電機(jī)做為實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的重要部件，從19 世紀(jì)初開始，其設(shè)計(jì)和制造技術(shù)已逐步走向成熟，推出了如電機(jī)轉(zhuǎn)矩與其體積成正比、電機(jī)的磁通密度應(yīng)該設(shè)計(jì)在電機(jī)磁化曲線的膝點(diǎn)位置等具有指導(dǎo)意義的公式和原則。但在整個(gè)20世紀(jì)，電機(jī)的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)基本上沒有發(fā)生根本性的變革，尤其是交流電機(jī)的設(shè)計(jì)，基本上是在假定輸入三相交流電壓的幅值和頻率恒定的條件下進(jìn)行的，這時(shí)直流電機(jī)、交流異步電機(jī)、交流同步電機(jī)從設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)行基本上都是各自獨(dú)立的。直到本世紀(jì)70年代，矢量控制理論的提出，將各種電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換原理從理論上統(tǒng)一了起來，到80年代末，電力電子學(xué)的發(fā)展和微電子技術(shù)的進(jìn)步，使矢量控制從理論走向?qū)嵺`，最終在90年代使基于矢量控制理論的現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)遍地開花，并在大容量調(diào)速領(lǐng)域向直流電動(dòng)機(jī)展開了挑戰(zhàn)，大有取而代之的趨勢(shì)。理論的發(fā)展必將引起現(xiàn)實(shí)的變革，現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的興起，使傳統(tǒng)交流電機(jī)設(shè)計(jì)的一些前提條件不復(fù)存在，因此我們必須對(duì)傳統(tǒng)的基于恒壓恒頻的交流電機(jī)設(shè)計(jì)公式進(jìn)行審核，并根據(jù)現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的要求做出必要的革命性變革。下面根據(jù)電機(jī)設(shè)計(jì)的基本理論和現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐具體分析如下。

1 站在交流電機(jī)的角度上，現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)使交流電機(jī)輸入電壓的幅值和頻率不再為恒定值（如工頻50Hz），這使得電機(jī)的轉(zhuǎn)速與其極對(duì)數(shù)不再有必然的聯(lián)系。如兩極電機(jī)的轉(zhuǎn)速約3000 r/min，電機(jī)的轉(zhuǎn)速低，必然要做得極數(shù)多已不再是電機(jī)設(shè)計(jì)的必然結(jié)論，著實(shí)使得在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)具體情況（如電機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸或要求的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量），對(duì)電機(jī)的極對(duì)數(shù)進(jìn)行優(yōu)

化選擇，象極數(shù)較多（＞12極）制造困難的交流電機(jī)和極數(shù)較少（＜6極＝繞組端部大，效率較低的交流電機(jī)都將不再采用，從而大大放寬了交流電機(jī)設(shè)計(jì)的選擇余地，為電機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化創(chuàng)造了條件?？梢灶A(yù)計(jì)，將來的交流電機(jī)將大多是結(jié)構(gòu)和力能指標(biāo)都較優(yōu)的6~10極電機(jī)（當(dāng)然這種合理的結(jié)構(gòu)依賴于變頻器低頻性能的提高）。

2 由于現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)大多采用矢量控制，以保持氣隙磁鏈恒定，控制轉(zhuǎn)矩電流分量來控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，并進(jìn)而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。因此在這種閉環(huán)控制策略下，沒有電機(jī)穩(wěn)態(tài)輸入電壓過高的危險(xiǎn)，也就不會(huì)出現(xiàn)因氣隙磁通過高使磁路過飽和的問題，這使得電機(jī)的磁路設(shè)計(jì)條件更為寬松。磁路的額定工作點(diǎn)甚至可以在膝點(diǎn)以上，從而提高了電機(jī)中導(dǎo)磁

材料的利用率和電機(jī)單位體積的轉(zhuǎn)矩，而且這種選擇方法對(duì)于矢量控制中磁通調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)也是有利的。

3 變頻技術(shù)（無論是交交還是交直交）都使得電機(jī)的輸入電流中含有諧波分量（盡管通過各種脈寬調(diào)制技術(shù)，已經(jīng)正弦波化了），從而造成脈振轉(zhuǎn)矩（這也可以從變頻調(diào)速電機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)的三相輸入瞬時(shí)功率不恒定來理解），這對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)的影響尤其突出（因?yàn)槊}振轉(zhuǎn)矩主要是由諧波電流與基波磁通相互作用產(chǎn)生的，在同步電動(dòng)機(jī)中諧波電流基本上由定子繞組的漏電抗抑制，轉(zhuǎn)子繞組對(duì)輸入諧波電流的阻尼作用較小），對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)的影響相對(duì)較小（因?yàn)槎ㄗ永@組中的諧波電流會(huì)因轉(zhuǎn)子繞組的電磁電磁阻尼作用而大大減少，從而減少了脈振轉(zhuǎn)矩）。脈振轉(zhuǎn)矩的存在使得機(jī)電系統(tǒng)容易發(fā)生扭振，這也是困擾現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的一個(gè)棘手問題，尤其對(duì)于傳動(dòng)軸較長(zhǎng)、扭振剛度較差的軸系傳動(dòng)更易發(fā)生軸系扭振，這無疑對(duì)現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)中電機(jī)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。如何合理分布繞組、選擇氣隙以及選擇電機(jī)繞組漏感和互感的合適比例，成為抑制諧波電流和脈振轉(zhuǎn)矩的關(guān)鍵因素。

