Mm下增加极对数p，可减小气隙?，使励磁电流减小、功率因数提高。但由于机械结构
及工艺水平的限制，?有一定的下限值，因而p也就有一定的上限值。
5)若p较大，则逆变器功率管换流次数增加，使功率管换流损耗增加。此外，由于换流频率的增加，也增加了定子齿部及轭部的损耗。由于以上两因素的制约，因此户的取值也有一定的上限。
6)但p也不能太小，若取p=l，由于二极电动机定转子轭高度增加，使电动机外径及中心高增大，重量增加。此外，由于两极电动机定子嵌线时位置的限制，定子绕组必须采用较短节距的绕组。这样，一方面电动机材料得不到充分利用，另一方面绕组会产生较多份量的空间高次谐波，这就使得在变频电源供电下，已经有较大份量时间高次谐波的变频电动机的损耗、噪声、脉动转矩和噪声等问题更严重和复杂。因此，在一般情况下，对于变频电动机尽量取p>1。如最高转速为3000r／min，则宜选用p=2，f?100Hz频率。 综上所述，变频调速电动机极对数不宜取p=1，也不宜太大，即p不宜大于4(只有少数容量较大，最高转速较低的电动机才取p=4)。通常变频调速电动机极对数选2或3。中小型变频变压调速异步电动机在部级标准规范中统一定为p=2。
此外还应指出的是，极对数的选择还与逆变器类型有关。一般说来，对电压型逆变器供电的电动机，应选较小的极对数；对电流型逆变器供电的电动机，应选较大的极对数。例如，一台700kW电压型异步牵引电动机，所选极对数p=3；而另一台容量比之小得多(80kW)的电流型异步牵引电动机，其极对数也取p=3。
4.2.2变频调速异步电动机的电磁设计特殊考虑
(一)各种谐波转矩及其对电动机的影响
由于电流中谐波磁场的存在，不仅会在电动机中产生一系列谐波损耗，影响效率和温升，还会产生一系列谐波转矩。这些谐波转矩分为两类：一类是大小和方向不变的恒定谐波转矩；另一类是交变谐波转矩。当电动机端电压中有v种电压波时，就形成了v2个转矩，其中包括一个基波转矩、(v—1)个恒定谐波转矩和(v2?v)个交变谐波转矩。 1．恒定谐波转矩恒定谐波转矩，是由气隙谐波磁通和由它感应出的转子谐波电流相互作用而产生的。其产生原理与定转子基波磁通及电流产生基波转矩的原理相同。其结果是：5、11、17、??次恒定谐波转矩反转，7、13、19、??次恒定谐波转矩正转。这两类正反转谐波转矩相互抵消后，仅剩一个很小的反向转矩，使异步电动机转矩略有减小，对电动机运行影响不大。
2．交变谐波转矩交变谐波转矩，是由气隙磁通波与该磁通波次数不同的转子谐波电流相互作用产生的。每一气隙谐波磁通，均可和与它次数不同的任一次转子谐波电流作用产生一交变谐波转矩c但主要的交变谐波转矩是由基波磁通，与5、7、11、13次转子谐波电流相互作用产生的。由于磁通波次数与转子谐波电流次数不同，所 以转矩的方向半
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周内为正，另半周内为负，转矩是交变的，因而一周内的平均值为零。
谐波转矩对异步电动机正常运行虽然影响不大，但在基波频率很低的情况下，当换流频率过低时，异步电动机的转矩会产生换流频率下的剧烈脉动。这种由于在两次换流之间转子电流过分衰减而造成的脉动转矩，会使电动机的转速发生一连串的步进现象。当传动系统的机械惯性较小时，尤其如此。因此，低频下的转矩脉动使电动机的最低转速有一个下限，这就缩小了电动机的调速范围。此外，谐波及其转矩还产生振动和噪声。因此为了减小电动机中的谐波转矩，必须在电动机设计时采取一些特殊措施。 (二)转子采取特殊槽、降低谐波损耗及脉动转矩 1．选用特殊槽形
由于变频调速电动机不同于工频电源驱动的电动机，不必特殊考虑它的起动性能，这为自由选择转子槽形提供了很大余地。由于集肤效应的影响，使高次谐波的电流集中在气隙侧，导致转子运行电阻增加，铜耗增大。若采用图4—1所示的上大下小，槽深较浅的槽形(图中同时采用了闭口措施)，则可大大减小集肤效应的影响。交流变频
