1. 三相异步电机公式
    前面的章节讲到三相异步电机是一个非线性,多变量,强耦合的复杂系统,为了方便分析,做如下假设:
    1) 电机定、转子三相绕组完全对称。
    2) 电机定、转子表面光滑,无齿槽效应。
    3) 电机气隙磁动势在空间中按正弦分布。
    4) 忽略磁饱和、磁滞和涡流的影响,不考虑铁芯和导线的趋肤效应。
    通常我们可以通过以下三个方程来阐述电机模型:
    电压方程:
    三相异步电机----电机公式(三) (1)
    其中: p为微分因子 d/dt
    Us为定子电压 Ur转子电压
    Rs为定子电阻, Rr为转子电阻
    is为定子电流, ir为转子电流
    为定子磁链, 为转子磁链
    为任意坐标系转速, 为转子转速
    经过CLACK和PARK变换后
    三相异步电机----电机公式(三) (2)
    由于异步机转子是闭合线圈,所以转子电压为0。可得下面公式:
    三相异步电机----电机公式(三) (3)
    我们在进行电机矢量控制的时候,我们通常采用VF点来做为频率的限幅点。VF控制只能控制标量,即磁链的幅值,而无法控制角度,所以VF控制动态性能差,只适合风机泵类负载。对于电梯等要求快速加速的场合并不适用。
    言归正传,当电机高速的时候,电压也跟着抬高,由于 三相异步电机----电机公式(三),实际应用中定子电阻要远远大于定子感抗,所以高速段,(3)公式可以化简为:
    三相异步电机----电机公式(三) (4)
    从(4)中可以看出,高速下可以得出:
    三相异步电机----电机公式(三) (5)
    磁链方程:
    三相异步电机----电机公式(三) (6)
    其中 为定子漏感, 为转子漏感为互感。
    由磁链方程我们可以得出定子磁链和转子磁链的关系,并由(5)(6)可以通过定子磁链推出转子磁链。继而得到电压模型。具体推导不再阐述。

可以看出电机的磁链只跟电流有关,和电压无关。
最后电机转矩方程:
三相异步电机----电机公式(三) (7)
为了方便用现代控制理论分析电机,我们要把数学模型改为状态方程,因为转子电流不可测,所以不将其作为状态常量。将其化简得:
定子磁链与转子磁链:
三相异步电机----电机公式(三) (8)
这里按照转子磁链定向进行PARK变换,则:
三相异步电机----电机公式(三) (9)
公式(9)可以得出,定子电压与电流之间的关系,当系统稳定的时候, 三相异步电机----电机公式(三)为0,三相异步电机----电机公式(三) 为0。其 三相异步电机----电机公式(三)

最后我们可以得到转子磁链和D轴电流的关系:
三相异步电机----电机公式(三) (10)
以上方程就叫做励磁电流模型,可以看出需要电机参数正确,电流模型才能正常工作。
我们可以看出转子磁链和定子D轴电流是一个一阶惯性关系, 为时间常数。在实际的应用中,一个电机参数比较难获取,还有时间常数不是一个固定的值,因为随着温度的不同,转子电阻会发生变化,从而引起时间常数变化,从而影响带载能力。时间常数的变化体现的是角度的延迟或者超前,所以可以通过角度补偿的方式对转子磁链进行补偿。
转差公式:
三相异步电机----电机公式(三) (11)
电磁转矩:
三相异步电机----电机公式(三) (12)

总结:
异步电机的控制在于对磁链的控制,磁链的控制可以通过电流模型和电压模型来进行控制。对于有速度矢量控制参数比较准确的系统,我们可以全速度段采用电流模型。对于无速度矢量控制,参数不准,要求精度不是特别高的场合,我们可以采用电流模型和电压模型组成的混合模型进行矢量控制,原则上低速采用电流模型,高速采用电压模型。

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