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1 变频电机的特点
1.1 电磁设计
对于普通异步电机来说，变频电机设计时考虑的主要性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。
对于变频电机，由于临界调节率与电源频率成反比，因此当临界调节率接近1时，可以直接启动。
因此，过载能力和启动性能不需要过多考虑，但要解决的关键问题是如何提高电机对非正弦电源的适应能力。
首先，尽可能降低定子和转子电阻。
通过降低定子电阻，可以降低基波铜耗，以补偿高次谐波引起的铜耗增加[3]。
其次，为了抑制电流中的高次谐波，需要适当增大电机电感。
但转子槽漏电阻较大，集肤效应也较大，高次谐波铜耗增加。
因此，电机漏电阻的大小应考虑整个调速范围内阻抗匹配的合理性。
另外，变频电机的主磁路一般都设计成不饱和的，一是考虑到高次谐波会加深磁路饱和。
另一种是考虑在低频时适当提高变频器的输出电压，以提高输出转矩。
1.2 结构设计
结构设计，主要还考虑变频电机的非正弦功率特性、绝缘结构、振动、噪声、冷却方式等。
首先，在绝缘等级上，一般为F级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘承受冲击电压的能力。
对于电机的振动和噪声，应充分考虑电机部件及整体的刚性，尽量提高其固有频率，避免与各力波产生共振现象。
一般采用强制通风冷却，即主电机冷却风扇由独立电机驱动[4]。
容量超过160KW的电机应采取轴承绝缘措施，主要是容易产生磁路不对称，也会产生轴电流，且当其他高频元件产生的电流共同作用时。
轴电流会大大增加，从而导致轴承损坏，因此一般采取绝缘措施。
另外，对于恒功率变频电机，当转速超过3000/min时，应采用耐高温的专用润滑脂，以补偿轴承的温升。
2 变频电机常见故障诊断、电池端子腐蚀
2.1匝间短路和局部放电、保险丝熔断
匝间短路和局部放电是当前变频电机绝缘型故障较常见的形式，其中匝间短路一般表现为电机之一线圈大面积损坏。
局部放电集中在电机线圈外观良好，但绝缘电阻已呈现为零状态。
此时，电机绝缘系统受到损坏的影响，不仅仅是单一因素，还有局部放电、局部介质发热等多种因素。
局部放电：目前中小容量逆变器运行中，普遍选择采用IGBT功率器件脉宽调制技术。
各元件共同构成的PWM调速装置可提供高耸的尖峰，其波具有陡峭的前沿特性，同时其调制频率较高，因此冲击对绝缘带来的危害更为严重。
局部介电加热：
如果电机内的电场强度E已明显超过绝缘临界值，那么电介质的损耗程度也会越来越严重。
特别是在频率升高的情况下，局部放电也会增加，进而产生热量，势必会带来更加严重的漏电流等问题[1]。
时间一长，不仅会导致单位体积的损耗增加，而且电机的温升也会不断升高，必然导致绝缘老化越来越快。
循环交变应力：
PWM逆变供电方式，正式使用时可通过逆变器提供的各种方式直接对变频电机进行制动。
在循环交变应力的影响下，电机绝缘体的整个绝缘体将老化得越来越快。
由于前期的设计环节没有考虑到电气和机械的完整性，因此老化过程中电机的转速会不断提高。
2.2轴承损坏、振动过大
结合PWM变频驱动系统正式投入运行时的效果，整个变频电机的轴承损坏问题会越来越严重，甚至经常会出现轴承损坏、振动过大等问题。
某高速线材厂一台690kW变频电机投运仅3个月就开始出现严重振动等问题。
针对故障排除和维修的问题，离线对电机进行拆解，发现轴承表面有较多的烧斑，同时这些烧斑也比较明显，其原因是电机轴承由于高惯量负载的轴电流冲击而严重损坏。
2.3 电池端子电流振荡
结合实例分析，某冷轧机内现有的250kW/400V/430A变频电机系统在运行中，一直出现电机过载烧毁装置故障的问题。
变频器检修时，提前对变频器电机进行V/F控制空载测试，并根据测试结果。
结果发现，电机在7～30Hz范围内出现异常电流，更重要的是，三相电流幅值出现明显振荡，最高振荡电流幅值达到700A。
故障问题出现后，相关检修人员立即针对现有的检测结果，发现同一频率范围内电机和变频器不稳定等问题[2]。
在工作频率附近，电动机状态比较稳定，但如果频率在40Hz，特别是在20～30Hz范围内，电动机电流会以10～20Hz左右的周期振荡，峰值性能在这个时间太高会产生多余的热量，那么电动机的整个运行状态将受到严重影响。
分析情况，对于异步电机来说，如果处于零差率状态，那么其瞬态正负转矩变化就会存在不稳定因素。
更重要的是，变频器驱动下的转矩脉动和V/F的瞬态变化会引起更明显的转矩波动，可能会导致振动甚至连续振动。
这种情况下的转矩脉动与谐波电流等因素之间存在一定的相关性。
如果变频电机运行不稳定，不能简单认为是电机或变频器有故障问题，而是要根据电机的参数以及变频器的故障情况进行综合分析。变频器，以便对现代驱动器的故障做出合理的判断。
3变频电机故障维修措施
变频电机的应用越来越广泛，对于变频电机的维修，需要针对变频电机的特点采取有效的措施，以保证变频电机正常的电能质量运行。
