PWM型逆变器输出谐波对异步电机损耗的影响分析

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1、万方数据第44卷第4期截t知voL44．No．42011年4月M1cRoM010R5Apr．20llPWM型逆变器输出谐波对异步电机损耗的影响分析曾令全，魏辉，李华(东北电力大学电气工程学院，吉林132012)摘要：借助有限元法对PwM型逆变器供电的异步电机进行了损耗分析。由于逆变器整流方式的不同，产生了不同的电压波形，文中结合有限元法和异步电机的模型，对异步电机由于谐波作用产生的损耗进行了分析。通过把磁场分布分割为若干谐波分量，以找出谐波磁场的作用和主要的损耗因素。由此证明了转子表面的损耗大多由谐波产生。高次谐波使电动机产生脉动转矩，使输出机械特性变差，同时降低了

2、传动系统运行的稳定性，并由于谐波损耗的产生，使电动机附加损耗增加，从而降低传动系统的能量转换效率。所以对异步电机必须考虑高次谐波的影响。关键词：异步电机：PwM逆变器；谐波；铁芯损耗；铜损耗；有限元法(FEM)中图分类号：TM346+．2文献标志码：A文章编号：1001．6848(2011)04—0068—05LossAnalysisof缸yhchrou肿吣MachimCoIlsideringHarmoIlics0fPWMInvertersZENGLingquan，WEIHui，UHua(cof姆eQ厂眈c￡庇P删erE嚼愀^昭，Ⅳo九^鲫￡Di口n如跏沁瑙ify，

3、^‰132012，伪i舳)Abstract：ThelossesofasyhchmunousmachinedrivenbyPWMinVerterswereanalyzedusingthefiniteele—mentmethodconsideringthec删erha珊onics．Thecalculatedresultswerecomparedwiththeexperimentalones．Toconsidertheefkctoftheca撕er，thetheoreticalvoltagewaVefomlduetotheswitchingpattemoftheinVer

4、terwas西ventotheanalysisbycouplingtheprimaryVoltageequationandthe6niteelementfo咖ula—tion．Themethodtodecomposetheelectromagneticfielddistributionintotime-ha邢oniccomponentswasin-troducedinordertoinvest培atetheefkctsofthehamonicfieldsseparatelyandtospecifythemainlossfac—tolls．Itwasclari6edt

5、hatthemtorsurfacelossespeciallyincreasesduetotheha肋onicsandthattheaccura—cyofthecalculatedcharacteristicsofthemachinewasimprovedbyconsideringtheha珊onics．Keywords：asyhchmunousmachine；PWMinverter；ha丌Ilonics；ironloss；copperloss；finiteelementmethod0引言为了进行调速控制，PWM型逆变器供电的异步电动机广泛应用于工业中¨J。逆变器电

6、压波形中的谐波使电机内部的谐波磁场有所增加，导致了绕组的谐波损耗增加【2。3J。从而使电机的效率与正弦波供电时相比有所降低。本文介绍了一种基于磁场分析的计算方法，该方法可以在电机制造前估算出PwM型逆变器供电的异步电机的损耗和效率。由于逆变器整流方式不周，产生了不同的电压波形，结合有限元法和异步电机的模型，对异步电机进行了谐波作用的损耗分析。这种方法把磁场分布分割为若干谐波分量，以找出谐波磁场的作用和主要的损耗因素。由此，证明了转子表面的损耗大多由谐波产生，所以对异步电机必须考虑谐波的影响。PWM型逆变器输出波形中除基波成分外。还含有较多的谐波成分，它对调速性能的不

7、良影响是一个普遍性的问题H。5J。谐波能使电动机产生脉动转矩，使输出机械特性变坏，使传动系统运行的稳定性降低，并由于谐波损耗的产生，使电动机附加损耗增加，从而降低传动系统的能量转换效率MJ。因此，研究PWM逆变器的谐波损耗具有重要的意义。1谐波磁场的计算方法1．1计算方法概述图1给出了该计算方法的流程。首先，PwM型逆变器产生了理论电压波形，波形发生器中忽略了收稿日期：2010．07．13作者简介：曾令全(1955)，男，教授，硕士生导师，研究方向为电机与控制、电力电子及电力传动。魏辉(1986)，男，硕士研究生，研究方向为电机与控制、电力电子及电力传动。万方数