异步电动机一般不宜采用深槽结构，更不能采用双笼槽形。 图4-1 转子槽形 2. 采用闭口槽
转子有齿有槽会引起定子齿表面磁场高频变化，形成电动机定子的表面损耗和脉振损耗，甚至产生振动和噪声。采用闭口槽后既可大大增大槽漏抗，抑制高次谐波电流，降低脉动转矩，又可降低损耗，减小振动噪声。
(三)轴电压产生的原因、对电动机的影响及防止对策
在一定条件下电动机的转子轴与轴端之间，或轴与轴承(大地)之间会有轴电压产生。这种情况在工频电源供电时很少发生。但在变频电源供电情况下，由于高次谐波的影响，轴电压产生的机会则有增加的趋向。轴电压随着频率的增加而增加，轴与轴端间或轴与轴承之间的轴电压如超过允许值时，则油膜或润滑脂因轴电压通人使之遭到破坏，最终使轴或轴承受损伤。
1．由于磁不对称产生轴电压
磁不对称引起的轴电压，系因磁阻不对称引起交链交变磁通而产生的，它在轴与轴端之间引起轴电压。
2．由于静电感应产生轴电压
由变频电源供电时，输出电压中的脉动电压通过静电感应会使电动机轴与轴承之间产生轴电压。特别是在变频调速中采用脉冲电压控制时，电动机的轴电压将显著增加。理论和实践证明，电动机容量越大，轴电压的值也就越大。因此容量越大的电动机，越要采取措施防止轴电压。
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由于转子笼条与轴之间、轴与轴承之间均存在分布电容，就是通过分布电容的分压作用，使轴对地间产生静电感应轴电压。 3．变频电源供电时的轴电压
经理论分析及实践证明，变频电源供电时的轴电压有以下特点：
1)与工频正弦供电时相比，轴与轴间的轴电压要大20％～50% 2)运行频率增加，轴与轴间的轴电压也增大。
3)与正弦工频电源供电时一样，轴与轴间的轴电压基本与负载大小无关。 4)与工频正弦电源供电相比，轴与大地之间的轴电压增大100％～200％。 4．对轴电压的防止对策
1)对由磁不对称引起的轴电压的消除，主要从工艺结构上着手，在组装上防止产生磁路的不平衡，也可采取在结构上断开轴电流一部分回路的方法加以防止。
2)对于轴与轴承之间的轴电压通常在轴承架内插入非磁性体，使磁路磁阻增加，或增加补偿绕组，以降低磁通势，减小磁通，防止轴电流。由于轴电流是在轴与轴承部分局部范围内循环的，因此加强轴承金属或轴承座的绝缘是毫无意义的。 3)抑制变频电源中的高次谐波脉动成分。 4)中、大型电动机采用旁路电容接地。 (四)浪涌电压的产生及其对策 1．浪涌电压的产生及危害
变频电源的输出电压在换流时将与产生的浪涌电压叠加，使电动机绕组绝缘承受较高的电压。浪涌电压的反复冲击，加上浪涌电压引起的电晕放电，会使电动机绝缘加速老化，寿命缩短。
浪涌电压施加于线圈之间的负担不均匀，电动机出线端附近线圈电压分布集中，第一个线圈分担达60％。
一般一台400V的电压级的电动机其允许的浪涌电压的校准是： Um?2Us (4—11) 式中 Um——浪涌电压的峰值；
Us——绝缘的允许值，其中，当取PAM型时， 值范围为2．5～25V／?s；当取PWM型时， 取值范围为2000～3000V／?s。 2．浪涌电压的防止对策
1)从变频电源内部来说，主要采取吸收或抑制的方法。通常采用吸收管，减振器及过
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du的取 dtdu的 dt电压削波器等对浪涌电压加以吸收或抑制。插入串联电抗器也是防止浪涌电压的一种方法。
2)对电动机内部来说，主要是在电动机设计时强化电动机绝缘，使其能最大限度地承受可能出现的浪涌电压。 (五)其它特殊考虑