4 對(duì)于現(xiàn)在普遍采用的通用型交直交電壓型變頻器，由于采用PWM技術(shù)對(duì)電機(jī)輸入電壓的脈寬進(jìn)行調(diào)制，使得電機(jī)中絕緣材料的電應(yīng)力增加，即因PWM的調(diào)制作用，使得絕緣介質(zhì)中的各種電偶極子頻繁地轉(zhuǎn)動(dòng)，從而造成介質(zhì)損耗的增大、電機(jī)的絕緣強(qiáng)度因熱疲勞而過早地降低（尤其是當(dāng)電機(jī)受潮時(shí)會(huì)造成絕緣的局部熱疲勞）。舉一種極端情況來看，若PWM的調(diào)制頻率達(dá)幾百千赫茲，電機(jī)中的絕緣材料就會(huì)象微波爐中的有機(jī)食品一樣被加熱，這也是現(xiàn)代交流調(diào)

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速系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的絕緣技術(shù)所提出的挑戰(zhàn)。另外，如果PWM的調(diào)制頻率過高，還會(huì)使電壓在電機(jī)定子繞組的輸入端產(chǎn)生電磁波的反射（行波效應(yīng)），造成電機(jī)輸入端的電壓升高，電壓上升率du/dt 過大，使電機(jī)定子繞組輸入端的局部匝間電壓升高（如同變壓器繞組遭雷擊后的匝間電壓分布情況相仿），這使得電機(jī)絕緣的外部環(huán)境更為惡劣，很容易導(dǎo)致匝間短路或電機(jī)繞組內(nèi)部局部放電。變頻電機(jī)絕緣所面臨的這兩個(gè)惡劣條件，造成了與普通電機(jī)相比較，變頻電機(jī)的使用壽命

普遍較短，一般只有1～2年、短的甚至幾個(gè)月，這些情況都需要在設(shè)計(jì)變頻調(diào)速電機(jī)時(shí)進(jìn)行考慮。

5 采用變頻電源供電的變頻電機(jī)，由于采用PWM調(diào)制，在電機(jī)繞組輸入端接入的高頻調(diào)制電壓的電容效應(yīng)，會(huì)對(duì)電機(jī)造成顯著的軸電壓，軸承與機(jī)座的絕緣設(shè)計(jì)需要重新考慮，以抑制軸電流；而且與恒速傳動(dòng)相比，常規(guī)電機(jī)的自帶風(fēng)葉冷卻設(shè)計(jì)已不能滿足電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的冷卻量要求，電機(jī)的冷卻方式需要重新設(shè)計(jì)。

6 如果常規(guī)設(shè)計(jì)的電機(jī)采用變頻電源供電，往往在空載運(yùn)行頻率在20～30Hz 時(shí)出現(xiàn)電動(dòng)—發(fā)電的周期性振蕩。其主要原因是因電機(jī)負(fù)載、電壓和頻率的波動(dòng)，使電機(jī)的轉(zhuǎn)差率在零附近抖動(dòng)，從而使異步電動(dòng)機(jī)交替運(yùn)行在電動(dòng)和發(fā)電狀態(tài)，采用高轉(zhuǎn)差率的異步電動(dòng)機(jī)或在變頻器中采用速度、電流閉環(huán)控制可緩解這一現(xiàn)象，另外常規(guī)按照工頻50Hz設(shè)計(jì)的電機(jī)，在設(shè)計(jì)電機(jī)漏抗和主電抗時(shí)，沒有兼顧電機(jī)在低頻條件下的運(yùn)行，這樣的電機(jī)當(dāng)運(yùn)行在8~10Hz以下時(shí)，電機(jī)的出力會(huì)明顯下降，這些問題都應(yīng)在變頻電機(jī)的設(shè)計(jì)中加以考慮。

7 現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)中的交流電動(dòng)機(jī)普遍地采用了以磁通、轉(zhuǎn)矩的解耦為目標(biāo)的矢量控制，但要實(shí)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)過程中磁通、轉(zhuǎn)矩的完全解耦，還需要在電機(jī)設(shè)計(jì)中合理設(shè)計(jì)各種電磁參數(shù)，以減輕交流電機(jī)矢量控制的負(fù)擔(dān)。如對(duì)矢量控制中同步電動(dòng)機(jī)阻尼繞組的設(shè)計(jì)就要滿足象直流電動(dòng)機(jī)中補(bǔ)償繞組那樣能快速抵消定子繞組中轉(zhuǎn)矩電流分量的電樞反應(yīng)，并配合磁通調(diào)節(jié)器保證氣隙磁鏈的恒定，這與傳統(tǒng)的同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中，用阻尼繞組產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩來抑制同步電動(dòng)機(jī)的振蕩是不同的。

8隨著現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)中控制技術(shù)的不斷完善，對(duì)電機(jī)中各類狀態(tài)變量的檢測(cè)也提出了新的要求。如矢量控制技術(shù)本身要求最好能從交流電機(jī)中直接用傳感元件檢測(cè)到磁通的大小和角位置，對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)，若有方法直接獲得轉(zhuǎn)差頻率，而不再利用受溫度和轉(zhuǎn)差頻率影響較大的轉(zhuǎn)子繞組電感和電阻來間接計(jì)算，將是對(duì)異步電動(dòng)機(jī)矢量控制技術(shù)的較大完善，這些又對(duì)電機(jī)的檢測(cè)技術(shù)提出了更高的要求。綜上所述，現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，不但從理論上將各類電機(jī)統(tǒng)一了起來，也對(duì)電機(jī)的設(shè)計(jì)帶來了深層次的變革，因此面對(duì)新技術(shù)的挑戰(zhàn)，工程技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)審核一些傳統(tǒng)技術(shù)觀點(diǎn)的正確性，以適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展的需要。