供电电源包含谐波情况下异步电机损耗特性研究

摘要

随着电网中电力电子装置、无功补偿设备和变频器的广泛应用，电动机供电电源的谐波问题日益突出。针对目前电动机供电电源出现的谐波问题，本文通过理论分析、仿真计算及实验研究相结合的方法，对变频供电和供电电源包含谐波两种非正弦供电情况下异步电机的损耗影响因素进行了系统分析，主要工作如下:
　　1.针对传统的正弦供电时步有限元仿真计算，提出根据逆变器载波频率来确定时步有限元仿真步长的方法。以5.5kW电机为例，对不同时步有限元仿真步长选取方法进行对比分析。结果表明，所提出的仿真步长选取方法不仅能够有效计及变频器输出电压谐波对损耗计算的影响，还能有效的缩短仿真计算时长;
　　2.由于传统的变频供电异步电机铁耗计算方法均从整体考虑，本文详细分析了异步电机定转子铁心不同部位磁密波形以及铁耗随载波频率和调制比的变化情况。研究表明载波频率对电机定转子铁芯齿顶位置影响最明显，齿顶典型位置谐波损耗变化大，轭部受谐波影响较小;调制比增大时，电机的铁耗和定转子铜耗均明显减少;
　　3.针对公用电网谐波污染情况，通过可编程电源对异步电机供电进行仿真和实验研究，分析了不同谐波含量以及不同负载情况下电机内部气隙磁密、铁心磁密、转子导条电密以及电机各项损耗的变化情况。结果表明:电源主要包含5次、7次、11次和13次等低次谐波，随着谐波含量的增加，电机的铁耗变化较小，定转子铜耗明显增加。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及其研究意义

1．2 国内外发展动态及研究现状

1．2．1 变频供电电源对异步电机的影晌

1．2．2 国内外电机损耗发展动态及研究现状

1．3 本文的主要工作

第2章 变频器原理及异步电机有限元模型

2．1 引言

2．2 变频控制基本原理

2．2．1 正弦脉宽调制技术

2．2．2 空间矢量控制技术原理

2．3 异步电机有限元分析及损耗计算模型

2．3．1 异步电机时步有限元数学模型

2．3．2 异步电机铜耗计算模型

2．3．3 异步电机铁耗计算模型

2．4 小结

第3章 逆变器仿真模型及电机有限元分析

3．1 引言

3．2 逆变器仿真模型

3．2．1 SPWM仿真模型

3．2．2 SVPWM仿真模型

3．2．2 SVPWM逆变器输出电压谐波特点

3．3 变频供电下时步有限元仿真步长选择

3．3．1 最佳采样精度选择

3．3．2 变频供电下采样精度的选择

3．3．3 算例分析

3．4 电机有限元仿真模型及典型位置选取

3．5 SVPWM变频供电电机铁耗分布

3．5．1 不同载波频率下电机损耗分布

3．5．2 不同调制比下电机铁耗分布

3．5．3 实验验证

3．6 小结

第4章 不同谐波含量下电机损耗特性分析

4．1 引言

4．2 包含谐波电源波形产生

4．3 电源包含谐波时电机内部磁场特点

4．3．1 定转子铁芯典型位置磁密变化特点

4．3．2 转子导条电流密度变化特点

4．3．3 气隙磁密变化特点

4．4 电源包含谐波时电机损耗变化规律

4．4．1 定子铜耗变化规律

4．4．2 转子铜耗变化规律

4．4．3 总损耗变化规律

4．5 小结

第5章 供电电源包含谐波情况下电机损耗测试

5．1 引言

5．2 实验方案设计

5．2．1 变频供电情况电机实验设计方案

5．2．2 电源包含谐波情况电机实验设计方案

5．3 损耗特性实验研究

5．3．1 变频供电条件下电机损耗变化规律

5．3．2 供电电源包含谐波情况下电机损耗变化规律

5．4 小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 进一步研究工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