6、同步电机暂态与控制原理详解

同步电机暂态与控制原理详解

1. 引言

在同步电机的研究中，稳态情况是指电流和电压幅值恒定、频率恒定且等于电机电角速度（ω1 = ωro），同时电压功率角（δv）和转矩也保持不变。然而，在诸如与电网连接或断开、负载变化，或者通过脉宽调制（PWM）状态转换器对电机进行变速能量或运动控制等暂态过程中，电机的电气（电压和电流幅值）或机械（功率角δv、转矩Te、转速ωr）变量会随时间变化。

在暂态过程中，同步电机的稳态模型不再适用，而第1章中介绍的dq（复变量）模型则非常适合用于交流电机，尤其是同步电机的暂态建模。我们将先介绍相坐标模型，然后推导出其与dq模型的参数等效关系。暂态建模一般针对同步电机的dq模型进行，典型暂态可分为以下几类：
- 电磁暂态
- 机电暂态：小偏差和大偏差理论
- 控制磁通的电磁和机电暂态
- 用于现代驱动和发电机控制的变速同步电机

此外，还会详细描述分相电容永磁同步电机（PMSM）或磁阻同步电机的暂态建模，以及矩形电流控制的PMSM和开关磁阻电机的建模。最后，会详细介绍用于同步电机参数估计的静止电流衰减和频率响应测试，这些测试已成为近期IEEE标准的一部分。

2. 同步电机的相电感

我们从凸极同步电机开始分析。其分布式交流绕组的电感会随转子位置呈正弦变化。图3.1b中的磁通屏障提供了恒定气隙，对于正弦理想绕组分布，会产生正弦气隙磁通密度，这为dq模型与实际电机等效所需的气隙磁通密度正弦分布这一主要条件提供了物理依据。

对于表面永磁体（恒定气隙）PMSM，若其定子交流绕组为非重叠线圈（q < 0.5槽/极/相）且感应电动势为正弦波，也可采用dq0模型处理