變頻器的變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)電機(jī)及其效率的影響無(wú)論采用何種控制方式，其輸出到電機(jī)端的電壓脈沖都是非正弦的。因此，分析普通異步電動(dòng)機(jī)在非正弦波下的運(yùn)行特性，就是變頻調(diào)速對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響。
主要有以下幾個(gè)方面:
電機(jī)的損耗和效率在非正弦電源下運(yùn)行的電機(jī)，除了基波引起的正常損耗外，還會(huì)有許多附加損耗。主要表現(xiàn)在定子銅損、轉(zhuǎn)子銅損和鐵損的增加，從而影響電機(jī)的效率。
1、定子銅損定子繞組中的諧波電流使得I2R增大。當(dāng)忽略趨膚效應(yīng)時(shí)，非正弦電流下的定子銅損與總電流有效值的平方成正比。若定子相數(shù)為m1，每相定子電阻為R1，則總定子銅損P1為包括基波電流在內(nèi)的總定子電流有效值Irms代入上述公式，可得公式中的第二項(xiàng)代表諧波損耗。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于諧波電流的存在和相應(yīng)漏磁通的出現(xiàn)，漏磁通磁路的飽和度增加，從而勵(lì)磁電流增加，因此電流的基波分量也增加。
2.轉(zhuǎn)子銅損在諧波頻率下，定子繞組的電阻一般可以認(rèn)為是常數(shù)，但對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，由于集膚效應(yīng)，其交流電阻大大增加。尤其是深槽的籠型轉(zhuǎn)子尤為嚴(yán)重。正弦波電源下的同步電機(jī)或磁阻電機(jī)，定子空間諧波磁勢(shì)小。轉(zhuǎn)子表面繞組引起的損耗可以忽略不計(jì)。當(dāng)同步電機(jī)在非正弦電源下運(yùn)行時(shí)，時(shí)間諧波磁勢(shì)會(huì)感應(yīng)出轉(zhuǎn)子諧波電流，就像異步電機(jī)在接近其基波同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行一樣。
反向旋轉(zhuǎn)的5次諧波磁位和正向旋轉(zhuǎn)的7次諧波磁位都會(huì)感應(yīng)出6倍基頻的轉(zhuǎn)子電流。當(dāng)基頻為50Hz時(shí)，轉(zhuǎn)子電流頻率為300Hz。類似地，11次和13次諧波感應(yīng)出12倍于基頻的轉(zhuǎn)子電流，即600HZ。在這些頻率下，轉(zhuǎn)子的實(shí)際交流電阻遠(yuǎn)大于DC電阻。轉(zhuǎn)子電阻的實(shí)際增加取決于導(dǎo)體橫截面和導(dǎo)體所在的轉(zhuǎn)子槽的幾何形狀。通常，對(duì)于縱橫比約為4的銅導(dǎo)體，在300±50Hz時(shí)，交流電阻與DC電阻之比約為2.6。該比值在600赫茲時(shí)約為3.7。在更高的頻率下，該比率與頻率的平方根成比例增加。
3.由于電源電壓中的諧波，諧波鐵損電機(jī)中的鐵芯損耗也會(huì)增加；定子電流的諧波在氣隙之間建立了時(shí)間諧波磁動(dòng)勢(shì)。氣隙中任一點(diǎn)的總磁勢(shì)是基波和時(shí)間諧波磁勢(shì)的組合。對(duì)于三相六階電壓波形，氣隙中的峰值磁密比基波值大10%左右，但時(shí)間諧波磁通引起的鐵損增加很小。端部漏磁通和斜槽漏磁通引起的雜散損耗在諧波頻率作用下會(huì)增大，在非正弦供電時(shí)必須考慮:定子和轉(zhuǎn)子繞組都存在端部漏磁通效應(yīng)，主要是漏磁通進(jìn)入端板引起的渦流損耗。由于定子磁勢(shì)和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)之間相位差的變化，斜槽結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)斜槽漏磁通，其磁勢(shì)在末端達(dá)到最大值，造成定子和轉(zhuǎn)子鐵芯和齒中的損耗。
4.電機(jī)效率的諧波損耗顯然取決于施加電壓的諧波含量。諧波分量大，電機(jī)損耗增加，效率下降。然而，大多數(shù)靜態(tài)逆變器不會(huì)產(chǎn)生低于5階的諧波，而高次諧波的幅度很小。這種波形的電壓不會(huì)嚴(yán)重降低電機(jī)的效率。中等容量異步電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和對(duì)比試驗(yàn)表明，其滿載有效電流比基波值高4%左右。如果忽略趨膚效應(yīng)，電機(jī)的銅損與總有效電流的平方成正比，諧波銅損為基波損耗的8%?？紤]到集膚效應(yīng)可使轉(zhuǎn)子電阻平均增加3倍，電機(jī)的諧波銅損應(yīng)為基波損耗的24%。如果銅損占電機(jī)總損耗的50%，諧波銅損會(huì)使整個(gè)電機(jī)的損耗增加12%。鐵損的增加很難計(jì)算，因?yàn)樗茈姍C(jī)結(jié)構(gòu)和所用磁性材料的影響。
如果定子電壓波形中的高次諧波分量相對(duì)較低，則諧波鐵損不會(huì)像6階波那樣增加10%以上。如果鐵損和雜散損耗占電機(jī)總損耗的40%，那么諧波損耗只占電機(jī)總損耗的4%。摩擦和風(fēng)阻損耗不受影響，所以電機(jī)總損耗增加不到20%。如果在50Hz正弦電源下電機(jī)效率為90%，由于諧波的存在，電機(jī)效率只會(huì)下降1%-2%。如果外加電壓波形的諧波分量明顯大于6階波的諧波分量，電機(jī)的諧波損耗將大大增加，并可能大于基波損耗。在6步供電的情況下，具有低泄漏阻抗的磁阻電機(jī)可能吸收大的諧波電流，從而使電機(jī)的效率降低5%或更多。在這種情況下，為了令人滿意地運(yùn)行，有必要使用12級(jí)逆變器或六相定子繞組。電機(jī)的諧波電流和諧波損耗實(shí)際上與負(fù)載無(wú)關(guān)，所以實(shí)際上可以通過(guò)比較正弦電源和非正弦電源在空載情況下的諧波損耗來(lái)確定。這樣就可以確定某一類型或結(jié)構(gòu)的電機(jī)效率下降的大致范圍。
