转子槽的设计

承接电机机电能量转化的载体是转子槽，其在电磁能量的传递中也有着重要的作用。转子的电感和电阻设计对电机运行的功率因数、效率及转矩等有很大的影响作用。转子槽的设计决定转子的电感和电阻设计。因此，转子槽的设计对整个电机设计起着重要的作用。变频器驱动下的异步电动机是通过变频器对异步电机进行降压和降频起动，大大减小了起动电流。与传统的异步电机相比，变频器驱动下的异步电机能很好的抑制异步电机的齿谐波，也消除了抑制电机附加的同步转矩和异步转矩的约束，这也是变频器驱动下的异步电机的特色及优点。传统的异步电机将电机转子设计成双鼠笼槽或深槽，以达到增加起步转矩的目的，变频器驱动下的异步电机在变频器的控制下能达到最大的转矩起动，因此，可以进一步放宽变频器驱动下的异步电机转子槽的设计，通常采用的是平低槽、圆底槽、闭口槽等。

2.2 变频器驱动下异步电机绝缘的设计

变频器驱动下的异步电机是以非正弦的形式进行供电。如果调速装置和异步电机间的连接电缆过长，使得电机的波阻抗比电缆的波阻抗大，会导致电机受到大概两倍的脉冲前沿电压的冲击，即电机上每秒会有几千个脉冲，这些脉冲对电机的绝缘系统造成一定程度的损坏，由于脉冲电压的上升时间短，导致两根导线之间的电压瞬间升高，从而造成电机局部放电。导线间的绝缘，特别是电机绕组的绝缘是变频器驱动下的异步电机在绝缘系统方面的设计重点。在导线的选择中，要注意其抗软化击穿和抗高温击穿能力；在下线时，要严格按照规定的程序执行，以免导线在搬运、绕组、绑扎等过程中受损；浸渍树脂的选择也很关键，一定要选择无溶剂、低挥发的浸渍树脂。

3 变频器驱动下的异步电机发展趋势

二十世纪中叶，电气传动掀起了一次重要的技术革命，变频器驱动下的异步电机必将取代结构复杂、昂贵的直流电机。这一革命在半导体器件和电子电力迅猛发展的今天取得了可喜的成果。随着可控硅元器件的出现，交流传动技术的发展空间得到进一步拓展，交流变频调速的技术迅速兴起并取得了长足的发展。变频调速技术使得异步电机的性能在使用变频器驱动后发生了很大的变化，异步电机更加节能。各国对可靠性高的变频器驱动的异步电机进行了积极的开发和研制，并取得了良好的成效。变频电机在我国的开发和研究起步较晚，但近年来也取得了很大的进步。为了适应不同的使用场合，我国相继推出了各系列的变频电机，如：适用于水泵及风机类负载的YPT80-450，功率为0.37-630千瓦的低压变频电机；适用于起重机、冶金等需要频繁起动和制动的YZP100-400，功率为1.1-1250千瓦。变频调速技术的发展趋势表明，变频器驱动下的异步电机完全能与直流传动的电机相媲美，并呈现出蓬勃的生机。变频器的发展给异步电机的设计带来了新生命。

4 结语

变频器的发展大大改变了异步电机的设计和分析，变频器驱动下的异步电机

的广泛使用也对异步电机的设计要求越来越高。优化变频器驱动下的异步电机设计使其更加适应现代化工业和经济的发展，具有重要的现实意义，值得相关学者和社会各界人士的深入研究。

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