GB/T 24625-2024 变频器供电同步电动机设计与应用指南

　　ICS 29.160.30 CCS K 21

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 24625—2024代替 GB/T 24625—2009

　　变频器供电同步电动机

　　设计与应用指南

　　Guide for the design and application of synchronous

　　motors for converter supply

　　2024-09-29 发布 2025-04-01 实施

　　发

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　布

　　GB/T 24625—2024

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 电动机与变频器的匹配 2

　　4.1 变频器选用 2

　　4.2 变频器供电同步电动机设计 2

　　4.3 变频器供电同步电动机的噪声及振动 3

　　4.4 换相电抗 XC 限值 4

　　4.5 永磁电动机运转时的特殊性 4

　　5 变频器供电同步电动机的分类 4

　　5.1 普通工业用变频同步电动机 4

　　5.2 提升机等负载用变频同步电动机 4

　　5.3 金属轧机用同步电动机 4

　　6 电机结构型式、防护等级、冷却方法及润滑形式 5

　　7 电动机的基本技术要求 5

　　8 变频器供电同步电动机试验方法 6

　　9 随机文件、备件及保用期 6

　　附录 A (资料性) 变频器和电机之间的技术信息 7

　　Ⅰ

　　GB/T 24625—2024

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第 1 部分 ：标准化文件的结构和起草规则》 的规定起草。

　　本文件代替 GB/T 24625—2009《变频器供电同步电动机设计与应用指南》 ，与 GB/T 24625—2009 相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：

　　—更改了“ 范围” 的表述(见第1章，2009年版的第1章);

　　—增加了“术语和定义” 的英文(见第3章);

　　—删除了“额定值的基准”“ 短时过载能力”“ 变频器供电同步电动机的基本运行性能”“ 变频器分类” 的定义(见2009年版的3.1、3.2、3.3、3.5);

　　—更改了 “ 变频电源” ，同时更改了要素 “ 变频电源”e) 的表述 , 增加了 “ 变频器选用” 的条款f)(见4.1 ，2009年版的4.1);

　　—更改了 “ 变频器供电同步电动机 ” ，同时更改了要素 “ 变频器供电同步电动机”a)、b)、 c)、d)、e) 的序号和表述，增加了 “ 变频器供电同步电动机设计” 的条款a)、b)、h)、 i)、j)(见4.2 ，2009年版的4.2);

　　—更改了“ 变频器供电同步电动机的噪声及振动” 的表述，增加了“影响变频器供电同步电动机噪声及振动的因素” 的条款g)(见4.3,2009年版的4.3);

　　—更改了“换相电抗XC限值” 的表述(见4.4 ，2009年版的4.4);

　　—增加了“永磁电动机运转时的特殊性” 的表述(见4.5);

　　—更改了“普通工业用变频同步电动机” 的表述(见5.1 ，2009年版的5.1);

　　—更改了 “ 电机结构型式 、 防护等级 、冷却方法及润滑形式 ” 的编写规则和表述(见第6章， 2009年版的第6章);

　　—更改了 “ 电动机的技术要求” ，同时更改了 “ 电动机的技术要求” 的表述(见第7章， 2009年版的第7章);

　　—更改了“ 变频器供电同步电动机试验方法” 的表述，同时增加了“ 变频器供电同步电动机试验方法” 的条款(见第8章，2009年版的第8章);

　　—更改了 “ 随机文件 、备件及保证期 ” ，同时更改了 “ 变频电机随机提供如下文件”(见第9章，2009年版的第9章);

　　—更改了“ 每台电机可供如下备件” ，同时更改了要素 “ 每台电机可供如下备件”a)、b) 的表述(见9.2 ，2009年版的9.2)。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国电器工业协会提出。

　　本文件由全国大型发电机标准化技术委员会 (SAC/TC 511)归口。

　　本文件起草单位： 哈尔滨电气集团先进电机技术有限公司、哈尔滨电气科学技术有限公司、南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院、佳木斯电机股份有限公司、东方电气(德阳) 电动机技术有限责任公司、东方日立(成都) 电控设备有限公司、深圳市禾望电气股份有限公司、哈尔滨大电机研究所有限公司、 中国长江三峡集团有限公司内蒙古分公司、三峡国际能源投资集团有限公司、 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司、昆明电机厂有限责任公司、湖南力行动力科技有限公司、广东阿尔派电力科技股份有限公司、重庆大江动力设备制造有限公司。

