1.13 中、高压变频器外围设备的选择

选定变频器后，下一步是根据实际需要选择与变频器配合工作的各种外围设备，以便保证变频调速系统的正常工作，对电动机和变频器进行必要的保护，减少对其他设备的影响。

1.13.1 变频器的外围设备

不但要正确选择变频器，还要对它的外围设备也要进行正确的选择，只有这样，才能使变频调速系统正常运行。

变频器的外围设备如图1-67所示。

图1-67 中、高压变频器的外围设备

1.避雷器FV

用于吸收由电源侵入的感应雷击电涌，保护与电源相连接的全部设备。

2.电源侧真空断路器QF

用于通断电源，在出现过电流或短路事故时，自动快速切断电源，防止发生过载或短路时的大电流烧毁变频器及线路事故，断路器也是过电流的后备保护。如果需要进行接地保护，也可以采用漏电保护式断路器。在检修用电设备时，QF起隔离电源的作用。

3.电源侧真空接触器KM1

用作变频器电源开关，在变频器跳闸时，将变频器电源切断。在使用制动电阻的情况下，发生短路时将变频器电源切断。对于电网停电后的重新上电，可以防止自动再投入，以保护设备及人身安全。

4.过载继电器KOL

使用一台变频器驱动多台电动机时，要对电动机进行过载保护，而且还要对不能使用变频器内电子热保护的电动机进行热保护，见1.13.4有关内容。

普通电动机是以在电网电源下运行为前提而设计的，因此能够在电网电源驱动下进行长期的连续运行。但是，将这样的电动机改为由变频器驱动并连续运转时，由于变频器输出的谐波影响，即使电动机在额定转速以下运行且电流在额定电流以下，仅由风扇冷却也难以满足要求。尤其是当负载为恒转矩负载时，电动机在额定转速以下运行时，电动机的电流基本上等于额定电流，与电网电源驱动相比，电动机的温升会变大，甚至出现烧损电动机的可能。所以当电动机连续工作在低速区域时，以电动机额定电流为基准而选定的保护用过载继电器并不能为电动机提供保护，在选择过载继电器时应该加以注意。如果变频器具有电子热保护功能，则不需要设置外部过载继电器为电动机提供保护。

5.交流电抗器ACL1和ACL2

ACL1用于抑制变频器输入侧的谐波电流，改善功率因数。根据电网电压允许的畸变程度确定是否选择，一般情况建议选用ACL1。ACL2用于改善变频器输出电流的波形，抑制变频器的发射干扰和感应干扰，减小电动机的噪声，ACL2的选用根据系统需要情况确定。

6.制动电阻R_B

在制动转矩不能满足要求时选用，用于频繁制动或快速停车的场合，用于吸收电动机再生制动的再生电能，可以缩短大惯量负载的自由停车时间；还可以在位能负载下放时，实现再生运行。

7.真空接触器KM2和KM3

用于变频器和工频电网之间的切换运行（见2.8节），在这种方式下，KM3是必不可少的，KM2和KM3之间的联锁可以防止变频器的输出端误接到工频电网上，一旦误接，将损坏变频器。如果不需要变频器与工频电网的切换功能，可以不要KM2和KM3。

8.直流电抗器DCL

用于改善功率因数，抑制电流尖峰。

9.无线电噪声滤波器FL-Z

用于减小变频器对外界产生的无线电干扰。

10.输出滤波器FL-T

用于抑制变频器产生的无线电干扰，其可分为电源端用滤波器和负载端用滤波器。

另外，还有电涌吸收器、电涌抑制器和用于频率设定的频率设定器。

上述变频器的外围设备中，只有真空断路器QF是必选的，其他设备可根据系统需要进行选择。

11.电动机

电动机的选择可参考1.13.8～1.13.10节内容。

1.13.2 真空断路器的选择

690V、3kV、6kV、10kV系统中使用的真空断路器（见图1-67中的QF）用于电源的通断，即在包括中、高压电动机在内的变频调速主电路中出现过电流或短路事故时自动快速切断电源，且是主电路过电流的后备保护。一般按正常工作条件、短路条件和环境条件综合考虑选用。由于真空断路器通断的是变频调速主电路，还需要考虑变频器对真空断路器选择的影响。为使真空断路器正常运行，需配置必要的继电保护或微机型保护。

