[发明专利]面向仿真模型设计的交流电机统一建模方法

说明书

本发明公开了一种面向仿真模型设计的交流电机统一建模方法，使用线电压方程描述交流电机运行过程，对三相逆变器与电机运行方程统一建模。考虑饱和与缺相等非对称情况，利用静止坐标特性，保证模型的准确性，简化永磁电机仿真分析难度。本发明通过线电压方式，代替传统的相电压及dq轴分析方式，进行电机系统的动态性能仿真；其特点是建模与分析方法原理清晰，计算速度快，结果精确，能有效考虑系统的非线性及饱和特性，对于多绕组及多端口电机具有较好的通用性。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种面向仿真模型设计的交流电机统一建模方法。

背景技术

永磁同步电机因高功率密度、高效率、低转矩脉动及出色的动态特性在伺服系统、工业驱动、新能源汽车等领域具有重要而广泛的应用前景。而对于通用三相桥驱动的交流电机系统，如何精确进行数值仿真分析对于控制系统的设计非常关键。不同于一般系统，考虑到成本、实验结果不可预测性等因素，电机系统在加工样机、实验验证之前往往使用计算机先进行数值仿真，这是有效而方便的研究手段。

一般交流电机系统的分析过程采用dq轴分析方式或者相电压分析方式。

H.A.Toliyat教授在《Analysis and simulation of five-Phase variable-speedinduction motor drives under asymmetrical connections》一文中提出了缺相状态下的五相感应电机重构模型，可以完成缺相故障下的电磁仿真分析，但是其重构过程对于不同电机的不同故障状态，都需要重新设计重构模型。当电机相数增加，其重构过程更加复杂。

Dougal R.教授在《Virtual testbed for advanced power sources》一文中提出了一种包含导数计算的方式进行缺相状态下的性能分析，需要提出的是导数计算在计算机数值分析中是一种不稳定的计算方式，系统经常会产生不稳定的计算结果。

X.Kestelyn在《Easy-to-Implement integral numerical simulation ofmulti-phase drives under fault supply condition》一文提出了一种短路或者开路状态下，使用虚拟叠加电阻的解决方式。该方法可显著提高模型的通用型，但是其计算过程复杂，虚拟电阻的加入增加了系统的复杂性，使得系统仿真过程加长。

综上，现有饱和、缺相状态下的交流电机分析方式都具有不同程度的缺点。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种面向仿真模型设计的交流电机统一建模方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种面向仿真模型设计的交流电机统一建模方法，包括以下步骤：

(1)推导线电压方程，获得三相电机在两相线电压下的状态方程，搭建电压、磁链、电流积分计算模块；

(2)定义线磁链变量表达形式，获得线电压电机方程下线磁链与相电流之间的线性方程；

(3)测量不同转子位置、不同饱和情况下，实际电机的参数数据，构建电感变换矩阵；

(4)以磁链方式整合电机磁链方程与运动方程，获得电机运行方程；

(5)计算电机线电流与相电流关系，获得电机相电流表达形式；

(6)计算电机转矩的电流表达形式；

(7)根据电机机械运动方程搭建机械运动模块，获得速度响应；

(8)建立电机综合模型，分析电机运行特性和饱和运行状态。

进一步地，所述步骤(1)中，根据传统的交流电机相电压方程，推导线电压方程。