8、电机高级模型：瞬态分析与建模方法

电机高级模型：瞬态分析与建模方法

1. 引言

在实际应用中，电机在连接或断开电网、负载变化以及受到大气源或PWM转换器产生的陡前沿电压脉冲影响时，都会经历瞬态过程，其速度、电压、电流、幅值和频率会发生变化。瞬态分析对于估计电机参数也很有帮助。为了处理电机的瞬态问题，需要使用专门的模型。

电机模型主要分为以下几类：
- 电路模型 ：包括相坐标电路模型和正交（dq） - 空间相量（复变量）模型。
- 场 - 电路耦合模型 ：如解析场模型、有限元模型和多磁路模型。

此外，电机模型还可分为基频模型和超高频模型。超高频模型会考虑电机内部的杂散电容，例如在PWM静态转换器供电时的开关频率情况。

2. 正交（dq）物理模型

正交（dq）物理模型可以实际构建，在英国曾用于教学。该模型在定子和转子上都有刷 - 换向器绕组，电刷沿两个正交轴d和q排列。定子有两个这样的绕组（d和q），转子有三个（沿d轴的dr、F和沿q轴的qr）。所有绕组的电刷都与正交轴d和q对齐。

由于不对称转子线圈的电枢磁场轴沿电刷轴，所以所有绕组的磁动势和相应的气隙磁场大多沿电刷轴，并且在所有运行模式下都处于静止状态。定子绕组的线圈静止，而转子线圈以速度ωr运动，其磁场轴以电刷速度ωb运动，电刷由小功率驱动器以ωb旋转。

在实际的刷 - 换向器绕组中，气隙磁场是三角形而非正弦形，这里只考虑其基波。对于所有正交绕组，当且仅当电刷连接到具有磁各向异性（凸极）的电机部件（定子和转子）时，自感和互感才与转子位置无关。这样可以得到具有恒定系数（电感）的dq物理模