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PWM逆变器供电对异步电动机铁芯损耗影响的研究

作　者: 韩静静
导　师: 刘瑞芳
学　校: 北京交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 逆变器异步电机铁耗 SPWM SVPWM 谐波载波比调制比
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,电力电子器件和控制技术的飞速发展使调速技术进入了变频调速领域,但采用逆变器驱动电机对电机系统也带来一些负面影响,逆变器输出电压中包含大量的谐波分量,除了增加定转子的铜耗外,还在定转子铁芯中产生了附加铁耗,增加了电机发热,降低了系统的效率。研究PWM逆变器调制参数与电机铁耗之间的关系,对提高驱动系统效率,减小损耗,降低温升具有重要的意义。本文从分析电机铁耗的构成为出发点,针对三相异步电机,采用谐波分析法、时步有限元法以及实验测试的方法进行铁耗的计算与分析,讨论了逆变器供电下PWM调制参数与异步电机铁芯损耗之间的关系,并且比较了SPWM和SVPWM两种调制模式对电机铁耗的影响,为工业应用和节能降耗提供了参考依据。主要内容包括以下几个方面,首先分析了SPWM和SVPWM两种调制方法的工作原理,利用Matlab建立仿真模型对逆变器输出的电压进行谐波分析,得出谐波在不同调制参数载波比和调制比下的分布规律；然后基于叠加原理建立了电机在变频供电时的铁耗模型,分析了铁耗在两种调制方式下随不同调制参数的变化规律。在此基础上,使用Ansoft电磁场有限元软件建立三相异步电动机模型,应用时步有限元法计算了逆变器供电时电机在不同载波比和调制比下的电机铁芯损耗；最后对逆变器驱动电机的实验系统进行相关硬件设计和软件实现,搭建实验平台完成铁耗的测试与计算,验证理论分析的正确性。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
1 引言  12-20
  1.1 课题研究的背景及意义  12-15
    1.1.1 交流调速及变频技术的发展  12-14
    1.1.2 PWM变频供电对电机的影响  14-15
  1.2 变频供电下电机铁耗的国内外研究现状  15-17
    1.2.1 PWM调制方式选择  15-16
    1.2.2 铁耗研究中的问题  16-17
  1.3 课题研究内容及技术路线  17-18
    1.3.1 研究内容  17
    1.3.2 技术路线  17-18
  1.4 论文结构  18-20
2 PWM逆变电路电源谐波分析  20-42
  2.1 PWM变频器概述  20-22
  2.2 典型PWM逆变调制技术  22-31
    2.2.1 SPWM调制技术及原理  22-24
    2.2.2 SVPWM调制技术及原理  24-29
    2.2.3 PWM调制中载波比与调制比的概念  29-31
  2.3 两种PWM调制方式仿真分析  31-35
    2.3.1 SPWM逆变电路的建模  31-33
    2.3.2 SVPWM逆变电路的建模  33-35
  2.4 PWM逆变器输出电压谐波分析  35-41
    2.4.1 谐波分布规律  35-38
    2.4.2 载波比对谐波分布的影响  38-39
    2.4.3 调制比对谐波分布的影响  39-41
    2.4.4 两种PWM调制模式谐波的对比  41
  2.5 小结  41-42
3 基于谐波分析法的PWM供电电机铁耗计算  42-56
  3.1 谐波分析法  42
  3.2 异步电机的损耗构成  42-49
    3.2.1 电机的铜耗及变频供电下的铜耗模型  43-45
    3.2.2 电机的机械损耗及杂散损耗  45-46
    3.2.3 电机的铁耗  46-47
    3.2.4 变频供电下谐波与电机涡流损耗的关系  47-49
  3.3 PWM调制参数对电机涡流损耗的影响  49-54
    3.3.1 载波比对涡流损耗的影响  49-52
    3.3.2 调制比对涡流损耗的影响  52-54
  3.4 本章小结  54-56
4 基于有限元分析的PWM供电电机铁耗计算  56-70
  4.1 Ansoft电磁场仿真软件介绍  56-58
    4.1.1 Ansoft/Maxwell软件包  56-57
    4.1.2 Ansoft/RMxprt软件包  57-58
  4.2 变频三相异步电机仿真模型的建立  58-61
    4.2.1 电机仿真模型的建立  58-59
    4.2.2 外电路电压激励源的导入处理  59-61
  4.3 基于有限元的铁耗计算理论  61-64
    4.3.1 有限元基本理论  61-63
    4.3.2 有限元计算涡流损耗方法  63-64
  4.4 PWM调制参数对电机铁耗的影响  64-68
    4.4.1 电机模型的网格剖分和磁场分布  64-65
    4.4.2 载波比和调制比对涡流损耗的影响  65-68
  4.5 本章小结  68-70
5 逆变器供电异步电机铁耗测试  70-84
  5.1 测试系统整体结构  70-71
  5.2 系统部分硬件电路  71-75
    5.2.1 系统控制部分基本结构  71-72
    5.2.2 欠压和过压保护电路  72-73
    5.2.3 电流检测电路  73-74
    5.2.4 5V/3V电平转换电路  74-75
  5.3 控制系统软件设计  75-78
    5.3.1 程序设计流程  75-76
    5.3.2 系统主程序流程图  76-77
    5.3.3 中断服务程序流程图  77-78
    5.3.4 故障服务程序流程图  78
  5.4 测试与分析  78-83
    5.4.1 测试系统实物与接线  78-79
    5.4.2 电机机械损耗分离  79-80
    5.4.3 电机铁耗测试与计算  80-83
  5.5 本章小结  83-84
6 总结与展望  84-86
  6.1 总结  84-85
  6.2 展望  85-86
参考文献  86-88
作者简历  88-92
学位论文数据集  92

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