1.按正常工作条件选择

（1）按工作电压选择

选用的真空断路器，其额定电压应符合所在回路的系统标称电压，其允许最高工作电压U_max不应小于所在回路的最高运行电压U_P，即

U_max≥U_P

（2）按工作电流选择

真空断路器具有长期运行过电流保护功能，为了不使其误动作，选择时必须考虑以下因素：变频器内部有大容量滤波电容，在接通电源瞬间，其充电电流可高达额定电流的2～3倍；变频器电流谐波分量很大，当基波电流达到额定值时，实际电流有效值要比额定电流大得多；变频器本身过载能力较强，一般为120%～150%额定电流、1min。

综合以上因素，断路器的额定电流应选为

I_QE=（1.3～1.4）I_CN

式中 I_QE——真空断路器的额定电流（A）；

I_CN——变频器的额定电流（A）。

在电动机要求实现工频和变频器的切换控制的电路中，断路器应按电动机在工频下的起动电流来选择。

（3）按开断电流（或断流容量）选择

真空断路器的开断电流应满足如下要求：

I_br≥I_sct 或 Sbr≥S_sct

式中 I_br——断路器的额定开断电流（kA）；

I_sct——断路器触点开始分离瞬间的短路电流有效值（kA）；

S_br——断路器的额定断流容量（MV·A）；

S_sct——断路器触点开始分离瞬间的短路容量（MV·A）。

按开断电流（或断流容量）选择真空断路器时，宜取断路器实际开断时间（继电保护动作时间与断路器固有分闸时间之和）的短路电流作为选择条件。

2.按环境条件选择

应按真空断路器安装地点的环境条件校核，如温度、湿度、污秽、海拔、地震烈度等。

3.按短路热稳定选择

真空断路器按正常工作条件选出后，一般还要按三相短路进行热稳定校核^[4]。

4.真空断路器的继电保护配置

真空断路器通断的变频调速回路设备，特别是旋转电动机在正常运行时，不可避免地会发生事故，因此真空断路器要对电动机进行保护或后备保护配置，及时减轻或排除故障和事故。

传统的机电型保护比较经济实惠，微机型保护由于可靠性较高得到日益广泛的应用。3～10kV电动机的继电保护配置见表1-14。^[4]

表1-14 3～10kV电动机的继电保护配置

继电保护装置的好坏一般用选择性、快速性、灵敏性和可靠性来衡量，它的整定计算可见参考文献4。

1.13.3 真空接触器的选择

真空接触器的功能是为了控制方便和在变频器出现故障时切断主电源，并防止掉电及故障后的再起动。真空接触器根据连接的位置不同，其型号的选择也不尽相同。下面分别介绍各种情况下真空接触器的选择。^[1]

1.输入侧真空接触器的选择

为控制方便和发生故障（可能是变频器自身故障，也可能是控制电路故障）时自动切换变频器电源，通常在功率较大的变频器和真空断路器之间接有真空接触器（见图1-67中的KM1）。

