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变频电动机空载和起动性能的有限元分析

夏元光  
【摘要】:变频调速电动机系统具有高智能、高可靠性和高容错能力。随着国民经济的增长,电力电子技术的突飞猛进,在机床、冶金、电力、牵引、化工、纺织、供水、造纸、建材和农业等行业的发展开始大量应用变频电动机,节能效果显著。20世纪90年代以前,人们对变频调速系统的研究主要集中在变频器的拓朴结构以及控制算法上,使电动机传动的动态性能和调速精度大大提高。但变频器供电电动机的效率、功率因数和功率密度等性能却没有得到相应的重视和研究。因此,必须重新考虑电动机在变频调速系统中的设计问题。针对变频调速电动机诸多优点和国民经济建设的需要,论文作者开展了这方面的理论研究。 本文首先建立变频电动机的数学模型,对逆变器供电时的谐波进行了分析。然后给出了电机电磁场的求解域、边界条件和假设条件。从待解的磁场边值问题出发,利用变分原理将边值问题转化为等价的变分问题,给出了正弦时变场单元分析过程和离散格式以及最终的总体合成方程。在电磁场的数值计算过程中,以定子端电压为约束条件,对定子电流进行了迭代计算,可以得到额定电压下的空载电流和起动时的电流。把正弦电磁场计算结果与实测结果进行对比,空载运行时的性能与实验值基本吻合,起动性能的计算精度能够满足工程实际的要求,证明了有限元法分析电机正弦时变场的可靠性。


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