10、同步电机瞬态特性解析与应用

同步电机瞬态特性解析与应用

1. 同步电机瞬态特性概述

在电力系统中，同步电机的运行状态并非总是稳定的。当电机经历诸如与电网连接或断开、负载变化，或者通过PWM状态转换器进行变速能量或运动控制等瞬态过程时，其电气（电压和电流幅值）和机械（功率角、转矩、速度）变量会随时间发生变化。在这种情况下，传统的稳态模型无法准确描述电机的运行，而dq（复变量）模型则成为了分析同步电机瞬态特性的有力工具。

1.1 瞬态分类

同步电机的瞬态可以分为以下几类：
- 电磁瞬态 ：在快速瞬态过程中，电机速度可近似为常数，这类瞬态主要涉及电磁量的变化。
- 机电瞬态 ：包括小偏差和大偏差理论。小偏差理论用于分析变量在初始稳态点附近的小幅度变化；大偏差理论则适用于变量大幅变化的情况，如异步启动和自同步过程。
- 受控磁通的电磁和机电瞬态 ：通过控制电机的磁通和电流，实现对电机性能的优化。
- 变速同步电机瞬态 ：在现代驱动器和发电机控制中，同步电机需要在不同速度下运行，因此其瞬态特性的研究尤为重要。

1.2 相电感分析

以凸极同步电机为例，其分布式交流绕组的电感会随转子位置呈正弦变化。相A的电感表达式为：
[
L_{\theta_{er}}^{AA,BB,CC} = L_{sl} + L_0 + L_2 \cos \left( 2\theta_{er} + (i - 1)\frac{2\pi}{3} \right) ; i = 1, 2, 3