基于有限元分析法的PWM逆变器供电异步电机铁耗研究 （适合电气B方向）开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

20世纪前半叶以来，直流电动机由于其良好的调速性能和简单的数学模型，一直在高性能调速领域占据着较大份额。[1]但近年来，由于大功率电力电子器件和交流驱动技术的发展与直流电动机的某些缺点（比如性价比低，维护困难等），交流调速取代直流调速已成为不争的事实。交流调速需要特殊的变频装置供电，而当电机采用变频装置供电时会对电机产生一些影响。以本课题研究的pwm调速为例：一方面，即使以不控整流代替相控整流使基波的功率因数接近于1，但电流中谐波成分依然很大；另一方面pwm逆变器工作频率的发展要受限于开关损耗。况且由于pwm本身的特性和为了防止短路而设置的死区时间也会在逆变器的输出侧产生大量谐波。除去谐波的影响之外，由于现在调速系统普遍采用的高频开关器件导致的电磁干扰也会影响pwm变频供电。与此同时，因为共模电压的影响，电机定子和转子之间产生高频耦合电容，在转子轴上建立起一个与pwm波相同频率的电压，也就是轴电压;转轴、轴承、以及电机机壳等形成通路之后，当轴电压超过绝缘阂值电压之后，就会形成轴电流，该电流会引起电机轴的局部温升，进而破坏轴承滚道损坏轴承。[2]异步电动机在运行时，会将电能转化为机械能，在转化过程中会同时产生一定的功率损耗，输出功率除以输入功率值即为效率。效率作为电机的一个主要性能指标，在电机工作时，其大小由电机产生的损耗决定，若损耗较小，则效率就会很高。电机的电磁特性与其内部电磁场息息相关，而铁磁材料中电磁场的改变是产生铁耗的主要原因[3]。不仅铁磁材料内部电磁场分布以及材料属性与铁耗相关，而且如机械应力、冲压、加热等制造工艺因素也影响铁耗大小[4]。

电机所选择的电磁负荷也会影响电机损耗的大小，当选择的电磁负荷较小时，损耗下降，但是电机的尺寸及材料的使用量将随之增大。另外，材料属性、绕组类型、电机结构等也对损耗值有较大影响。作为电机中的不变损耗，铁心损耗在总损耗中占有较大比例。因此，铁耗的计算对于提高电机的运行性能有重要意义。[5]

目前阶段，全世界的能源问题日益严峻，基于以上的叙述，节能更应该体现在工业应用的各个领域。所以，综合考虑变频器、调制方式以及电机的结构设计，分析变频器调制方式、控制策略对电机系统损耗的影响，从而选择最优化更合理的结构和变频技术以达到节约能源的目的。[6]

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

选题依据：

随着电力电子技术的发展，越来越多的电机采用逆变器进行供电以实现各种复杂控制。逆变器输出的谐波分量在定转子铁心产生附加损耗，这将直接影响电机的运行性能。因此研究高频非正弦下电机铁耗的解析计算方法十分必要，将为设计高效节能电机提供有效的参考价值。

主要研究思路：