由于真空接触器本身没有保护功能（只有失电压保护），不存在误操作问题。所以真空接触器主触点的额定电流I_KN可按稍大于变频器的额定电流I_CN来选择，即

I_KN=（1～1.1）I_CN

式中 I_KN——真空接触器的额定电流（A）；

I_CN——变频器的额定电流（A）。

变频器的报警接点串联在真空接触器的控制回路中，当变频器内部出现故障时，变频器的报警接点动作（报警），从而使变频器电源端的真空接触器失电释放，保护变频器。

2.输出侧真空接触器的选择

变频器本身有控制功能，当用一台变频器控制一台电动机时，可不接真空接触器KM2。但在下述情况下，变频器和电动机之间需接真空接触器（见图1-67中的KM2）：

1）工频电源和变频器交替供电的场合，接线图如图1-67所示。因为输出电流中含有较大的谐波成分，其电流有效值略大于工频运行时的有效值，主触点的额定电流一般大于1.1倍的电动机额定电流；接线时要注意，两者供电的相序要一致，以确保电动机转向不变，并且真空接触器KM2和KM3要互锁。也可以参考2.8节PLC控制的工频与变频切换电路相关内容。

2）一台变频器控制多台电动机的场合。

3）变频器输出侧U、V、W端禁止与电网连接，否则会造成电网能量“倒灌”入变频器内而损坏变频器。

另外，由于变频器输出电压中含有大量的谐波分量，其输出侧U、V、W端不能接电容，否则会损坏变频器。

3.工频真空接触器的选择

工频真空接触器（见图1-67中的KM3）的选择应考虑电动机在工频下的起动情况，其触点电流通常按电动机额定电流再加大一个档级来选择。

1.13.4 热继电器的选择

变频器内部设有电子热过载继电器以保护电动机过载，其性能优于外加热继电器，普通的热继电器在非额定频率下的保护功能并不理想。一般情况下无须装设热继电器，只有在下列情况下，才用热继电器代替电子热过载继电器^[1]：

1）所用的电动机不是4极电动机。

2）所用的电动机为特殊电动机（非标准通用电动机）。

3）电动机频繁起动。

4）一台变频器控制多台电动机的场合。这是由于变频器容量大，其内部的热保护装置不可能对单台电动机进行过载保护。一台变频器控制多台电动机时的热继电器保护接线可参见图1-68中的FR₁、FR₂和FR₃。

5）工频电源和变频器交替供电时的过载保护。当电动机在工频电源下运行时，需由外加热继电器进行过载保护（见图1-67的FR）。

图1-68 一台变频器控制多台电动机的主电路

6）电子热保护功能的准确度与工作频率的范围有关。当调速系统经常在规定频率范围外工作时，其准确度就差些，此时应配用普通热继电器。当变频器选用外部热继电器对电动机实施过载保护时，以下事项应给予关注：

①热继电器应装设于变频器输出端。如果装于输入端，由于低频时输入电流远远小于输出电流而起不到保护作用。

②当普通热继电器用于变频调速时，由于变频器的输出电流中含有大量谐波电流，可能引起热继电器误动作，故一般应将热继电器的动作电流调大约10%左右。

③当变频器与电动机之间的连线过长时，由于高次谐波的作用，热继电器可能误动作。这时需在变频器和电动机之间串联交流电抗器抑制谐波或用电流传感器代替热继电器。

1.13.5 电气制动及制动电阻的计算选择

变频器的电气制动方法有三种：能耗制动、直流制动和回馈制动。^[3]

当电动机的功率小于50kW时，变频器的电气制动一般可选能耗制动；当电动机的功率为50～100kW时，变频器的电气制动一般可选直流制动；当电动机的功率大于100kW时，变频器的电气制动一般可选回馈（再生）制动。

对于7.5kW及以下的小容量变频器，一般在其制动单元中随机出厂装有制动电阻；大于7.5kW的变频器对电动机进行电气制动时，需通过计算选择合适的制动电阻。

1.能耗制动

从高速到低速（或零速），电气的频率变化很快，但电动机的转子带有负载（生产机械），有较大的机械惯性，不可能很快停止，并会产生反电动势E>U（端电压），电动机处于发电状态，其产生的反向电压转矩与原电动机状态转矩相反，而使电动机具有较强的制动转矩，迫使转子较快停下来。对于一般交-直-交变频器的主电路，AC/DC整流电路是不可逆的，因此电动机产生的反电势无法回馈到电网中去，结果造成主电路电容器两端电压升高（称为泵升电压）。当电压超过设定上限值电压（700V）时，制动电路导通，制动电阻上流过电流，从而将电能转换为热能消耗掉，电压随之下降，待到设定下限值（680V）时电路关断。这就是制动单元的工作过程。这种制动方法不可控，制动转矩有波动，但制动时间可以人为设定。

