高速電機通常是指轉速超過10000r/min的電機。它們因為轉速高，體積遠小于功率普通的電機，與原動機相連，取消了傳統(tǒng)的減速機構，高速電機轉動慣量小等原因，所以具有電機功率密度高，可以有效的節(jié)約材料，傳動效率高，噪音小，動態(tài)響應快等優(yōu)點。

高速加工技術越來越受到人們的關注，它不僅可獲得更大的生產(chǎn)率，而且還可獲得很高的加工質量，并可降低生產(chǎn)成本，因而被認為是21世紀最有發(fā)展前途的先進制造技術之一。 [1] 在先進工業(yè)國家，此項技術已廣泛應用于航空、航天及模具行業(yè)。在近五年中，我國的該項技術也取得了長足的進步。是實現(xiàn)高速切削的前提條件。高速機床與虛擬軸機床均為機床突破性的重大變革。無論是普通數(shù)控機床還是虛擬軸機床，實現(xiàn)高速化的關鍵部件仍是主軸單元。

高速變頻電機是指轉速超過10000r/min，一般都是幾萬轉甚至達到十幾萬轉，電機輸入基波頻率范圍達到1000Hz甚至更高，極數(shù)基本為2級。

高速電機具有轉速高、相對尺寸小、功率密度大、效率高等顯著優(yōu)點，在空調或冰箱的離心式壓縮機、儲能飛輪、紡織、高速磨床等諸

多場合具有較多應用，在電動汽車、分布式發(fā)電系統(tǒng)中具有廣闊的應用前景。

在高速運行情況下，電機的運行特性與常規(guī)電機有很大的不同，對高速電機進行相關測試是至關重要的。

一高速電機測試內容

01高速電機效率測試　　高速電機功率密度高，但是單位體積內的損耗也大，尤其是轉子的風磨損耗和渦流損耗是一般電機的數(shù)十倍。通過電機的輸入電量測量

(包括電壓，電流，功率、功率因數(shù)等)、輸出量測量(轉速，轉矩，功率等)、勵磁測量等得到高速電機的效率。通過高速電機效率測試，從而

分析高速電機的相關損耗，是高速電機的結構設計、改善機械特性、提高散熱能力、減小損耗的關鍵。

02高速電機供電系統(tǒng)監(jiān)測　　高速電機一般采用變頻器供電，對于供電系統(tǒng)的基波頻率、諧波分量十分敏感。變頻器輸出的電壓波形是PWM波，除了基波外，還包含

大量的整數(shù)倍載波頻率的高次諧波，會給高速電機帶來高頻附加損耗，所以對供電系統(tǒng)運行狀態(tài)及可靠性監(jiān)測是十分必要的。

二高速電機測試關鍵要求　　1、為了準確獲得電機的效率，必須要求確保電機輸入電功率與電機輸出軸功率嚴格同步測量。

2、必須滿足變頻器輸出PWM波的基波電壓、基波頻率、諧波分析等的測量需要。

3、傳感器及測試儀器組成的測試系統(tǒng)，整體精度必須達到0.2級。

4、由于高速電機的空載試驗時功率因數(shù)低于0.2，所以測試系統(tǒng)的角差指標，必須滿足低功率因數(shù)條件下功率測量精度的要求。

5、高速電機的測試現(xiàn)場一般電磁環(huán)境復雜，測試系統(tǒng)必須擁有強的抗電磁干擾能力。

三高速電機測試解決方案　　本測試系統(tǒng)采用銀河電氣研制的WP4000變頻功率分析儀，功率單元選用SP系列變頻功率傳感器測量電參數(shù)，采用DM4022頻率測試子

站采集扭矩轉速傳感器的信號，SP變頻功率傳感器、DM4022通過光纖與WP4000變頻功率分析儀相連。高速電機測試系統(tǒng)構成框圖，如圖

1所示。

WP4000變頻功率分析儀、SP變頻功率傳感器均采用前端數(shù)字化技術，完全避免了復雜電磁環(huán)境下傳輸環(huán)節(jié)本身的衰減和干擾，同時截

