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摘 要

由于异步电机在如今的生产生活中占据了很大的份额，因此对电机的优化从某种程度上来说能够使现在的生产生活产生得到极大的改善。在电机中，电机的铁耗由于其在电机损耗中占有很大的比重因此受到了许多人的关注。而由于电力电子技术的迅速发展，实际中很多的异步电机都采用了PWM逆变器进行供电。

传统的对铁耗的分析方法既要考虑到校正系数也无法很好的处理趋肤效应，而时步有限元法则可以很好地处理这些问题，所以现在的研究方法主要是采用时步有限元法进行研究。本文主要是采用有限元法研究SPWM逆变器供电的下异步电机的铁耗情况。首先，本文介绍了异步电机、铁磁材料还有SPWM控制的原理；然后，运用Matlab 和Maxwell 14建立逆变器控制电路和异步电机模型；最后，基于有限元分析法对SPWM供电下异步电机的铁芯损耗进行分析计算。

关键词：有限元 PWM 逆变器 异步电机 Maxwell

Research of the Influence of PWM Inverters on the Iron Losses for Induction Motors with Finite element analysis

Abstract

The Improvement of motor will make our life and modern industry better, since the induction motor have gained a lot of ground in today's life. The public have pay attention to the iron loss of the motor because of its large proportion of the motor loss in the motor. With the development of power electronic technology, more and more induction motor is powered by PWM inverter.

Not only the Traditional analysis method for iron loss needs to calculate the correction factor, but also can not deal with skin effect very well. The present research is mainly based on the finite element method of the time stepping because it can coping well with this issue.In this paper, we study the iron loss of the induction motor fed by SPWM inverter with using the finite element method. First of all, the paper describes induction motors, Ferromagnetic material and the principle of SPWM ;then, building inverter control circuit and induction motor model by using the soft of Matlab and Maxwell 14; at last, we  analyze  the loss of induction motor in SPWM power supply based on the finite element analysis.

Key Words: Finite element analysis ;PWM ; inverter ; induction motor ;Maxwell

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题的研究背景和意义 1

1.2 PWM逆变器供电电机的铁耗在国内外研究进展 1

1.2.1电力电子技术的发展历程 1

1.2.2电机研究的发展历程 2

1.2.3逆变电源供电下异步电机铁耗的国内外研究情况 3

1.3主要研究内容 5

第二章 异步电机理论分析 6

2.1异步电机的简介及工作原理 6

2.2 异步电机数学模型 8

2.2.1异步电机基本方程式 8

2.2.2 功率平衡方程 9

2.2.3 电机内电抗的计算 10

第三章 SPWM逆变电路介绍及谐波分析 12

3.1 SPWM控制技术简介 12

3.1.1 逆变电路 12

3.1.2 PWM控制基本原理 13

3.1.3 SPWM调制技术基本原理 14

3.2 SPWM逆变器输出电压谐波分析 15

3.2.2载波比对谐波分析的影响 18

3.2.2调制比对谐波分析的影响 18

第四章 有限元分析理论 20

4.1 有限元分析简介 20

4.2 有限元分析理论基础 22

第五章 基于Ansoft的逆变器供电下的异步电机铁耗仿真 29

5.1 Ansoft Maxwell14软件简介 29

5.2 RMxprt建模及与Maxwell 2D转换 31

5.3 不同PWM逆变器参数下的数据图形分析及结论 34

5.3.1载波比对铁耗的影响 37

5.3.2调制比对铁耗的影响 38

5.4分析结论的实际意义 39

第六章 总结与展望 40

6.1总结 40

6.2展望 40

参考文献 42

致谢 44

第一章 绪论

1.1课题的研究背景和意义

电力电子技术作为20世纪后半叶诞生和发展起来的一门新兴的技术和学科，作为弱电和强电之间的接口，主要研究各种电力电子器件的制造以及使这些电力电子器件用于各种电路或系统中，使得电能的变换和控制变得更加的节能高效，系统运行更加稳定可靠。虽然电力电子技术的发展历程并不长，但是其技术的更新十分的迅速。几十年的时间内，电力电子技术已经应用于变电站、发电厂、交通物流及人类生产生活的各种领域中，可以毫不夸张的说，电力电子装置遍布于我们生活的各个地方。可以预见，在21世纪电力电子技术作为电气工程中的“朝阳产业”仍将以迅猛的速度发展。

电力电子技术中的PWM控制技术在逆变电路中应用最为广泛，也由此奠定了其在电力电子技术中重要地位^[1]。PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需的波形^[2]。而正由于PWM在电力电子技术中的重要地位，研究PWM逆变方式供电是十分有益的。

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