2-永磁同步电机的公式推导.docxVIP

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2-永磁同步电机的公式推导 2-永磁同步电机的公式推导 PAGE 2-永磁同步电机的公式推导 2 永磁同步电机的公式推导 永磁同步电机的能量转换过程推导 永磁同步电机电压平衡方程: (2-1) 其中,,为转子机械角位移,为转子机械角速度,电机稳定运行时为常数,即。则有 (2-2) 其中,为电阻压降,表示感应电动势,成为运动电动势。 转矩平衡方程: (2-3) 其中,为电机电磁转矩,为输出机械转矩,为惯性转矩,为阻力转矩;理想情况下,电机阻力力矩近似为常数,稳定运行时机械加速度为零,所以输出的机械转矩,由于电机阻力力矩近似为常数,电磁功率可近似看作输出机械功率。 磁能的表达式: (2-4) 由磁能与电磁转矩之间的关系,则: (2-5) 其中,表示电流矩阵的转置。 则电磁功率为: (2-6) 由公式两边同时乘以,则: (2-7) 由式()可知,等式左边为电机输入功率;等式右边为电阻损耗功率,是电磁功率,即电功率转换成机械功率输出的那一部分,表明从电磁耦合场中获得的一半能量转换成了机械能输出;是输入功率除去输出的和内阻损耗功率之后的功率,即为磁场功率。稳态运行时,一个周期内磁场功率应为零,即一个周期内磁场转化的功率与释放的功率相同。 坐标变换 (1)变换(Clark变换) 设三相绕组和两相绕组每相的绕组匝数分别为N1,N2,将两组磁动势分别投影到轴和轴上: (2-8) 前后保持功率不变,可进一步推倒出此时,所以,三相静止坐标系到两相静止坐标系(3s/2s)的“等功率”变换矩阵为: (2)变换(Park变换) 同样遵照磁效应等效原则,同一时刻、同一方向上的瞬时磁动势相等,再由功率不变原则得出变换前后各绕组的有效匝数不变,因此可以直接由电流矢量表示合成磁动势。将磁动势投影到正交的α 轴、β 轴上,由三角关系易得: (2-9) 两相静止坐标系到两相旋转坐标系(2s/2r) 的“等功率”变换矩阵为: (3)变换 考虑零序电流得 (2-10) 则有, (2-11) 通过计算可以得出变换矩阵: 旋转坐标系下动态方程 电压方程 根据坐标变换,并考虑: (2-12) (2-13) 可以得到 (2-14) (2-15) (2-16) (2-17) (2-18) 定子电压方程 (2-19) (2-20) (2-21) 转子电压方程 (2-22) (2-23) (2-24) (2)磁链方程 轴上绕组:绕组,阻尼绕组,励磁绕组。 轴上绕组:绕组,励磁绕组。 在绕组通三相电流,在绕组中的磁链 (2-25) 其中,为绕组和相绕组重合时的互感 在绕组通电流,,在绕组中的磁链 (2-26) 其中,为直轴电枢反应电感 令绕组与绕组等效,则 (2-27) 同理 (2-28) 轴主磁链 (2-29) 轴总磁链 (2-30) 其中,为定子交直轴的漏感 若,为定子绕组漏自感和漏互感,则总漏感和零序电感为 (2-31) 由交直轴磁链得到交直轴同步电感 (2-32) 定子系统的磁链 (2-33) (2-34) (2-35) 励磁绕组的磁链 (2-36) 直轴阻尼绕组的磁链 (2-37) 交轴阻尼绕组的磁链 (2-38) (3)转矩方程 同步电动机输入总功率 (2-39) 由于 所以 (2-40) 变换为磁势不变,而非功率不变,系数不为1。 展开得到 (2-41) (2-42) 拉格朗日运动方程 确定电机的动力变量,广义损耗系数,以应外来广义驱动力,列表如下: 表 在广义坐标和广义速度下的系数 定子绕组 定子绕组 转子绕组 转子绕组 机械转子 假设系统为线性的 (2-43) 由,可得 (2-44) 拉格朗日函数为 (2-45) 其中,。 (2-46) 根据式(),同步电机运动方程的推导如下: 当时 (2-47) 则定子绕组轴的电压方程为: (2-48) 当时 (2-49) 则定子绕组轴的电压方程为: (2-50) 当时 (2-51) 则转子绕组轴的电压方程为: (2-52) 当时 同理可得,转子绕组轴的电压方程为: (2-53) 当时 (2-54) 则力平衡方程为 (2-55) 综上所述,式(2-46)、(2-50)、(2-51)、(2-52)、(2-56)合起来就是永磁同步电机的运动方程。

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