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毕业论文课题相关文献综述
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]
国外在逆变电源供电下异步电机铁耗这方面研究较国内多且深入。Katsulni Yamazakih和Yoshiaki Seto对PWM逆变器供电下内置式永磁电机的铁耗进行研究，对比定子基波铁耗，定转子谐波铁耗与定子中转子永磁体作用得到的铁耗，并研究电机转速和转矩变化下，电机中谐波铁耗所占的比例[7]Jeong-Jong Lee等人利用时步有限元方法建立异步电机物理模型，分析正弦供电下与PWM逆变器供电下异步电机损耗差异，研究PWM逆变器对电机损耗的影响[8]A.Boglietti等人利用了工程实际计算方法，即通过研究非正弦供电下电机铁耗与正弦供电时铁耗的关系，来研究PWM逆变器驱动时的铁耗，这一方法具有很好的工程实际应用价值，但没有分析逆变器参数对损耗的影响。[9]E.Nicol等人对传统的感应电机等效电路模型进行改进，利用新得到的电路模型研究PWM变频器供电下异步电机的铁耗[10]T. C. Green等人利用与电路方程耦合的时步有限元法，研究了供电方式变化对异步电机损耗的影响，对比正弦供电与逆变器供电下铁耗的计算结果，分析逆变器电源对铁耗的影响，同时计算了电机内的涡流损耗和磁滞损耗，分析逆变电源下涡流损耗和磁滞损耗的分布特点，改变逆变器的开关频率，研究开关频率对电机涡流损耗的影响。[11]
国内在变频器供电下的铁耗计算分析相对国外较少。主要有利用有限元法计算PWM逆变器供电下异步电机的谐波铁耗，并将异步电动机的电磁场分解成一系列的谐波分量，分析谐波分量对电机铁耗的影响。文献[12]利用推导出计及逆变器参数的铁磁材料损耗计算模型，研究逆变器供电下铁磁材料内的损耗，并利用实验验证计算模型的准确性。文献[13]基于场-路耦合时步有限元法，分析逆变器供电下同步发电机的谐波铁耗，得到调制比和载波比对谐波铁耗的影响，并将计算结果同解析法计算的数值相比较，检验该方法的准确性。文献[14]对PWM逆变器输出的电信号进行傅里叶分解，得到基波分量和一系列谐波分量，分别求出在基波和谐波下的电机特性，应用叠加原理，研究电机的总特性。由于电机内电磁场并非是线性的，叠加定理并非完全适用，并且这一方法未考虑电源谐波分量对磁路饱和的影响，由此引入一定的理论误差。
我本次是对PWM逆变器供电异步电机的控制策略和系统设计方法进行研究，基于有限元分析方法分析异步电机铁芯损耗，并对研究结果进行归纳和总结。
时步有限元法是电机瞬态分析中实用的方法之一。它是在空间上将电机本体离散，同时在时间上做差分处理，在每一个离散时刻同时求解有限元方程和电路状态方程，随时间和转子位置的变化，结合转子运动方程计算出电机在当前时刻的电磁场分布、绕组电流值、导条电流分布与电磁转矩值。[15]
基本内容：
1.对PWM逆变器供电异步电机驱动系统进行深入了解。
2.基于有限元分析法对异步电机铁耗进行深入研究。
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