[发明专利]三相鼠笼型异步电动机数学模型集成系统的构建方法

权利要求书

1.一种三相鼠笼型异步电动机数学模型集成系统的构建方法，使其特征是步骤如下：

1)、考虑铁心损耗的鼠笼型三相异步电动机数学模型

考虑铁心损耗的鼠笼型三相异步电动机的电压方程如下：

式中，为定子电压空间矢量；为定子电流空间矢量；为定子磁链空间矢量；为转子电流空间矢量；为转子磁链空间矢量；R_s为定子绕组电阻；R_r为转子绕组电阻；ω_r转子旋转机械角速度；p为微分算子；j为叙述单位；

鼠笼型三相异步电动机的磁链方程如下：

式中，L_s、L_r分别为定、转子的自感；L_m为互感，且有如下关系：

式中，L_1σ为定子漏电感；L_2σ为转子漏电感；

鼠笼型三相异步电动机的电磁转矩方程：

式中，n_p为磁极对数；T_e为电磁转矩；×表示差积。

机械系统的运动方程：

式中，J为转动惯量；B为粘性摩擦系数；T_l为负载转矩；

静止αβ坐标系，以为状态变量的三相异步电动机电力拖动系统的状态方程：

式中，i_sα、i_sβ为定子电流空间矢量在α轴与β轴的分量；u_sα、u_sβ为电子电压空间矢量在α轴与β轴的分量；ψ_sα、ψ_sβ为定子磁链矢量在α轴与β轴的分量；

2)、考虑定、转子电阻参数不对称情况

设abc三相定子电阻分别为R_sa、R_sb、R_sc，则折算到αβ坐标系的α轴与β轴的定子电阻分别：

式中，R_sα为α轴的定子电阻；R_sβ为β轴的定子电阻；C₂₃为两相/三相变换矩阵；C₃₂为三相/两相变换矩阵；其中变换矩阵如下：

将式8)与式9)带入式7)得：

同理可得，αβ坐标系的α轴与β轴的转子电阻为：

式中，R_rα为α轴的转子电阻；R_rβ为β轴的转子电阻；R_ra、R_rb、R_rc分别abc三相转子电阻；

考虑到定、转子电阻参数不对称，将式10)与式11)带入方程6)得到三相异步电动机电力拖动系统的状态方程如下：

3)、考虑堵转情况

考虑堵转情况，将三相异步电动机电力拖动系统划分成三个模块：1)电动机状态模块；2)电磁转矩模块；3)电力拖动模块；

3.1)电动机状态模块

将状态方程6)或状态方程12)写成如下模式：

式中，y为电机状态的输出，即输出状态变量分别为i_sα、i_sβ、ψ_sα、ψ_sβ；

3.2)电磁转矩模块

T_e＝n_p(ψ_sαi_sβ-ψ_sβi_sα) (14)

3.3)电力拖动模块

如果ω_r0＝＝0，且T_e≤1.1T_l，或者堵转标志LockedRotorFlag＝＝1,则ω_r＝0；否则

4)、考虑星型或三角型的不同连接方式问题

考虑到鼠笼三相异步电动机的星型与三角形的不同连接方式问题，在三相异步电动机电力拖动系统模型的基础上增加两个转换模块：1)电压转换模块；2)电流转换模块；

4.1)电压转换模块

假设三相交流电源的三个相电压分别为u_u、u_v、u_w，而电动机的三个相电压分别为u_pa、u_pb、u_pc；

(1)三相异步电动机为星型连接

(2)三相异步电动机为三角型连接

电压转换模块输出为：

4.2)电流转换模块

假设三相异步电动机的三个相电流分别为i_pa、i_pb、i_pc，而其输出的三个线电流分别为i_La、i_Lb、i_Lc；

三相异步电动机为星型连接

三相异步电动机为三角型连接

5)、数学模型集成系统构建

读取三相电源的相电压，判断电动机是否星型连接，如果是，则由方程16)计算电动机的相电压；如果不是星型连接，则为三角型连接，并由方程17)计算电动机的相电压，进入下一步；

再由方程18)计算电动机电压矢量的α轴与β轴分量，并进入下一步；

判断是否考虑铁心损耗，如果考虑铁心损耗，则令励磁电阻R_m＝0，并继续；如果不考虑，则直接进行下一步；

判断电机参数是否对称，如果对称，则采用基于方程6)的状态方程；如果不对成，则采用基于方程12)的状态方程；

判断是否堵转，如果堵转，则堵转标志LockedRotorFlag＝1；如果不堵转，则堵转标志LockedRotorFlag＝0；运行基于方程13)、14)、15)的三相异步电动机电力拖动系统数学模型；

判断是否星型连接，如果是星型连接，则基于方程20)计算三相异步电动机的输出线电流；如果不是星型连接，则基于方程21)计算三相异步电动机的输出线电流。