1)定子绕组采用多胶漆包圆线并绕，以减小定子集肤效应。 2)槽口采用磁性槽楔，以增加槽漏抗。
3)选择合适的定转子槽数配合，以减小电磁振动与噪声。 4)转子不用斜槽，以避免由于斜槽产生的漏磁通引起损耗。
5)对大容量电动机，在转子导条采用铜条时，可采用换位措施以减小杂散损耗。 6)采用H或F级绝缘，提高电动机温升等级。 7)对气隙长度进行优化选择，以减低噪声。
4.3 变频调速异步机的结构设计特点
由于变频调速电动机运行的一些特殊问题，为了能使电动机运行时达到即节能又有较高转矩转速控制，如电动机冷却方式、电磁振动及噪声，在设计时需对电动机的结构进行特殊的考虑。
(一)温升冷却方式 1．采用他扇风冷方式
如前所述，由于高次谐波影响，由变频电源供电的电动机运行时损耗将大大增加。因此，其在相同的输出及相同转速下的温升也将大大地增加。据分析和实验证明，对中小型容量的自扇冷式电动机，其定子绕组温升上升9．6％～24．1％。因此，如前所述，为了减小损耗，降低温升，在进行变频调速电动机设计时，已采取特殊措施，使其在相同容量相同转速下损耗和温升不致过高。
即使是如此，由于变频调速电动机运行速度范围很广，高低速度变化很大，而风扇风量Q与转速n有如下关系： Q?Kn (4—12) R式中 R——风路的电阻。
可见，低速时通风量将随转速正比减少。也就是说，电动机的冷却能力与转速有关，全封闭的外扇形电动机的转速n与冷却系数c有如下关系： c?(n?)CN nN第 29 页 共 59 页
式中CN——额定转速n时的冷却系数； ?——计算系数，约为0．5—0．65。
因此，为了防止变频调速电动机低速运行时冷却能力的下降，结构设计时，必须选用与电动机运行转速无关的他扇风冷方式。 2．采用轴流式风扇
由于离心式风扇可产生较高的风压，其压力值又与一般电动机所需要的数值最为适应，而且这风扇正反转向均可使用。因此，离心式风扇在电动机的通风方式中被广泛采用。但由于这种风扇为了适应正反转的需要，大都采用叶片径向分布的盆式结构。这种结构在成风时，其主气流挤过叶片间流道时，形成的固有形状与流道截面不一致，产生较大的脱体涡流损失。此外，这种结构风罩形状与风扇配合不当，造成风扇与风罩间隙处气流循环，引起局部涡流损失加大。这样就使得它噪声大、效率低，通常其效率不超过20％。 而轴流式风扇风量大、效率高，一般可达80％。只是由于其只能单向运转，故在普通中小型异步电动机中其使用大受限制。而对变频调速电动机就不大一样了。如上所述，由于变频调速电动机的用的是他扇冷却方式，其风扇的旋转方向与电动机的正反向运转无关。此外，由于这种封闭式外扇冷电动机的外风路风阻较小，机座散热筋风沟内的气流主要沿轴向，因此最适宜选择这种压头低、流量大的轴流式风扇。 从风机理论上分析，风扇的比转速ns由下式决定： ns?133.322nQH34 （4—13）
式中 n——风扇转速(r／min)； Q——风量(m3／s)；
H——标准工况20C时风扇压头(Pa)。
通常，当ns=90—300r／min时，最宜选用轴流式风扇。而一般中小型异步电动机比转速ns均在90以上，故风机理论分析结果，也宜选用轴流式风扇。 3．选择合适的风罩构成理想的风道
为了减小风路上各处的局部涡流损失，保证把冷却风送到主机外壳末端，使整个机壳收到冷却效果，风罩是重要的部件，必须给轴流式风扇配以形状合适的风罩。
1) 选择好风扇与风罩间的径向间隙值占。艾克尔经验公式指出，风扇与风罩间的径向间隙?增大时，轴流式风机效率降低值??为：
???(2.6~3.5)(?0.01) （4—14）
h式中 ?一风扇与风罩间的径向间隙(mm)；
?h一风扇叶片径向高度(mm)。
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