脉宽调制策略对异步牵引电机损耗影响的研究

作     者：孙鹏博 

作者单位：大连交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘文生

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：脉宽调制策略 谐波分析 损耗 异步牵引电机 

摘      要：电气化铁道已经成为我国电网的主要谐波源,随着铁路建设的发展,这一问题日趋严重,并越来越受到人们的广泛重视。随着电力电子技术以及电子元器件制造工艺的不断出陈推新,由逆变器控制的异步牵引电机在铁路机车系统中得到了广泛应用。电力机车采用变频器供电系统的时候,变频器提供的输出电压通常都是非正弦波,因此会含有大量的谐波成分。这些谐波成分会增加异步牵引电机的无用损耗,使电机效率降低,尤其是增加了定转子内的铁芯损耗以及绕组铜耗,使得电机的温度升高,降低了电机的工作效率。不同的脉宽调制策略下产生的谐波分布也会存在差异,进而对异步牵引电机造成不同的损耗影响。因此研究脉宽调制策略对异步牵引电机损耗的影响,对于节能控制以及如何更好地改善电力机车变频调速有重要意义。本文首先介绍了几种谐波计算和谐波对异步电机损耗的发展与研究现状。并以SVPWM调制技术为主要研究对象,运用数学分析方法,得出逆变器输出线电压的谐波计算表达式,并用MATLAB中的M文件功能进行程序编辑,运行程序得到谐波分布。通过MATLAB/Simulink对逆变器电路进行建模仿真,利用FFT工具箱进行谐波分析,验证上述计算方法的准确性。在此基础上,提出两种基于SVPWM调制的优化调制策略,并通过谐波计算得到相应的谐波含量。介绍了谐波对异步电机损耗的影响,着重阐述了几种目前计算异步电机中谐波损耗的主要方法以及计算公式。通过对异步电机等效电路的理论分析,确定了谐波损耗等效电路模型。并以谐波等效电路为模型,推导出各次谐波含量作为输入电压时的铁耗和铜耗的计算公式。最后,以谐波计算得到的各次谐波含量为输入电压,通过损耗的计算公式,计算各次谐波下的铁耗和铜耗的大小,并利用MATLAB建立谐波等效电路仿真模型,验证数据的准确性。比较数据的关系,从而得出不同脉宽调制策略对异步牵引电机损耗的影响。