应用交流调速技术的主要目的: 一是为了节能; 二是为了获取高精度的转速转矩控制; 三是为了实现高速驱动。在变频调速中, 由于变频电机由变频器供电, 这与传统工频正弦波供电的电动机存在着很大区别。一方面, 前者在从低频到高频的宽频范围内运行; 另一方面, 电源波形是非正弦的。而目前广泛采用的SPWM正弦脉宽调制技术, 虽然大大抑制了低次谐波, 降低了Y系列电动机的脉动转矩, 扩展了电动机低速下平稳运行的范围; 但在这种调制方式中, 逆变器的输出电压波形中含有相当高的由于调制而引起的谐波分量,特别是在输出电压较低时, 情况尤为严重, 其幅值往往可达到与基波相近的程度。三相交流电机在这种供电状况下工作是极不理想的。由于这些高次谐波的存在, 定、转子由于集肤效应使电阻增大,致使定转子铜耗增大, 这对于双鼠笼及深槽式转子交流电机尤为严重。同时, 高次谐波还会使铁耗及杂散损耗大大增加, 终降低电机运行效率。其次, 由于高次谐波的存在, 还会产生电磁振动和噪声。这一点对于正弦波电源供电的电机来讲已是很困难的问题了, 而对于由逆变器供电的电机,由于电源的非正弦性, 使问题变得更为复杂和棘手。此外, 在低频运行时仍然可能出现一定程度的低次谐波, 从而在低速运行时产生脉动转矩,影响YS系列电机低速稳定运行。
由于变频调速电机调速范围广, 一般调速比为1: 10, 也即要求电动机在5 Hz频率下能低速稳定运行。由于这时转速很低, 普通三相异步电机采用的自冷式风扇冷却方式提供的冷却风量已大大减少,散热效果已大大降低, 必须采用其他冷却方式或提高绝缘等级。现在越来越多的注意力投向变频电机的设计研究中。变频电动机的设计都从额定电压的确定方法和电机参数的设计入手, 但还有一些特殊考虑, 比如转子不斜槽,以避免由于斜槽产生漏磁通造成的损耗; 定子绕组采用多股并绕, 以减小定子集肤效应影响; 采用他冷式风扇通用结构等等。有些设计在分析了三相交流变频电机的转矩转速特性后, 总结了变频变压调速给电机带来的效率、温升以及对频繁起、制动的适应能力等问题, 并对交流电机进行了电磁设计和结构设计,还重点考虑了变频器供电对电机的影响, 从分析静止变频电源的特点以及电动机运行特性, 对在非正弦波电源系统上运行的电机存在的问题进行分析,提出了相应的设计方案。
在变频电动机的设计中, 有学者根据“变频电机的额定电压一般应确定为逆变器的输出电压”之原则, 将电压分解为基波相电压和各奇次谐波相电压, 设电机磁路不饱和, 采用“叠加原理”分别计算他们对交流电机的作用 。由于这种假设的限制性, 该设计方法的应用存在局限。1999年国内有学者建议电机制造厂同时供应变频电源装置, 做配套试验后出厂。他对变频电动机进行全面分析, 给出了转子电阻、定、转子电抗随频率变化的规律和曲线, 采用简化公式来估算变频电动机的高速转矩、低速起动转矩和起动电流能否适应调速要求, 然后对变频调速电动机的设计提出意见。
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