摘要：变频技术是当今电子技术领域不可或缺的技术组成，基于该技术，各种电子机械产品很好满足了社会生产发展需求。如今，我国进入到社会经济产业发展新阶段，因此对于变频调速电机设计制造要进行更深入研究探索，发现其中面临的挑战以及相关问题，以便能够针对性找到有效应对策略。本文就此进行探索分析，并结合专业知识提出相关建议。
关键词：变频调速电机；设计制造；问题；解决方法
这些年来，在现代电力电子技术迅速发展和实践不断加深情况下，交流变频技术在不断优化完善。变频技术已经在各类电器、机械、能源产业中有大量应用。在该大环境下，交流变频调速设备系统有更大应用需求，这要求核心变频调速电机设计制造需要达到更高水平，才能够配合传动系统达到更高运行效果。要做到这一点，则需要对变频调速电机设计制造中存在的问题进行总结分析。
一、变频调速电机设计制造中面临的问题
（一）电机温度升高及冷却问题
虽然变频器类型型号多样，但是在系统中运行都会产生多种程度谐波电流及谐波电压，这种情况会让电机在非正弦电流电压情况下运转。例如，当今较为成熟的正弦波PWM变频器低次谐波几乎为零，其余皆为高次谐波分量2μ+1。在电机实际运作过程中，高次谐波容易引起发动机转子铁、铜等损耗增加。高损耗会直接导致电机发热量增加，进而影响输出功率和运行效率。根据实际经验，普通异步电机若在变频器输出的非正弦电源条件下运行，其温度会达到1.2倍及以上[1]。
另外在异步电动机当中，其电源频率处于较低状态下时，电源高次谐波会引起较大损耗。同时，该状态下电动机低速状态冷却功能会受到严重影响，这也会导致电机系统温度飞速升高，不仅导致电机效率降低，还无法实现很多加工生产中所要求的恒转矩输出。
（二）绝缘强度不足
当前应用比较广泛的中小型变频器控制方式大多为PWM，其载波频率可达十几千赫，其容易造成电动机定子绕组电压上升率增高，具体表现为电动机绕组频繁受到高陡度电压冲击，这样会对电动机绝缘系统带来严酷考验。特别是PWM变频器运行产生矩形斩波冲击电压会反复对对地绝缘层带来考验，显然这一切都将缩短绝缘系统使用寿命，甚至产生安全隐患。
（三）噪音和非正常振动问题
变频电源在很多系统中运行期间容易形成多种电磁激振力，如果此时电磁波频率和电动机本身机械结构振动频率达到接近水平，由此产生的共振效应会产生巨大噪声。同时这种共振现象也会对电子机械结构稳定性造成影响，甚至损坏电机或系统[2]。
（四）频繁启停技术问题
随着变频器技术提升，基于变频器工作的电动机能够利用无冲击电流启动，同时也可以利用变频器实现多种快速制动方式，而这是电机频繁启停达到优化生产效率目标的关键。但是这种技术意味着电动机本身电磁系统和机械构造会长期处于循环交变力状态下，使得绝缘系统以及机械元件本身老化速度加快。
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二、变频调速电机设计制造问题应对策略分析
很明显，变频变压技术容易影响电动机电源运行状态和功能，因此有必要对变频调速电源适应性和适用性进行考虑，通过电力和机械设计来支持异步电动机能够在变频变压条件下稳健工作，下面从设计角度进行对策分析：
（一）电磁设计
电磁设计过程中，重点应当研究电机过载能力、功率因素等，针对变频变压调速的异步电动机，可以结合实际选用转子电阻来降低频率支持电机启动[3]。而接下来要考虑的则是如何让电动机在非正弦波电源波形影响环境下正常工作：
1.减少转子电阻及定子。通过降低转子电阻和定子可直接降低基波铜耗，以便提升最大转矩，调频电机凭借其获得足够启动转矩。
2.增加电动机电感。通过该方式抑制电流中的高次谐波，一般转子电感较大的电动机在恒功率调速区域，其最大转矩会随着电源频率增加而降低，进而影响电动机恒功率状态。所以，设计时需要考虑到电动机调速范围内阻抗匹配合理性。
3.主磁路设计为不饱和状态。这是由于本身高次谐波为加深磁路饱和，同时这种设计可以在低频时提高变频器输出电压来提高整体输出转矩。
（二）电机结构设计
电机整体结构设计方面主要解决绝缘系统过速老化、噪声、振动及冷却问题，这是保证电机和整体系统稳定运行的关键。所以结构设计过程中，首先应当根据实际性能和工作环境，对绝缘系统等级进行把控，充分考虑冲击电压强度，加强各部分绝缘系统绝缘强度。然后需要分析电机共振及噪声产生原因，选用相匹配的定子转子槽，同时对电动机结构构件强度和刚性进行分析，适当加强。以这种方式可以减少电机内部共振现象发生，进而让电动机保持稳定工作状态。
另外，变频调速电机结构设计和制造期间，还要考虑普通电机配合工作和交互性，结合该研究内容寻求解决变频电动机冷却问题方法。比如通过适当降容来保证结构合理性，以及做好结构件轴承极限转速科学设计，以便变频调速电机冷却系统能够达到功能要求[4]。
（三）制造工艺对策
1.绝缘工艺。虽然电机设计方面已经对绝缘系统进行了性能升级，但在制造期间，还应对连接线等位置采用加包补强绝缘工艺，同时对绕组端部绑扎需要进行绝缘加强。
2.加工工艺把控。对于电动机各部分机械零部件加工，需要严格要求尺寸精度达标，以便控制相关零部件形位公差和尺寸精度，进而避免磁不平衡情况导致的过量振动噪声。
3．提升转子转动平衡精度。通过提升制造工艺，来让转子在运行过程中保持稳定状态，以避免转子工作中损耗增加等相关问题。
4.施用冷却润滑脂。制造恒功率变频调速电机时，配置特殊润滑脂，其能够在电动机转速大于3000r/min时提供冷却支持，以避免轴承温度升高导致电动机运行效率降低。
结束语：
近年来，我国各产业迅速发展，电气技术和机械制造技术都达到了较高水平。变频电机作为电子科技技术重要产物，其为工业进步和社会发展做出了突出贡献，同时该技术产生的技术意义和生态意义都引起了各界重视。为了进一步提升变频技术应用效果，让其达到当代乃至未来社会各界发展要求，则需要对变频电机设计制造中存在的问题进行探索，找到原因，进而指定科学应对方案。只有这样，才能够进一步提升我国电机设计制造能力，推动社会各产业全面均衡发展。
参考文献：
[1]张磊.交流变频调速电机的设计分析[J].建筑工程技术与设计,2019(5):3329.
[2]刘道宏.PLC控制电机变频调速试验系统的设计与实现[J].建筑工程技术与设计,2018(33):3859.
[3]夏帅,陶韧,李蒙蒙, 等.异步电机变频调速实验装置的设计与制作[J].山东工业技术,2018(8):5-6.
[4]岳闯,许顺义.变频调速电机的起动分析[J].数码设计（下）,2019(1):200-201.
论文作者:刘春波
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/18
标签：电机论文; 电动机论文; 变频调速论文; 转子论文; 谐波论文; 系统论文; 变频器论文; 《电力设备》2019年第9期论文;