变频电动机(frequency-change motor)，根据《GB/T 5171.1-2014 小功率电动机》对变频电动机的定义，变频电动机是指由变频电源供电，并可通过频率改变来调节其运行转速的交流电动机。

一、变频电动机的工作原理

　　根据n = 60f/p，n: 同步速度，f: 电源频率 ，p: 电机极数
　　感应式交流电机（以后简称为电机）的速度取决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的，由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以不适和改变该值来调整电机的速度。所以只能通过改变频率来改变转速，频率是电机供电电源的电信号，如果该值能够在电机的外面调节后再供给电机，电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。
　　改变频率和电压是最优的电机控制方法 。如果仅改变频率，电机将被烧坏。特别是当频率降低时，该问题就非常突出。为了防止电机烧毁事故的发生，变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压，例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。 例如：为了使电机的旋转速度减半，变频器的输出频率必须从60Hz改变到30Hz，这时变频器的输出电压就必须从200V改变到约100V。

二、变频电动机的特点

1、变频节能

　　电机的效率和温升在变频驱动下，变频电机效率会高10%左右，而温升会小20%左右，尤其是在矢量控制或者直接转矩控制的低频区域。

2、具备有软启动功能

　　变频电机对于需要频繁启动、频繁调速、频繁制动的场合，要优于普通电动机。

3、采用电磁设计

　　减少了定子和转子的阻值，在电磁噪声和振动方面，变频电机在变频驱动时较普通电动机有更低的噪音和更小的电磁振动。

4、电动机的绝缘强度增大

　　由于变频电机专为变频器驱动设计，所以能承受较大的du/dt，所以变频电动机的绝缘强度要高。尤其是在DTC控制模式下，对电动机的绝缘强度是个很大的考验。

5、采用独立的轴流风机强迫通风系统

　　变频电动机有额外的散热，在低频、直流制动和一些特殊应用场合下的散热要大大的优于普通的交流异步电动机。　

三、变频电动机的测量

　　变频电动机的输入电量即变频器输出电量，为基波频率变化的PWM波，其测量方法与传统的工频正弦波测量有较大的区别。
　　1、通常我们说的变频器输出380V、50Hz，是指其基波（正弦波）为380V、50Hz。变频器实际输出波形为PWM波，除了基波外，还包含载波信号。载波信号频率要比基波高得多，且是方波信号，包含大量的高次谐波。
　　2、普通万用表一般只能测量45~66Hz或45~440Hz的交流正弦波。部分真有效值万用表的测量频率范围要宽得多，许多人认为可以用于变频测量、测试。其实不然，因为这种表测量结果把基波和载波都包含进去了。比如上述变频器，380V输出时，测量结果一般在400V以上。
　　3、用于变频测试的仪表应具备在各种PWM波形中分解出其基波的能力，严格测量需采用数字信号处理的方式，也就是高速采样得到样本序列，再对样本序列进行离散傅里叶变换，得到基波有幅值、相位及各次谐波的幅值和相位。
　　4、也有一种思路认为校准平均值（MEAN）可以替代变频器输出PWM信号中的基波成分的有效值。校准平均值在理论上等于正弦波的真有效值，等于正弦调制PWM波形的基波有效值，且实现简单；因此，MEAN值在许多仪器仪表中用于替代正谐波的有效值（RMS）或PWM的基波有效值（H01）的测量。但是，变频调速技术日新月异，非正弦调制PWM的应用越来越多，而且，一般变频器使用者通常并不了解自己的变频器采用何种调制模式，MEAN值在PWM测量中局限性越来越大。

　　因此，变频调速系统的电参数测试应采用具备合适带宽的变频电量变送器（包括变频电压传感器、变频电流传感器和电压电流组合式的变频功率传感器）及宽频功率分析仪（也称变频功率分析仪），宽频功率分析仪对信号进行高速交流采样后进行频谱分析，可以实时运算电压、电流的基波有效值及基波功率，还可计算电压、电流的真有效值、有功功率及相关谐波参数。

扩展阅读：

　　WP4000变频功率分析仪在4x800kW变频电机试验台中的应用
　　变频电机试验台
　　新型变频电机功率计，解决变频测量问题
　　变频电机相关试验标准

作者：hb_yinhe
湖南银河电气有限公司（http://www.vfe.cc）

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