[发明专利]变频交流感应电动机谐波利用方案

说明书

本发明涉及一种交流感应电动机及其变频调速控制系统。

随着电子技术的发展，变频调速的交流感应电动机在各个领域得到广泛应用，在一定程度上取代了直流电动机。在感应电动机变频调速中，谐波电流和谐波磁势的影响是一个突出的问题。目前克服谐波电流的方法，就是精密控制电流的通断时刻，以使电流尽可能接近正弦状态，这就需要增大功率开关器件的通断频率，从而导致功率开关器件发热损耗上升。而对于谐波磁势，这是由电机定子结构和绕组所决定，消除是有限的，它会引起电机震动，并产生杂散损耗。本发明针对这一问题，提出一种变频交流感应电动机谐波利用方案，使低级次谐波电流和低级次谐波磁势影响消除，并能保留低级次谐波电流和低级次谐波磁势合成的有用的旋转磁势；同时，利用三次谐波的旋转磁势和基波旋转磁势迭加，在同功率情况下，很大降低了电动机铁心中磁感应强度的最大值，无疑可降低电机的磁滞损耗，利用这一特点，如果保持电机的最大磁感应强度不变，还可提高其输出功率。

为了阐明本发明的构思，首先讨论三相感应电动机中的谐波问题：

设三相感应电动机中任何一相通入单位电流，在电动机的磁路气隙中产生分布磁势，由于磁势的正负半周期旋转对称、正半周期或负半周期前半部分和后半部分对称，因而磁路气隙中A、B、C三相的单位电流的磁势可展成下述三角函数表达式：

F_A＝f₁cosα+f₃cos3α+f₅cos5α+…＝[f_(6n-5)cos(6n-5)α+f_(6n-3)cos(6n-3)α+f_(6n-1)cos(6n-1)α]

F_B＝f₁cos(α-120°)+f₃cos3(α-120°)+f₅cos5(α-120°)+…

＝[f_(6n-5)cos(6n-5)(α-120°)+f_(6n-3)cos(6n-3)(α-120°)+f_(6n-1)cos(6n-1)(α-120°)]

F_C＝f₁cos(α-240°)+f₃cos3(α-240°)+f₅cos5(α-240°)+…

＝[f_(6n-5)cos(6n-5)(α-240°)+f_(6n-3)cos(6n-3)(α-240°)+f_(6n-1)cos(6n-1)(α-240°)]

上述α表示磁路气隙中点的位置角坐标。

而A、B、C三相电流也可以展开成三角函数表达式(不含3的整倍数次谐波)：

I_A＝I₁cosωt+I₅cos5ωt+I₇cos7ωt+...＝[I_(6m-5)cos(6m-5)ωt+I_(6m-1)cos(6m-1)ωt]

I_B＝I₁cos(ωt-120°)+I₅cos5(ωt-120°)+I₇cos7(ωt-120°)+...

＝[I_(6m-5)cos(6m-5)(ωt-120°)+I_(6m-1)cos(6m-1)(ωt-120°)]

I_C＝I₁cos(ωt-240°)+I₅cos5(ωt-240°)+I₇cos7(ωt-240°)+...

＝[I_(6m-5)cos(6m-5)(ωt-240°)+I_(6m-1)cos(6m-1)(ωt-240°)]

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