变频交流感应电动机谐波利用方案制造技术

本发明专利技术详尽研究了交流感应电动机谐波问题，对变频交流感应电动机提出谐波利用方案。在以下几个方面提高了交流感应电动机的性能：１、在电机控制中，低级次的谐波电流主要形成和基波旋转磁势相同转速ｗ的谐波旋转磁势，不必要考虑消除，这就可以降低电子开关器件的开关频率，这将导致电子开关器件功耗降低、寿命延长；２、恰当的控制三次谐波旋转磁势，因为它和基波旋转磁势旋转速度同步，迭加后，可以减小电机内的磁感应强度的最大值，这样不仅增加了电机功率，而且还降低了磁性材料超过饱和的可能；３、单路电子开关器件容量极大减小，这从另一个角度解决了电子开关器件大功率、高频率的矛盾，易于实现大功率电机变频控制；４、由于克服了低级次谐波对电机负面影响，提高了电机的效率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
变频交流感应电动机谐波利用方案本专利技术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。本专利技术针对这一问题，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。为了阐明本专利技术的构思，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：FA＝f1cosα+f3cos3α+f5cos5α+…＝[f(6n-5)cos(6n-5)α+f(6n-3)cos(6n-3)α+f(6n-1)cos(6n-1)α]FB＝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°)]FC＝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)：IA＝I1cosωt+I5cos5ωt+I7cos7ωt+...＝[I(6m-5)cos(6m-5)ωt+I(6m-1)cos(6m-1)ωt]IB＝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°)]IC＝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°)]                                              (2)近似认为电机磁化过程是线性的，因而磁路气隙中，各相磁势是上述(1)、(2)式中对应式之积：FA(α,t)＝FAIA＝{[f(6n-5)cos(6n-5)α+f(6n-3)cos(6n-3)α+f(6n-1)cos(6n-1)α]}{[I(6m-5)cos(6m-5)ωt+I(6m-1)cos(6m-1)ωt}}＝f(6n-5)I(6m-5)cos(6n-5)αcos(6m-5)ωt++f(6n-3)I(6m-5)cos(6n-3)αcos(6m-5)ωt+f(6n-1)I(6m-5)cos(6n-1)αcos(6m-5)ωt++f(6n-5)I(6m-1)cos(6n-5)αcos(6m-1)ωt+f(6n-3)I(6m-1)cos(6n-3)αcos(6m-1)ωt+f(6n-1)I(6m-1)cos(6n-1)αcos(6m-1)ωtFB(α,t)＝FBIB＝{[f(6n-5)cos(6n-5)(α-120°)+f(6n-3)cos(6n-3)(α-120°)+f(6n-1)cos(6n-1)(α-120°)}}{[I(6m-5)cos(6m-5)(ωt-120°)+I(6m-1)cos(6m-1)(ωt-120°)}}＝[f(6n-5)I(6m-5)cos(6n-5)(α-120°)cos(6m-5)(ωt-120°)+f(6n-3)I(6m-5)cos(6n-3)(α-120。)cos(6m-5)(ωt-120°)++f(6n-1)I(6m-5)cos(6n-1)(α-120°)cos(6m-5)(ωt-120°)+f(6n-5)I(6m-1)cos(6n-5)(α-120°)cos(6m-1)(ωt-120°)++f(6n-3)I(6m-1)cos(6n-3)(α-120°)cos(6m-1)(ωt-120°)+f(6n-1)I(6m-1)cos(6n-1)(α-120°)cos(6m-1)(ωt-120°)]FC(α,t)＝FCIC＝{[f(6n-5)cos(6n-5)(α-240°)+f(6n-3)cos(6n-3)(α-240°)+f(6n-1)cos(6n-1)(α-240°)}}-->{[I(6m-5)cos(6m-5)(ωt-240°)+I(6m-1)cos(6m-1)(ωt-240°)]}＝[f(6n-5)I(6m-5)cos