　　本文件主要起草人： 陈润年 、高超 、贺儒飞 、巩魁鑫 、 陈满 、赵倩 、常颜芹 、彭江川 、赖成毅、王素飞、孙玉田、邹祖冰、刘喜泉、于晓慧、赵玉吉、赵吉刚、倪大成、黄宇晖、苏建军、周谧。

　　Ⅲ

　　GB/T 24625—2024

　　本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：

　　—2009年首次发布为GB/T 24625—2009;

　　—本次为第一次修订。

　　Ⅳ

　　GB/T 24625—2024

　　变频器供电同步电动机

　　设计与应用指南

　　1 范围

　　本文件规定了变频器供电的三相或多相电励磁同步电动机及永磁同步电动机定额、结构型式、性能要求、冷却方法、试验方法及验收规则，包含对变频器的要求。

　　本文件适用于变频器驱动的同步电动机。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件。

　　GB/T 755—2019 旋转电机 定额和性能

　　GB/T 997—2022 旋转电机结构型式、安装型式及接线盒位置的分类(IM 代码)

　　GB/T 1029 三相同步电机试验方法

　　GB/T 1971—2021

　　旋转电机 线端标志与旋转方向

　　GB/T 1993—1993

　　旋转电机冷却方法

　　GB/T 4942—2021

　　旋转电机整体结构的防护等级(IP 代码) 分级

　　GB/T 10068—2020

　　轴中心高为 56 mm及以上电机的机械振动 振动的测量、评定及限值

　　GB/T 10069.1—2006

　　旋转电机噪声测定方法及限值 第 1 部分 ：旋转电机噪声测定方法

　　GB/T 10069.3—2008

　　旋转电机噪声测定方法及限值 第 3 部分： 噪声限值

　　GB/T 25123.4—2015

　　电力牵引 轨道机车车辆和公路车辆用旋转电机 第 4 部分： 与电子变流器

　　相连的永磁同步电机

　　GB/T 25442 旋转电机(牵引电机除外) 确定损耗和效率的试验方法

　　IEC 60034﹘18﹘42 旋转电机 第 18﹘42 部分： 电压型变频器供电的旋转电机耐局部放电电气绝缘结构 (Ⅱ 型 ) 鉴别试验 [Rotating electrical machines—Part 18﹘42: Partial discharge resistant electrical insulation systems (Type Ⅱ) used in rotating electrical machines fed from voltage converters—Quali﹘ fication tests]

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　多相变频同步电动机 multi-phase variable frequency synchronous motors

　　应用多相变频器且其电动势的频率与电机转速之比为恒定值的交流电机。常用相数为 6、12、15 相等。 3.2

　　换相电抗 commutating reactor

　　XC

　　换相阻抗的无功分量 。有效地阻止一个或一批换相组的变流电路元件之间进行电流转移的电抗 。对

　　1

　　GB/T 24625—2024

　　变频器供电的凸极同步电动机：

　　式中 xd(″)与 Xq(″)分别是对应于额定电压 、额定电流及额定频率的每相直轴与横轴超瞬变电抗( 不

　　饱和值 )。

　　4 电动机与变频器的匹配

　　4.1 变频器选用

　　在选用变频器时，需考虑以下因素，电源的容量应留有一定的裕度。

　　a) 变频器一般按连续负载电流容量，短时负载电流容量及峰值电流容量来配置 。在选用中适当地控制规格的大小、 电流的峰值和瞬时值以及电动机电流均方根值和系统的运行方式。