斷了傳感器的最重要的干擾傳播途徑，增強了傳感器和系統(tǒng)的電磁兼容性能。

WP4000變頻功率分析儀每個功率單元擁有獨立的同步源， 200KHz的采樣頻率同步采集所有參數(shù)，確保了電機輸入、輸出功率的同步

測量，擁有100KHz的有效帶寬，滿足PWM波的諧波分析需求。

SP系列變頻功率傳感器(B型)，電壓、電流準確度為讀數(shù)的0.1%，在功率因數(shù)0.05~1范圍內，保持功率準確度為讀數(shù)的0.2%，滿足高

速電機測試的需求。

高速電機的轉速超過10000r/min，具有以下主要特點：

1)電機功率密度高，同功率情況下，體積遠小于同等功率普通電機，可有效節(jié)約原材料。

2)可與原動機直接連接，取消傳統(tǒng)的減速機構，傳動效率高，噪音小。

3)轉動慣量小，動態(tài)響應快。目前成功實現(xiàn)高速化的主要有感應電機、永磁電機和開關磁阻電機。在確定高速電機結構形式時，需要對其電磁特性和機械特性綜合對比研究。從功率密度和效率角度考慮，選擇順序為永磁電機、感應電機和磁阻電機;從轉子機械特性方面來說，選擇順序為磁阻電機、感應電機和永磁電機。目前中小功率高速電機采用永磁電機較多，中大功率高速電機采用感應電機較多。

高速電機主要類型及其特點

目前應用的高速電機類型主要有感應電機、永磁電機和開關磁阻電機，每種類型的電機又有不同的拓撲結構。高速感應電機轉子結構簡單、轉動慣量低，能在高速條件下長時間運行，在高速領域應用比較廣泛。永磁電機具有效率和功率因數(shù)高，轉速調節(jié)范圍大的優(yōu)點，在高速應用領域應用廣泛;相對于外永磁轉子電機，內轉子永磁電機具有轉子半徑小、可靠性強的優(yōu)點，成為永磁高速電機的首選。開關磁阻電機結構簡單、堅固耐用、成本低廉，耐高溫，在高速領域應用廣泛。表1是對上述三種主要類型高速電機優(yōu)缺點的總結。

2.高速電機設計制造需要解決的重點問題

高速電機在設計方面與普通電機存在較大差別，設計時重點考慮電機高速運轉對轉子強度，軸承適應性，損耗散熱等方面的特殊要求。高速電機設計和發(fā)展方面主要存在以下幾點問題：

一是軸承方面，滾球軸承在高強度轉速下，可能會發(fā)生漏油問題，且負載能力有限，價格昂貴。

二是在電機的設計方面需要多學科知識進行支持，因此，需要結合不同種類的外界因素進行電機技術研究。

三是在永磁體方面，永磁體的強度和耐溫能力都相對較差，對高速永磁電機的發(fā)展極為不利。四是疊片轉子所能承受的離心力很小，渦流損耗卻較大，需要更深入的探索研究。五是在定、轉子損耗，以及相關計算方法方面，需要有所提升。高速電機在轉子強度、轉子系統(tǒng)動力學、電磁設計、冷卻系統(tǒng)設計與溫升計算以及高速軸承的研制方面，存在與常規(guī)電機不同特性，所以高速電機的設計是一個集電磁場→轉子強度→轉子動力學→流體場與溫度場等多物理場，多次迭代的綜合設計過程。

由于高速電機的轉子速度高于10000 r /min，電機旋轉時，常規(guī)疊片轉子難以承受巨大離心力作用，需要采用特殊的高強度疊片或采用實心轉子結構。對于永磁電機來說，因燒結而成的永磁材料不能承受轉子高速旋轉產(chǎn)生的拉應力，必須對永磁體采取保護措施;同時電機轉子與氣隙高速摩擦，在轉子表面造成的摩擦損耗遠大于常速電機，需要考慮轉子散熱問題。為保證轉子有足夠的強度，高速電機轉子設計為細長型。與常速電機相比，高速電機轉子系統(tǒng)接近臨界轉速的可能性增加，為避免發(fā)生彎曲共振，必須根據(jù)轉子系統(tǒng)的臨界轉速，對轉子強度進行相應調整改善。