论文总字数：22272字

摘 要

电力电子技术的迅猛发展，带动了变频技术的发展。在现今的工业时代，越来越多的电机为了变频调速的方便，而采用PWM逆变器进行供电。相比较采用正弦电源供电，逆变器的输出电压会含有高次谐波分量，会对电机产生额外的损耗，增加电机的发热，降低运行效率。

研究在逆变器供电下异步电机的铁芯损耗与逆变器调制参数之间的规律，可以有效的降低电机的铁耗，提高系统的运行效率。

本文从逆变电路的运行原理出发，分析了在采用SPWM调制方式的情况下，逆变器输出电压的谐波分布规律；然后采用电机铁耗的分立模型，利用叠加原理，将基波与各次谐波作用下的铁耗进行叠加，分析调制参数与电机铁耗之间的规律，为工农业生产中减少铁耗提供参考。

关键词：异步电机 铁耗 SPWM 谐波分析

Iron loss study of induction motor fed by PWM inverter based on harmonic analysis

Abstract

With the development of power electronics technology, frequency conversion technology has also been developed. In the present industrial age, more and more motors are fed by PWM inverter for the speed adjustment. The output voltage of inverter will contain higher harmonic voltage compared with the sinusoidal supply.This harmonic voltage will increase the iron loss of the motor, increase the fever of the motor and decrease the running efficiency.

So researching on the relationship between the iron loss of the motor fed by inverter and the modulation Parameters of PWM inverter is an effective way to improve the efficiency and decrease the iron loss and increase the running efficiency.

In this paper, with the principle of inverter circuit as a starting point, the output harmonic voltage of inverter is analysed under the SPWM modulation. After , based on the Bertotti model, we use principle of superposition and add the iron loss produced by fundamental voltage and harmonic voltage. The analysis of iron loss variation rules under different modulation parameters supplies the important reference for decreasing the iron loss in industrial and agricultural production.

Key Words: Asynchronous motor; Iron loss; SPWM; Harmonic analysis

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.1.1 电力电子技术的发展 1

1.1.2 PWM逆变器供电对电机的影响 3

1.2电机铁芯损耗的研究现状 4

1.2.1 国外的研究状况 4

1.2.2 国内的研究状况 4

1.3 本论文研究内容 5

第二章 逆变电路的工作原理 6

2.1 逆变电路基本的工作原理 6

2.2 三相逆变电路 7

2.3 逆变器的控制方式 11

第三章 SPWM控制原理及其谐波分析 12

3.1 SPWM调制技术的基本原理 12

3.2 SPWM波形的生成方法 13

3.3 SPWM控制方式的MATLAB仿真 15

3.4 SPWM控制方式输出电压的谐波分析 19

3.4.1 谐波分析的有关概念 19

3.4.2 谐波分析 20

第四章 PWM逆变器供电下异步电机的铁耗分析 26

4.1 正弦激励下异步电机的铁耗组成 26

4.2 SPWM供电下异步电机的铁耗组成 29

4.3 逆变器供电下谐波与电机铁耗的关系 30

4.4 逆变器参数对铁耗的影响 31

第五章 总结与展望 36

参考文献 38

致谢 40

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

异步 电机是交流 电机的一种，又被称 之为 是感应 电机，现阶段，异步电机常被用作电动机在使用。对于异步电机来说，它的构造比较简单，生产 制造的成本比较 低廉，在使用过程中，操作简便而且容易维修，同时异步电机的效率较其他类型的电机要高，运行也比较可靠，因此，异步电机现在的需求很大，应用范围也很广。但是，对于异步电机来说，在很多应用场合，它的调速性能不是很好，功率因数也相对较低，会对电力系统增加更多的无功负担。

电力 电 子技术 应用的成熟发展，性 能 优 越的功率 器件的普遍使用，异步电机的调速方式得到了很快的发展，人们更多的会 选用逆变器对异步电机进行供电，来对异步电机进行各种复杂控制。PWM (pulse width modulation) 逆 变 器就是应用的比较 广泛的一种变 频 调速方式，大多的高速电机为了使用的方便基本上都会采用逆变器对其进行供电。在交流电机中，转子的铜损耗是无法避免的。当采用逆变器进行调速时，无论电动机的转速是高还是低，它的损耗基本上都是不变的，系统的效率也会有所提高，可以起到显著的节能效果，然而，当电机使用逆变器供电时，又会对电机产生额外的损耗，本论文就是分析当异步电机采用逆变器进行供电时，电机的铁芯损耗与逆变器控制的关系。

1.1.1 电力电子技术的发展

电力电子技术 的 发展 得益于电力电子器件的 广泛应用，人们普 遍认为，电力 电子 技术的发 展始于1957年，在1975年，第一个晶闸管被制造生产。晶闸管是使得调 速系统进入了变 频调速阶段最早的电力 电子器件。众所周知，晶闸管只属于半控型电力电子器件，只能在正向电压过程中，通过对门极施加一个触 发脉冲，才能够将晶闸管开通，但是却不能由脉冲的控 制将其 关断。由此可见，将晶闸管做 为功率变换器件用在电力电子电路中就会有许多不便之处。随着工业生产的发展以及应用水平的提高，人们迫切需要有一种新的器件和新的技术来取代传统的电力电子器件以及相应的控制技术。

生产的需 求决 定了技 术的成长，在2 0世纪7 0年代后 期，第二代全 控型的电 力电 子器件得 到发展。这类器件可以自行关断，代表有门 极可 关 断晶闸管、双 极 性电力晶 体管。这些电力 电子器 件能够通 过对门 极（ 基 极、栅 极 ）的控 制来实现器件的通 断，这种可控性就是其区别于晶闸管的显著特点。除此以外，这些器件相比较于晶闸管，可以用于开关频率较高的电路中。

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