　　b) 当电动机及控制系统用于转矩或频率可能发生突然变化的负载时，电流大小的选择需考虑突然变化导致的最大瞬态电流峰值。

　　c) 当要求电动机的运行速度发生变化时，如果电源频率变化比电动机转速变化的比率大，控制系统输出的有效电流或峰值电流可能会超过稳定状态的要求。

　　d) 在电动机低速或过载运行中，因电机损耗增大，效率下降，故电源应确保电机的运行要求。

　　e) 变频器输出的du/dt值不大于3 kV/µs，共模电压不大于1 kV，如果有特殊要求另行协商。

　　f) 变频器可分为电压源型与电流源型两类 。对于交-直-交变频器而言，如其中间直流环节并联滤波电容则属电压源型 ;如其中间直流环节串联滤波电感则属于电流源型。交-交变频器并无明显的直流中间环节，但它也有电压源型与电流源型之分，以适应负载的需要。通常交-交变频器的内阻极小，多属电压源型。

　　4.2 变频器供电同步电动机设计

　　在设计和选用三相或多相变频同步电动机时，需考虑以下因素。

　　a) 除有特殊说明外电动机应以连续工作制(S1) 为额定值基准 。其额定值为额定转速和额定电压下，电动机输出的轴功率 。基准额定值的定义是通过规定电动机在图1中点3的电压、速度、功率或转矩，使其符合该点的情况。

　　b) 偶尔使用的短时过载能力是指很少发生或紧急事故时，电动机在规定的时间内，连续承受超过额定负载的能力 。频繁使用的短时过载能力是指电动机反复承受超额定负载的能力，这种过载作为某种规律性工作周期的一部分 。短时过载运行以后电机宜轻载运行，以确保电机在整个负载周期内的负载均方根值不超过连续额定值 。 同时短时过载运行时间宜限制在不超过额定温升的某一个区间内，以确保绝缘寿命。

　　c) 电动机的绝缘一般按两倍额定电压设计，电机应能承受由于变频器带来的du/dt为3 kV/µs电压梯度冲击。对于脉宽调制(PWM) 控制的电机绝缘应符合IEC 60034-18-42的要求。

　　d) 电动机根据负载状况、 电源的影响等综合因素进行选择和设计，可考虑三相或多相变频同步电动机。

　　2

　　GB/T 24625—2024

　　标引序号说明：

　　1─基于温升因素和电压升高因素的最小转速下的转矩;

　　2─基于温升因素的恒转矩范围内的最低转速;

　　3─恒转矩区高端的基准额定点;

　　4─依据恒功率和转速极限而设定的最高运转速度。

　　图 1 基准额定值

　　e) 选择电动机时应通过平均损耗法或等效法(等效电流、等效转矩、等效功率) 的计算校验，以保证电机能够满足传动的要求。

　　f) 电动机在低于额定转速下运行时，应确保负载转矩不大于额定转矩，以避免电动机过热 。允许短时过载，过载时间要满足协议要求。

　　g) 因为某些类型变频器在一定的工作频率下，输入电动机的电流的均方根值中包含相当数量的谐波电流峰值和瞬时电流 。 因此在满载下，电动机电流总的均方根值比对应在正弦波电源下运行的电流大。

　　h) 电机设计时考虑减小齿槽转矩的影响。

　　i) 变频器供电电动机的电压或电流中相应的谐波含量与在正弦电源下运行时的不同，分析由谐波引起的转矩降低及振荡转矩对传动的基本运行性能的影响是很重要的 。只有了解变频器输出电流和/或电压的频谱，电动机制造厂才能计算有关电机工作期间产生的附加转矩(尤其是振荡转矩 )和损耗的详细情况以及谐波对绕组温升的影响 。这同在GB/T 755—2019范围内电动机的有效部分的设计区别很大，以至于各个降低因素均在选型前来决定 。 当采用断续、周期、变载工作制时，时间定额为连续定额，并以接近在实际使用中遇到的热效应为基础。

　　j) 变频器和电机在选型时应考虑技术信息沟通，见附录A。

　　4.3 变频器供电同步电动机的噪声及振动

　　4.3.1 影响变频器供电同步电动机噪声与振动的因素

　　电动机和被驱动设备在径向、轴向及不同扭转模式均存在自然谐振频率，当对电动机施以调频控制时，系统会因变频器发出的电磁谐波被激励，从而影响噪声水平、振动水平和传动系统的扭转响应 。系统设计需考虑这些影响以保证传动系统的正常运行。