2.直流制动

在异步电动机定子三相或两相绕组上加直流电压，此时变频器的输出频率为零，定子产生静止的恒定磁场，转动着的转子切割此磁场的磁力线产生制动转矩，迫使电动机转子较快地停止，电动机储存的动能转换为电能消耗于异步电动机的转子电路。

3.回馈（再生）制动

当电动机功率较大（≥100kW）且设备GD²（飞轮转矩）较大时，或是反复短时连接工作时，从高速到低速的降速幅度较大，频率突减，电动机处于发电状态，反电动势E>U（端电压）；或是电动机在某一个频率下运行到停车的过程中，电动机也处于发电状态，反电动势E>U（端电压）；或是位能负载如下行胶带输送机运行时，实际转速大于同步转速，这时也出现电动机处于发电状态，反电动势E>U（端电压）。以上这些情况若制动时间较短，为减少制动过程的能量损耗，将动能转变为电能回馈到电网中去以达到节能效果，可采用有源逆变技术使能量回馈电网的制动装置。对已运行的变频调速系统进行改造时，可采用图1-12所示方案，将再生电能逆变为与电网同频率、同相位的交流电回馈给电网。对于新建项目，可采用图1-14所示方案，采用电流追踪型PWM整流器组成方式，实现功率的双向流动，其动态响应速度快，可以完全控制交流侧和直流侧之间的无功功率和有功功率的交换。

在变频调速系统中，电动机的减速是通过降低变频器输出频率而实现的。当需要电动机比自由减速更快地进行减速时，可以加快变频器输出频率的降低速率，使其输出频率对应的速度低于电动机的实际转速，对电动机进行再生制动。在此情况下，异步电动机处于发电运行状况，负载的机械能将被转换为电能并且被馈还给变频器。如果这部分回馈能量较大，则有可能使变频器的过电压保护设备动作并切断变频器输出，从而使变频器处于自由减速状态，无法达到快速停车的目的。为了避免上述现象出现，使上述能量在直流中间回路的其他部分消耗掉，可利用制动电阻来耗散这部分能量，使电动机的制动能力提高。

中、高压变频调速时的制动电阻一般可参考如下步骤来选择：

1）制动转矩的计算。制动转矩T_B（N·m）可按下式计算^[3]：

式中 ——电动机的飞轮转矩（N·m²）；

——负载折算到电动机轴上的飞轮转矩（N·m²）；

T_L——负载转矩（N·m）；

n₁——减速开始时的速度（r/min）；

n₂——减速结束时的速度（r/min）；

t_s——减速时间（s）。

2）制动电阻阻值的计算。在进行再生制动时，即使不加耗电的制动电阻，电动机内部也会有20%的铜耗被转换为制动转矩。考虑到这个因素，可以先初步计算制动电阻的预选值：

式中 U_C——直流回路电压（V）；

T_B——制动转矩（N·m）；

T_M——电动机额定转矩（N·m）。

如果系统所需制动转矩T_B<0.2T_M，即制动转矩在额定转矩的20%以下时，则不需要加制动电阻，此时仅电动机内部的有功损耗作用，就可以使直流回路的过电压限制在过电压保护设备的动作水平以下。