3.1 变频电机维护要求
变频电机即变频驱动电机一般选用4级电机，基频工作点设计为50Hz，频率0-50Hz（转速0-1480r/min）范围电机为恒转矩运行，频率50-100Hz（转速1480-2800r/min）范围内的电机进行恒功率运行。
整个调速范围（0-2800r/min），基本满足一般驱动输出设备的要求，其工作特性与直流调速电机一样，调速平稳平稳。
如果在恒转矩调速范围内增加输出扭矩和输入功率，也可以选择6级或8级电机，但电机的尺寸相对较大[5]。
由于变频电机的电磁设计采用灵活的CAD设计软件，因此可以随时调整电源电机基频的设计点。
我们可以根据电机的实际工况，在计算机上准确地模拟出电机在各基频点运行特性的主要原因，从而扩大了电机的恒转矩调速范围。
我们可以在相同的座数内使电机的功率更大，并且在相同变频器的基础上可以增加电机的输出扭矩，以满足电机在各种工况下处于最佳状态的设计和制造设备条件。
变频驱动电机可配备附加速度编码器，以实现高精度速度和位置控制以及快速动态响应的优点。
电动机还可以配备专用的直流（或交流）制动器，以实现快速、有效、安全、可靠的制动性能。
由于变频电机的可调设计，我们还可以制造各种高速电机，以保持高速时恒扭矩的特性，在一定程度上替代原来的中频电机，而且价格低廉。
变频驱动电机为三相交流同步或异步电机，根据变频器输出电源有三相380V或三相220V。
所以电机电源也有三相380V或三相220V不同的区别，一般4KW以下的变频器只有三相220V。
因为变频驱动电机要给定驱动基频点（或拐点）来划分变频器不同的恒功率调速区域和恒转矩调速区域。
所以变频器基频点和变频电机基频点的设置非常重要。
3.2 提高绝缘性能
通过合理使用耐电晕漆包线，有利于适当增加丝网清漆层。
通过量子化学技术的应用，用于屏蔽的化学材料可以直接参与作为清漆主要材料的清漆基聚合物的缩合反应，以确保高频抗冲击电压能够及时分散以及溶解过程，从而提高清漆的整体耐电晕性能。
罐体绝缘材料由NHN和F级DMD等几种不同的混合物制成，由于具有很强的有机特性，因此不耐电晕。基于此，选择使用一种新型含云母槽绝缘。
云母的添加有助于提高耐电晕性。
在相间绝缘方面，应选择表面带有聚酯绒的产品。
此类产品与其他材料相比在树脂吸收方面具有明显的优势特点，有利于与线材形成有效的结合。
浸渍工艺一直是变频电机检修中最重要的工艺之一，最重要的一点是避免树脂流动和连接松动。
通常选择采用VPI进行处理，或者VPI处理后，可以适当增加浸渍工序，这样有利于及时消除气泡，不断填充绕组中的空气间隙，也能提高电气性能和性能。绕组的机械强度，保证其自身的耐热性和耐污性得到加强。
如果条件允许，可以采用紫外线加热和电流干燥的方法进行处理，可以取得良好的效果。
另外，需要注意的是，在变频电机检修的整个过程中，避免造成短路等问题，保证电机轴承等部件的装配能满足基本精度要求，尽量避免局部严重发热以及涡流损耗引起的其他问题，否则势必影响电机的绝缘性能。
3.3 消除轴电流的影响
为了保证轴电流能够降低到无害的水平，通常需要保证轴电流控制在0.4A/mm2或0.35mV以下。
在此基础上，应结合电机使用的具体环境和类型，采取有针对性的对策，消除轴电流的不利影响。
抑制电源谐波：
要消除轴电流的影响，通过合理应用变频器电源调速系统，可以直接在其中添加滤波器，或者使用配套的变频调速装置，这样有利于减少谐波，同时也减少轴电流和振动等不良影响。
轴承绝缘措施：
对轴承采取有针对性的绝缘措施，还能及时消除轴电流的不利影响。目前常见的方法是通过电机负载侧轴承接地、非负载侧轴承绝缘等手段，采用滚动轴承结构。
可以选择绝缘轴承作为主要轴承形式之一，或在轴承内圈、外圈表面等部位，采用离子喷涂方法均匀喷涂50～100mm的绝缘层。
另外，根据实际情况，也可以直接在端盖轴承室加一个套筒，在套筒与端盖之间加绝缘层，做好内外盖轴承的紧固工作。
采用滑动轴承结构时，可以直接在固定轴承位置增加垫环氧玻璃布板，或者在进出油管道位置，增加保温管接头等，采用这些方法可以有效消除轴电流的不利影响。
除了上述方法外，我们还可以选择采用监测线路加强绝缘、改善电机运行环境等策略来消除轴电流。
总之，无论选择使用任何方法，都要根据实际情况的特点和要求，从多个角度出发，才能取得良好的效果。
3.4 改善电流振荡问题
经过长期的测试、总结和分析，以保证电流振荡问题得到有效的处理，同时改善电流的不稳定性。
这可以通过不断增大电机转动惯量或承载负载来实现，也可以适当增大电压逆变器直流侧容量来实现，有利于减小电压波动的影响。结合当前状态进行PWM控制逆变器运行。
使用快速开关元件或直接降低PWM调制频率将有助于避免死区影响的输出电压波动。
为了改善电流振荡问题，还可以采用高调比的电机，采用电流反馈等方式，可以保证电路矢量控制的情况，如及时反馈，才能保证电流的改善。变频电机运行的稳定性。
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