随着电力电子技术及新型半导体器件的迅速发展，交流调速技术得到不断的完善和提高，逐步完善的变频器以其良好的输出波形、优异的性能价格比在交流电机上得到广泛应用，例如钢厂用于轧钢的大型电动机和中、小型辊道电动机、铁路及城市轨道交通用牵引电机、电梯电机、集装箱起吊设备用起重电机、水泵和风机用电机、压缩机、家用电器用电机等都相继使用交流变频调速电机并取得了良好效果。采用交流变频调速电机比直流调速电机具有显著的优点：

（1）调速容易，而且节能；

（2）交流电机结构简单、体积小、惯量小、造价低、维修容易、耐用；

（3）可以扩大容量，实现高转速和高电压运行；

（4）可以实现软启动和快速制动；

（5）无火花、防爆、环境适应能力强。

近年来，国际上变频调速传动装置以每年 13%～16% 的增长率发展，并有逐步取代大部分直流调速传动装置的趋势。由于以恒频、恒压电源进行工作的普通异步电机应用于变频调速系统时存在着很大的局限性，国外发展了根据使用场合和使用要求而设计的专用变频交流电动机，例如有低噪声、低振动用的电机，有提高低速转矩特性的电机，有高速电机，有带测速发电机的电机以及矢量控制电机等。

图 1　变频电机

一、变频电机的工作原理

变频器是把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置，在实际的生产中有着十分广泛的应用。它的主电路由三部分构成，即整流器、平波回路和逆变器，并一般分为电流型和电压型：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成——将工频电源变换为直流功率的“整流器”、吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

1. 整流器

最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源；也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。

2. 平波回路

在整流器整流后的直流电压中含有电源 6 倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）：装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感、采用简单的平波回路。

3. 逆变器

同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使 6 个开关器件导通、关断就可以得到三相交流输出，以电压型 PWM 逆变器为例可示出开关时间和电压波形。

4. 控制电路

控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它由频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。

（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率；

（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等；

（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路，它与控制电路隔离，使主电路器件导通、关断；

（4）速度检测电路：以装在异步电动机轴机上的速度检测器（TG、PLG 等）的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转；

（5）保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。

图 2　变频器控制电路原理示意

图 2 即变频器控制电路的原理示意：上半部为主电路，下半部为控制电路，主要由控制核心 CPU、输入信号、输出信号和面板操作指示信号、存储器、LSI 电路组成；外接电位器的模拟信号经模数转换将信号送入 CPU，达到调速的目的；外接的开关量信号也经由与非门送入控制 CPU。

二、变频电机的构造原理

异步电动机的转速当转差率变化不大时正比于频率，可见改变电源频率就能改变异步电动机的转速。在变频调速时总希望主磁通保持不变：若主磁通大于正常运行时的磁通，则磁路过饱和而使励磁电流增大、功率因数降低；若主磁通小于正常运行时的磁通，则电机转矩下降。

图 3　变频电机绕组结构

三、变频电机的主要特点

变频专用电动机具有如下特点：

（1）B 级温升设计、F 级绝缘制造。采用高分子绝缘材料及真空压力浸漆制造工艺以及特殊的绝缘结构，使电气绕组的绝缘耐压及机械强度有很大提高，足以胜任马达的高速运转及抵抗变频器高频电流冲击以及电压对绝缘的破坏。

（2）平衡质量高，振动等级为 R 级（降振级）；机械零部件加工精度高，并采用专用高精度轴承，可以高速运转。

（3）强制通风散热系统，全部采用进口轴流风机，超静音、高寿命、强劲风力，保障马达在任何转速下都能得到有效散热，可实现高速或低速长期运行。

（4）经 AMCAD 软件设计的 YP 系列电机与传统变频电机相比，具备更宽广的调速范围和更高的设计质量，经特殊的磁场设计进一步抑制高次谐波磁场，以满足宽频、节能和低噪声的设计指标；具有宽范围恒转矩与功率调速特性，调速平稳、无转矩脉动。

（5）与各类变频器均具有良好的参数匹配，配合矢量控制可实现零转速全转矩、低频大力矩与高精度转速控制、位置控制及快速动态响应控制；YP 系列变频专用电机可配刹车器和编码器供货，这样即可获得精准停车，并通过转速闭环控制实现高精度速度控制。

（6）采用“减速机+变频专用电机+编码器+变频器”实现超低速无级调速的精准控制。YP 系列变频专用电机通用性好，其安装尺寸符合 IEC 标准，与一般标准型电机具备可互换性。