在由制动晶体管和制动电阻组成的放电回路中，其最大电流受制动晶体管本身允许电流I_C的限制，即制动电阻所能选择的最小值R_min为

因此，制动电阻R_B应由条件R_min<R_B<R_BO决定。

3）制动电阻平均损耗P_ro（kW）的计算。制动中，电动机自身损耗的功率相当于20%额定值的制动转矩，因此可按下式求得电动机制动时制动电阻上的平均功率：

4）制动电阻额定功率P_o（kW）的计算。电动机减速模式不同时，制动电阻额定功率的选择是不同的。图1-69给出了减速模式，图1-70给出了制动电阻的功率增加特性示意图。

设m为功率增加系数，m与减速时间的关系如图1-70a所示。设D为制动电阻使用率，D=t_s/T，m与D的关系如图1-70b所示。

图1-69 减速模式

图1-70 制动电阻的功率增加特性示意图

在选择制动电阻时，应根据电动机的减速模式，首先根据图1-70求出功率增加系数m，并利用前面求得的制动电阻的平均消耗功率P_ro决定制动电阻的额定功率P_o：

P_o>P_ro/m

根据上面计算得到的R_BO和P_o，可选用相应变频器的选配件或在市场上选择符合要求的标准电阻器。

由于制动电阻的标称功率比实际消耗的功率小得多，并且制动电阻的通电时间难以估算，所以电阻在实际运行过程中的实际通电时间若超过预想的通电时间，将导致过热而损坏。因此，制动电阻应设有过热保护，可以采用热继电器，也可以自行设计保护电路。

1.13.6 交流和直流电抗器的选择

电抗器按电源性质分为交流电抗器和直流电抗器，交流电抗器根据使用目的不同，可分为输入电抗器和输出电抗器。交流或直流电抗器抑制了变频器对于电网以及电网对于变频器的大部分干扰，通常输入侧电抗器总是需要的。

1.变频器输入（交流）电抗器的选择

输入电抗器串联在电网电源与变频器输入端之间，如图1-67中ACL1所示，又称进线电抗器，其主要用来抑制输入电流的高次谐波，可有效保护变频器整流单元，改善三相电源的不平衡性，提高输入电源的功率因数和实现变频器驱动与电源之间的匹配。

如下场合应设置输入电抗器：

1）供电变压器的容量大于500kV·A或10倍变频器的容量，且变频器安装位置离供电变压器的距离在10m以内。

2）在同一电源上有晶闸管交流装置共同使用，或进线电源端接有通过开关切换以调整功率因数的电容补偿装置的场合。

3）需要改善变频器输入侧功率因数（用电抗器可提高到0.75～0.85）的场合。

4）存在大的电压畸变或电源电压不平衡时。

由于电力电子器件的影响，变频器的输入电压和电流波形存在畸变，即除了基波以外，还存在着谐波。变频器的功率因数计算必须用电源的有功功率和无功功率的比值来表示，变频器的功率因数因系统而异，在某些情况下可能很差，因此必须采用适当的措施加以改善，以达到提高整个交流调速系统的运行效率的目的。

为了改善变频器的输入功率因数，可以在变频器输入端接入电抗器来减少谐波。对于大容量变频器而言，有时也采用在变频器内部的整流电路和平滑电容之间接入直流电抗器的方法来代替输入电抗器。

2.输入电抗器的容量计算

在选择输入电抗器时，一般选用变频器厂家推荐的型号或按下式计算其电感量L：

L=ΔU_L/（2πfI_e）=（0.02～0.04）U_dx/（2πfI_e）^[1]

式中 L——输入电抗器的电感量（H）；

U_dx——交流输入相电压（V）；

f——电网频率（Hz）；

ΔU_L——电抗器的额定电压降（V）；

I_e——电抗器的额定电流（A）。

电抗器额定电流I_e的计算方法如下：

1）单相变频器配置的输入电抗器的额定电流为

I_e=I_fe

式中 I_fe——变频器的额定电流（A）。

2）三相变频器配置的输入电抗器的额定电流为

I_e=0.82I_fe

3.变频器输出（交流）电抗器的选择

输出电抗器串联在变频器输出端和电动机之间，如图1-67中ACL2所示。它的主要作用是补偿长线分布电容的影响，抑制变频器输出谐波产生的不良影响，起到减小变频器噪声和抑制电动机电压振动（突变）的作用，有助于减少变频器的过电流和过电压故障。