　　电机制造厂在设计此类电动机时，应进行优化设计，以降低噪声和振动 。但涉及电机以外的因素，

　　3

　　GB/T 24625—2024

　　需综合考虑。

　　电机的噪声及振动与下列因素有关：

　　a) 电磁设计;

　　b) 变频器类型;

　　c) 电动机机座结构、转动部件的谐振以及油膜刚度;

　　d) 质量大小、设备的完整性和基础的结构;

　　e) 负载与轴的连接方式;

　　f) 风路或外加冷却装置噪声;

　　g) 通风装置与主电机本体的振动效应。

　　4.3.2 变频器供电同步电动机噪声与振动的考核

　　电机允许的振动值要求按下列规定：

　　a) 转速在600 r/min及以上者不应超过GB /T 10068—2020规定的最大允许值;

　　b) 转速在600 r/min以下者双幅振动值不应超过0.075 mm。

　　通常电机的噪声不应超过 GB/T 10069.3—2008 规定的最大允许值 ;或由制造商与用户在技术协议中商定。

　　4.4 换相电抗 XC 限值

　　换相电抗 XC 与气隙转矩、定子电流波动、附加损耗以及振动与噪声密切相关，并决定了电机的动态响应。

　　对电压源型变频器 XC( p.u.) =0.15～0.20

　　对电流源型变频器 XC( p.u.) =0.08～0.10

　　对永磁电动机换相电抗由制造商与用户在技术协议中商定。

　　4.5 永磁电动机运转时的特殊性

　　永磁电动机励磁为不可控励磁( 固定磁通 )，因此系统设计者宜考虑运行期间永磁同步电机磁场在交流侧产生的感应电压带来的影响，如：

　　a) 电机旋转时内部绕组短路所产生的短路电流，无法快速切除;

　　b) 电机惰转时在接线端子上所产生的开路电压;

　　c) 永磁电动机在弱磁运行时，变频器故障退出运行后产生的机端过压情况。

　　5 变频器供电同步电动机的分类

　　5.1 普通工业用变频同步电动机

　　此类电机用于通过调整电机的机械转速，进行负载的调节，达到节能的效果 。主要用于风机、水泵等负载， 一般 S1 工作制为额定值基准。

　　5.2 提升机等负载用变频同步电动机

　　此类电机为负载﹘转速相应变化的连续周期 S8 工作制。

　　5.3 金属轧机用同步电动机

　　5.3.1 金属精轧机用同步电动机

　　此类电机一般为单向运转，如有需要也可设计为双向运转 。这类轧机用电动机，宜考虑有如下特殊

　　4

　　GB/T 24625—2024

　　要求。

　　a) 额定负载下温升留有足够的裕度： 在额定工况100%额定负荷情况下，电机温升按130(B) 级绝缘考核。

　　b) 连续过载能力： 在额定工况 115%额定负荷情况下，电机能够连续运行，此时电机温升按155(F) 级绝缘考核。

　　c) 有较高的短时过载能力： 除特殊规定外，电动机过载要求见表1。

　　d) 闭环速度控制 ：采用测速装置进行闭环速度控制。

　　表 1 电动机过载要求

　　使用情况

　　额定负荷的百分数

　　%

　　施加时间

　　s

　　经常使用

　　150

　　180

　　偶尔使用

　　200

　　20

　　保护切断

　　225

　　—

　　5.3.2 金属粗轧机或部分辅传动轧机用同步电动机

　　此类电动机多用于驱动金属可逆热轧机，为可逆运转。通常有如下特殊要求：

　　a) 额定负载下温升留有足够的裕度： 在额定工况100%额定负荷情况下，电机温升按130(B) 级绝缘考核;

　　b) 连续过载能力： 在额定工况 115%额定负荷情况下，电机能够连续运行，此时电机温升按155(F) 级绝缘考核;

　　c) 较强机械结构、满足迅速逆转要求，并能承受突加的重负荷冲击;

　　d) 电动机运行在负载与转速做非周期变化的S9工作制下;

