电机的目标是产生扭矩，并最终带动另一件设备的旋转运动。转矩取决于气隙中的磁通波和转子对磁通波的相对速度。磁通波的强度取决于施加在定子端子上的电压和频率，如式1所示:
Ø = V/f
施加在电机上的负载降低了转子转速(增加了滑移)。当电机转矩与负载转矩匹配时，转速将保持不变，但如果负载超过最大转矩(击穿转矩)，转子就会失速。
变频器同时控制电压和频率以产生恒定的磁通，从而在不同速度下保持最大扭矩。变频器对逆变模块中的交流电进行整流，再通过调波将交流电转换回交流电。
在此过程中，谐波和短时间绝缘腐蚀电压峰值也会产生，其大小取决于VFD的载波频率及其电路，以及任何包含的滤波(如果需要)。变频器的输出电压对电机制造商来说是至关重要的信息。电机制造商应考虑VFD在尺寸、成本和最佳电机VFD性能方面的影响。以下是在设计定制电机以在VFD上运行时要考虑的要点。
转矩
磁通和电流密度在每个转子棒的上部产生电流集中(集肤效应)。这一效应负责在市电电机加速过程中产生起动转矩(转子锁住转矩)并使起动电流(转子锁住电流)保持在目标值以下。
当涉及VFD时，集肤效应不再与使电机加速和保持低启动电流有关。尽管如此，有必要限制vfd产生的时谐波，因为它有能力产生热损失。然而，击穿扭矩是至关重要的，它应该与应用程序对快速响应、加载和在目标恒定功率区域实现所需速度的需求相匹配。
转子的大小要适当。增加转子棒的数量或长度，从而也修改定子尺寸，是增加扭矩的设计调整的例子。在常规和过载操作中，VFD必须提供足够的电流来产生所需的扭矩，但与VFD匹配的专门设计的电机可以限制电流，以避免应用更大、更昂贵的VFD。这一行动导致了较低的系统获取成本。
.png)
转矩脉动
当市电为电机供电时，槽漏磁饱和、转子静态、动态偏心率以及转子和定子槽的数量等因素都会产生基频谐波。结果是损失和机械应力，vfd引入的谐波量增加。这些谐波产生寄生径向转矩，导致额外的振动和热量，如果在设计电机时没有解决。
效率
工业电机的电力消耗越来越成为一个关键的电机设计标准。许多国家已经通过了涉及小型交流感应电机(低于375千瓦)的法规，因为它们代表了迄今为止运行的最大数量的感应电机，因此对电力消耗的影响最大。
虽然没有针对高达几兆瓦的大型机器的规定，但效率是相关的，因为它们占电力消耗的23%
效率是传递到轴的功率和输入到电机端子的功率之间的比率。国际电工委员会(IEC) 60034-2-1和电气和电子工程师协会(IEEE) 112已经帮助工业开发测试程序，通过测试或计算损失来确定电机效率。效率测试包括确定电机损失，称为:
- 定子我²R
- 转子我²R
- 摩擦和风量
- 核心的损失
- 杂散负载损失
发生在定子、转子铁心和其他金属部件上的杂散负载损失、转子棒和定子绕组中的涡流损失是难以预测和测量的。计算vfd产生的谐波使这一挑战复杂化。
冷却
散热能力是决定机器尺寸及其温升等级的一个决定性因素。电机制造商必须设计一个有效的内部气流路径，并提供独立的外部空气冷却恒定扭矩应用。
振动
标准的双极电机的临界转速低于其额定转速，如果驱动器以或接近临界转速运行电机，则会放大振动到损坏设备的程度。电机制造商需要知道工作速度范围是否会与临界速度相交，以提供一种解决方案，可以减振，修改临界电机速度，或编程VFD以避免临界速度区域。
绝缘
由vfd提供的电压波形由具有快速上升峰值的脉冲组成，在连接的电机绕组中表现为浪涌。它们不同于常规的正弦波。电缆和定子之间的阻抗不匹配会通过反射而增大电压。随着时间的推移，如果这些快速上升的峰值没有得到解决，定子绝缘将恶化并失效。
描述总谐波失真的实际波形是有价值的信息，但并不总是提供，迫使电机制造商做出假设。过高或过低谐波会给用户带来额外的成本。在没有这些数据的情况下，制造商可能会决定不提供电机，因为风险很高。
采购电机和驱动器伟德体育国际手机版
从同一制造商采购电机和变频驱动器(VFD)可以提供好处。额定功率在375千瓦(kW)以上的中压电机，最高可达几兆瓦，按订单制造，定制设计，价格昂贵。将电机与同一制造商设计和生产的VFD系统配对可以提供:
- 最大系统寿命
- 可靠、连续运行
- 减少耗电量
如果电机和变频器是从不同的来源获得的，设备供应商和系统集成商之间的有效信息交换是必要的，以匹配指定的系统应用结果。
在设计电机或集成VFD时，上述决策因素并不涵盖所有方面，但提供这些决策因素是为了展示定制电机设计过程的复杂性，这可能会鼓励集成商或最终用户从同一制造商购买设备。
参考文献
感应电机设计手册-第二版Ion Boldea/Syed A. Nasar
IEC 60034-2-1旋转电机。通过试验确定损耗和效率的标准方法
多相感应电动机和发电机的标准试验程序。
2016年国家电气制造商协会
美国能源部-高效电机的选择和应用指南。