4.变频器输出电抗器的容量计算

在选择输出电抗器时，一般可选用变频器厂家推荐的型号或按下式计算其电感量L^[1]：

式中 L——输出电抗器的电感量（H）；

U_x——交流输入相电压（V）；

I_max——流过电抗器的最大电流（A），其值可取变频器的额定电流。

5.变频器直流电抗器的选择

交流电源经变频器整流电路整流后输出的直流电压中总是有纹波的，为抑制纹波，使输出的直流电接近于理想直流电，同时，当电网三相电压不平衡率大于3%时，为保护变频器不受过大电流峰值的作用而损坏，还须在变频器直流侧（变频器整流环节与逆变环节之间的回路上）串联一只直流电抗器，如图1-67中的DCL。由于其体积较小，所以许多变频器已将直流电抗器直接装在变频器内。如果同时配用交流电抗器和直流电抗器，则可将变频调速系统的功率因数提高至0.95。

直流电抗器可选用变频器厂家推荐的型号，或按同样变频器输入电抗器电感量的2～3倍选取^[1]，即

L=（2～3）L_AC

式中 L_AC——变频器输入电抗器的电感量（mH）。

1.13.7 EMC滤波器的选择

通常将谐波中1kHz以下的称为谐波，1MHz左右的称为电磁噪声。变频器对外的谐波干扰分为直接传导、感应和辐射三种。除了直流和交流电抗器抑制的干扰以外，还有一些干扰，为了降低无线电干扰，可采用FIL滤波器。由于变频器输出的是千赫级的高频脉冲，其输出电缆与地及电动机与地之间存在分布电容，所以会产生谐波电流，该电流的存在使得即使变频器的绝缘正常，剩余电流断路器也会跳闸。此时必须使用具有抑制谐波能力的剩余电流断路器，才会取得满意的效果。^[3]

1.输入侧噪声滤波器

输入侧噪声滤波器实质是由电容和电感组成的复合电路，它对谐波的滤除作用优于单纯的电抗器。如果需要加装滤波器，建议选用变频器厂家推荐的型号。输入侧噪声滤波器的安装位置在变频器之前、其他电器之后；如果装设了输入侧交流电抗器，则滤波器应该在电抗器之后。

2.输出侧噪声滤波器

PWM电压波形的开关翼部通过寄生电容产生一个高频脉冲噪声电流，通过存在于电动机电缆和电动机内的寄生电容，使变频器成为一个噪声源。针对变频器输出侧的高频干扰，可采用的对策有两种：一是减少和抑制高频载波的成分；二是阻断载波干扰的传播途径。加装输出侧噪声滤波器属于第一种对策，即减少载波成分。

输出侧噪声滤波器通常是由电感、电容和电阻组成的复合电器，选择时建议选用变频器厂家推荐的规格型号。输出侧噪声滤波器安装在变频器输出侧最靠近变频器的位置^[3]。

与阻断载波干扰的传播途径的对策相比，加装输出滤波器的成本较高，因此应该只在阻断方式难以发挥作用时采用。

1.13.8 变频调速电动机的选用

对于中、高压变频调速系统使用的电动机（见图1-67中的M），首先根据电力拖动系统的要求进行选择，不仅要根据用途和使用状况合理选择电动机的结构型式、安装方式和连接方式，还要根据温升情况和使用环境选择合适的通风方式和防护等级。^[4]然后根据驱动负载所需功率选择电动机的容量，并对电动机发生故障时造成的短路、单相接地及过载进行保护，对电动机装设过电流、电流速断或纵差保护设备。^[4]同时，还要考虑变频器性能对电动机输出功率的影响。

