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稳态模型稳态模型的推导

2022/07/16159 作者:佚名
导读:除了可以用来分析电机的瞬态行为,还可以用来得到电机的稳态模型,当电机运行在稳态时,电压、电流和磁链等变量都为正弦波。虽然通过其他方法也可以得到电机的稳态模型,而通过动态方程得到稳态模型的方法,强调了电机稳态行为只是电机动态行为的一个特例。在推导过程中,可以体会到坐标变换理论的重要作用,从而对理解稳态模型的推导过程是非常有益的。在推导前,先从物理学的角度简要地回顾一下,由正弦电压供电的感应电机具有的

除了可以用来分析电机的瞬态行为,还可以用来得到电机的稳态模型,当电机运行在稳态时,电压、电流和磁链等变量都为正弦波。虽然通过其他方法也可以得到电机的稳态模型,而通过动态方程得到稳态模型的方法,强调了电机稳态行为只是电机动态行为的一个特例。在推导过程中,可以体会到坐标变换理论的重要作用,从而对理解稳态模型的推导过程是非常有益的。在推导前,先从物理学的角度简要地回顾一下,由正弦电压供电的感应电机具有的特性。当电机的定子绕组由对称的三相正弦电压供电时,产生定子电流和磁场。三相定子磁场相互作用,建立起在气隙中恒速旋转的合成磁场。合成磁场切割短路的转子绕组(或连接有外部回路的转子绕组),在转子中,产生感应电压,进而产生转子电流。根据Lenz 定律,感应出的转子电流阻碍磁场变化,产生的电机转矩,带动转子旋转,转子旋转的方向与合成磁场的旋转方向同向,以降低转子回路中磁链的变化率。与静止时相比,在旋转时,转子绕组中的磁链变化率变小,其中的感应电压(感应电流)的幅值和频率均变小。

现考虑正弦电压供电的感应电机,定子电压(和电流)角频率为ωe=2πfe,其中,fe是线电压频率。合成旋转磁场的电角速度为ωerad/s。假设转子的电角速度为ωrrad/s,定义一个同步旋转坐标系,定子绕组是静止的,那么其中的各变量在空间中也是静止的,频率为ωe。这些变量变换到旋转坐标系中,旋转坐标系相对于定子的旋转速度为W。转子绕组是旋转的,其中的各变量(例如:电压、电流)在空间中也是旋转的,转速为ωr,频率为ωe r,这些变量变换到旋转坐标系中,旋转坐标系相对于转子的旋转速度为ωe r

可以看出,同步旋转坐标系相对于定子和转子的电角速度,分别与定子和转子变量的电角频率相同。假设定子变量和转子变量都为正弦量(频率不同),那么变换后的qd0分量则是不变的常值。因此,在正弦稳态情况下,qd0域磁链的微分为0,注意在最后得到的稳态方程中,出现了频率为ωe的阻抗。

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