　　e) 有高的短时过载能力： 除特殊规定外电机过载要求见表2。

　　表 2 电动机过载要求

　　使用情况

　　额定负荷的百分数

　　%

　　施加时间

　　s

　　经常使用

　　225

　　60

　　偶尔使用

　　250

　　20

　　保护切断

　　275

　　—

　　6 电机结构型式、防护等级、冷却方法及润滑形式

　　6.1 电机结构及安装型式按 GB/T 997—2022，多为卧式或立式安装，采用滑动轴承或滚动轴承支撑。

　　6.2 防护等级按 GB/T 4942—2021 ，为 IP23、IP44 或 IP54。

　　6.3 冷却方法按 GB/T 1993—1993 ，为 IC 86W 或 IC 37。

　　6.4 滑动轴承多采用静压油润滑，滚动轴承采用油润滑或脂润滑，高速变频电机也有采用磁悬浮轴承或空气轴承的。

　　7 电动机的基本技术要求

　　7.1 如无特殊要求，电动机绝缘热分级一般为 155(F) 级或 180(H) 级。

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　　GB/T 24625—2024

　　7.2 电动机定额是以S1 工作制为基准的连续定额。

　　7.3 电动机正常运行条件如下。

　　a) 海拔不超过1 000 m。 当运行地点的海拔超过1000 m或冷却介质温度随海拔升高而下降时，电机的温升限值按GB/T 755—2019规定进行修正。

　　b) 环境温度为0 ℃~40 ℃,冷却空气中不含酸、碱、盐有害气体，空气含尘量不应超过0.15mg/m³。

　　c) 参考电压为：600 V、690 V、1 200 V、1 650 V、3 300 V、6 600 V、10 000 V等级。

　　7.4 无特殊要求的电机一般按最高转速的 1.2 倍持续1 min 进行考核。

　　7.5 由于变频电机的轴电压较工频的大，为避免轴电流的产生，因此在电机上考虑轴电流接地装置。

　　7.6 电机的线端标志及旋转方向按 GB/T 1971—2021 执行。

　　8 变频器供电同步电动机试验方法

　　8.1 试验按 GB/T 1029 或 GB/T 25442 规定。

　　8.2 振动测定按 GB/T 10068—2020 规定。

　　8.3 噪声测定按 GB/T 10069.1—2006 规定。

　　8.4 永磁电动机防失磁能力校验试验按 GB/T 25123.4—2015 规定。

　　8.5 永磁电动机特性试验按 GB/T 25123.4—2015 规定。

　　8.6 永磁电动机超速试验按 GB/T 25123.4—2015 规定。

　　9 随机文件、备件及保用期

　　9.1 变频电机随机提供如下文件：

　　a) 装箱单;

　　b) 产品合格证;

　　c) 使用维护说明书;

　　d) 技术条件;

　　e) 电气开关数据;

　　f) 电机外形图;

　　g) 电机总装配图。

　　9.2 每台电机可供如下备件：

　　a) 电刷一台份(永磁电机不含电刷);

　　b) 刷盒1/4台份(永磁电机不含刷盒);

　　c) 每规格轴瓦一副。

　　9.3 适合本文件的变频同步电动机，在用户按照制造厂的使用维护说明书规定的正确使用和存放电机的情况下，制造厂应保证电机在使用一年内，或自制造厂起运日起不超过两年的时间内，能良好运行。在此规定的时间内，如电机因制造不良而发生损坏或不能正常工作时，制造厂应无偿为用户修理或更换零件或电机。

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　　GB/T 24625—2024

　　附 录 A

　　(资料性)

　　变频器和电机之间的技术信息

　　为保证电动机与变频器系统的安全运行，变频器及电动机供货商相互提供变频器及电动机的工作特性。

　　永磁电动机供货商宜考虑提供永磁体温度为 20 ℃ 时，感应电压与电机转速的关系曲线。为计算永磁体在其他温度下的感应电压，电动机供货商提供感应电压的温度系数值。

　　系统设计者负责考虑电动机和变频器之间连接电缆长度对电机接线端子可能产生的峰值电压的影响。

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