(6n-5)(α-240°)cos(6m-5)(ωt-240°)+f(6n-3)I(6m-5)cos(6n-3)(α-240°)cos(6m-5)(ωt-240°)++f(6n-1)I(6m-5)cos(6n-1)(α-240°)cos(6m-5)(ωt-240°)+f(6n-5)I(6m-1)cos(6n-5)(α-240°)cos(6m-1)(ωt-240°)++f(6n-3)I(6m-1)*cos(6n-3)(α-240°)cos(6m-1)(ωt-240°)+f(6n-1)I(6m-1)cos(6n-1)(α-240°)cos(6m-1)(ωt-240°)]                                             (3)上式中三相磁势均沿气隙径向，上式三式相加，就是气隙中总磁势分布：F＝FA(α，t)+FB(α，t)+FC(α，t)＝＝{1.5f(6n-5)I(6m-5)cos[(6n-5)α-(6m-5)ωt]+1.5f(6n-1)I(6m-5)cos[(6n-1)α+(6m-5)ωt]++1.5f(6n-5)I(6m-1)cos[(6n-5)α+(6m-1)]ωt}+1.5f(6n-1)I(6m-1)cos[(6n-1)α-(6m-1)ωt]                                                 (4)上式中每一项都表示一个旋转磁势，但它们的旋转速度和方向有着不同，对于第一、四项其角速度分别为：dαdt=6m-56n-5ω---(5)]]>dαdt=6m-16n-1ω---(6)]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由交流感应电动机及其变频调速控制系统实现变频交流感应电动机谐波利用方案，其主要特征在于：交流感应电动机的相数ｑ大于３，每相绕组（１）的输入端通过两个开关器件（２）、（３），分别连接直流电源的正极和负极；开关器件（２）、（３）可以是电子开关器件，还可以是一定的机械机构构成的开关器件；每相绕组的输入端还连接上续流二极管（４）的正极和下续流二极管（５）的负极，上续流二极管（４）的正极和下续流二极管（５）的负极再分别连接到直流电源的负极和正极；对任何两相流入输入端基波电流的相位差，由开关器件控制，与这两相的输入端之间所夹的电角度相等；流入每相绕组的电流由开关器件控制可以包含低级次的谐波电流，特别是三次谐波电流；各相绕组末端可用下述几种方法连接：（１）全部共接，（２）分成若干组，各组共接，（３）分成若干组，各组共接，共接端再和其它绕组连接。

【技术特征摘要】
1、一种由交流感应电动机及其变频调速控制系统实现变频交流感应电动机谐波利用方案，其主要特征在于：交流感应电动机的相数q大于3，每相绕组(1)的输入端通过两个开关器件(2)、(3)，分别连接直流电源的正极和负极；开关器件(2)、(3)可以是电子开关器件，还可以是一定的机械机构构成的开关器件；每相绕组的输入端还连接上续流二极管(4)的正极和下续流二极管(5)的负极，上续流二极管(4)的正极和下续流二极管(5)的负极再分别连接到直流电源的负极和正极；对任何两相流入输入端基波电流的相位差，由开关器件控制，与这两相的输入端之间所夹的电角度相等；流入每相绕组的电流由开关器件控制可以包含低级次的谐波电流，特别是三次谐波电流；各相绕组末端可用下述几种方法连接：(1)全部共接，(2)分成若干组，各组共接，(3)分成若干组，各组共接，共接端再和其它绕组连接。2、根据权利1所述的变频交流感应电动机谐波利用方案，其主要特征在于：取调制波(40)与电机基波旋转磁势和拟保留的低级次谐波旋转磁势合成的旋转磁势具有相似形状，令它和一个三角载波(41)进行比较，调制波正半周时，三角波下降沿和调制波交点作为电机其中一相输入端连接电源正端的开关器件导通时刻，而三角波上升沿和调制波交点作为该相输入端连接电源正端的开关器件关断时刻；调制波负半周时，三角波上升沿和调制波交点作为该相输入端连接电源负端的开关器件导通时刻，而三角波下降沿和调制波交点作为该相输入端连接电源负端的开关器件关断时刻；电机的其它各相电流通断的控制与此类似，但对应的调制波相对于上述调制波须平移一个时间间隔，使两调制波中基波的相位差恰好等于该两相输入端之间电角度。3、根据权利1所述的变频交流感应电动机谐波利用方案，其主要特征在于：电机绕组(1)相数q大于3且为3的奇数倍，任何输入端电角度互差120°的三相绕组...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振民，
申请(专利权)人：王振民，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]