1.电动机最大输入功率的确定

首先要根据机械对转速（最高，最低）和转矩（起动，连续及过载）的要求，确定机械要求的最大输入功率（即电动机额定功率的最小值），负载的功率可按下式计算：

P_L=T_Ln/9550

式中 P_L——电动机轴上输出的有效机械功率（kW），即负载的功率；

n——电动机转子转速（r/min）。

计算最大输入功率时，机械转速取电动机的额定转速，转矩取设备在起动、连续运行、过载或最高速等状态下的最大连续转矩。

选配泵类负载电动机时，需考虑机泵与所配电动机是否相匹配；一是要避免出现“大马拉小车”现象；二是要尽可能达到最大的节能效果，一般设计裕量应控制在10%左右。通用的标准电动机用于变频调速时，由于变频器的性能会降低电动机的输出功率，最后还需适当增大电动机的容量，留有一定裕量。

2.电动机极数的确定

电动机的极数决定了它的同步转速，要求电动机同步转速尽可能地覆盖它的整个调速范围；然后，根据同步转速确定电动机的极数。为了充分利用设备潜能，避免浪费，可允许电动机短时间超出同步速度，但必须小于电动机允许的最大速度。

通用变频器是针对交流异步电动机设计的，而且多数通用变频器的预置电动机模型都是4极电动机模型。因此，使用通用变频器时，选择4极笼型异步电动机是合适的。当选择4极笼型异步电动机配备减速比有困难时，也可以选择2极、6极或8极电动机。

3.散热能力的影响

通用的标准异步电动机的散热能力是按照额定转速下进行自扇风冷设计的，外壳冷却依靠端部的风扇叶片，内部空气流通依靠转子两端的风叶，叶片都固定在转子轴上跟随转子转动。当转速降低时，端部风扇叶片逐步失去散热能力，内部风叶也逐步失去使空气流通的能力。

对于风机、泵类等二次方律负载，随着转速降低，转矩也降低，发热程度降低，因此这类负载选择普通笼型电动机是适合的，但不要在40%同步转速以下长期运行。

对于胶带输送机这类恒转矩负载，电动机调速运行时，其发热不变，但在低速运行时的散热能力降低，可采用另加恒速冷却风扇的办法或采用较高绝缘等级的电动机，以保证低速时的允许输出转矩。

4.超过额定转速的影响

目前变频器的频率范围一般是0～120Hz，当负载要求的最高转速超过同步转速不多时，或者超过我国异步电动机额定工作频率50Hz不多时，可适当增大电动机的容量，以增加电动机的输出功率，进而保证超额转速下的输出转矩。但由于电动机轴承机械强度和发热等因素的限制，电动机最高转速不能超过同步转速的10%。

1.13.9 调速运行频率变化对电动机的影响

变频调速用电动机通常先按正常工作条件、短路条件和环境条件综合进行选择，一般均选择4极电动机，基频工作点设计在50Hz。除此以外，还需考虑调速中频率变化对电动机的影响。

1.考虑低频对电动机的影响

变频调速电动机在0～50Hz（转速为0～1489r/min）范围内做恒转矩运行。

电动机在25Hz以下运行时，一般称为低频运行。这时电动机的转速大幅降低，电动机冷却风扇风量不足，电动机温度将升高。如果采用普通电动机（指非专用的变频电动机），则电动机不能承受额定负载。当必须减轻负载运行而负载又不能减轻时，就必须更换更大容量的电动机，变频器的容量也要随之换大。

另外，低频运行时，变频器输出波形中的高次谐波含量将会增多，会明显增加输出导线和电动机的温升，并对周围用电设备产生电子干扰。干扰严重时，还有可能造成变频器的控制信号失常，甚至停机。

低频运行时，还会大大增加电动机的电磁噪声。

2.考虑高频对电动机的影响

变频调速电动机在50～100Hz（转速为1480～2800r/min）范围内做恒功率运行。

变频器能输出50Hz以上的频率，但普通笼型电动机是以在工频下运转为前提而制造的，如果频率过高，将造成轴承损坏，风扇损坏，定子绕组端子绑扎松脱、变形等。因此，如果在工频以上频率使用，必须确认电动机最高允许频率范围。

3.考虑变频调速对异步电动机输出转矩的影响

异步电动机只有在额定频率（如50Hz）下，才有可能达到额定输出转矩，否则电动机的额定输出转矩都不可能用足。例如，当频率调到25Hz时，电动机输出转矩的能力约为额定转矩的90%；当频率调到20Hz时，电动机输出转矩的能力约为额定转矩的80%；当频率调到10Hz时，输出转矩约为额定转矩的50%；当频率调到6Hz以下时，一般交流电动机的输出转矩能力极小（矢量控制系统除外），且有步进和脉动现象。

如果无论转速高低都需要有额定输出转矩，则应选用功率较大的电动机降容使用。

1.13.10 变频电动机的特点及使用场合

变频电动机（即变频器专用电动机）是用于变频器的传动电动机。^[1]

1.变频电动机的类型

1）低噪声电动机。在运行频率区域内噪声小、振动小。

2）恒转矩式电动机。在低频区域内提高了允许转矩，如在5～50Hz范围内，可以用额定转矩连续运转。

3）高速电动机。用于高速（高频率）（如10000～300000r/min）场合的电动机。

4）带测速发电机的电动机。这里是指用于闭环控制（抑制转速变动）的电动机。

5）矢量控制用电动机。要求电动机惯量小。

2.变频电动机的特点

1）散热风扇由一个独立的恒速电动机带动，风量恒定，与变频电动机的转速无关。

2）机械强度设计能确保最高速使用时安全可靠。

3）磁路设计既能适合最高使用频率的要求，也能适合最低使用频率的要求。

4）绝缘结构设计比普通电动机更能经受高温和较高冲击电压。

5）高速运行时产生的噪声、振动、损耗等都不高于同规格的普通电动机。

变频电动机的价格要比普通电动机高1.5～2倍。

3.变频电动机的使用场合

在电动机变频调速改造时，为了节约投资，异步电动机应尽量利用原有电动机，但有下列情况之一时，一定要选用专用的变频电动机：

1）工作频率大于50Hz，甚至高达200～400Hz（一般电动机的机械强度和轴承无法胜任）；工作频率小于10Hz，负载较大且要长期持续工作（普通电动机靠机内的风叶无法满足散热要求，电动机会严重过热，容易损坏电动机）。

2）调速比D≥10且频繁变化（D=n_max/n_min）。

3）调速比D较大，工作周期短，转动惯量GD²也大，正反转交替运行且要求实现能量回馈制动的工作方式。

4）因传动需要，用变频电动机更合适的情况，如要求低噪声、恒转矩、闭环控制等。

1.13.11 Y系列电动机改成变频电动机的方法

当电动机采用变频调速时，其运行频率一般为10～50Hz，此时若采用普通电动机，则在长期低速（低频）运行中会严重发热，缩短电动机的寿命。因此，变频调速的电动机通常采用变频电动机。但有时为了降低成本，充分利用原有设备，或者当购不到合适的变频电动机时，则可将普通的具有6个接线端子的Y系列电动机改装成变频电动机。

改装的方法^[1]：在普通电动机上加装一台强风冷电动机，以加强冷却效果，降低电动机在低速运行时的温升。强风冷电动机与被改装电动机同轴，风叶仍为原电动机的冷却风叶，强风冷电动机的功率和极数按以下要求选择：

1）对于2极和4极的被改装电动机，功率取被改装电动机功率的3%，极数与被改装电动机的极数相同。

2）对于6极及以上的被改装电动机，功率取被改装电动机功率的5%，极数选择4极。