[发明专利]一种励磁同步电机的建模方法和硬件在环测试系统

权利要求书

1.一种励磁同步电机建模方法，包括外围电路建模和同步电机模型建模，其特征在于，所述同步电机模型为5阶同步电机模型，包括定子模型、转子模型、电磁转矩计算模型和转子运动模型，其中：

定子模型采用如下abc坐标系下定子电压方程为基础进行建模，采用电动机惯例作为建模正方向,利用Simulink中Simscape库模块搭建得到：

其中，u_a、u_b、u_c为定子abc相电压，ψ_a、ψ_b、ψ_c为定子abc相磁链，r_a、r_b、r_c为定子abc相电阻，i_a、i_b、i_c为定子abc相电流；

转子模型采用如下fDQ绕组电压方程为基础对转子部分进行纯数值化建模得到：

其中，T'_do为d轴开路瞬态时间常数，T”_do为d轴开路超瞬态时间常数，T”_qo为q轴开路超瞬态时间常数，E_f为定子励磁电动势，E'_q为q轴瞬变电动势，E”_q为q轴超瞬变电动势，E”_d为d轴超瞬变电动势，X₁为电枢漏抗，X_d为d轴同步电抗，X'_d为d轴瞬变电抗，X”_d为d轴超瞬变电抗，X_q为q轴同步电抗，X”_q为q轴超瞬变电抗，i_d、i_q为dq轴定子电流；

电磁转矩计算模型以如下的电磁转矩方程为基础进行建模得到：

其中，T_e为电磁转矩，λ为电机的极对数；

转子运动模型以如下运动方程为基础进行建模，以逆时针旋转为旋转正方向：

其中，J为电机转动惯量，θ为转子位置角的电角度，w为转子电角速度，T_m为负载转矩；

同步电机模型的工作过程如下：

将外围电路产生的定子abc相电压u_a、u_b、u_c输入定子模型，得到定子abc相电流i_a、i_b、i_c，并输入至电磁转矩计算模型；定子abc相电流i_a、i_b、i_c经过park变换转换成dq轴定子电流i_d、i_q输入至转子模型；

转子模型根据输入的dq轴定子电流i_d、i_q计算得到dq轴超瞬变电动势E”_d、E”_q进行输出，经过如下磁链置换方程置换出dq轴的磁链ψ_d、ψ_q：

将磁链ψ_d、ψ_q经过反park变换变换成定子abc相磁链ψ_a、ψ_b、ψ_c，发送给电磁转矩计算模型；再将定子abc相磁链ψ_a、ψ_b、ψ_c经过微分算子p转换成感应电动势E_a、E_b、E_c反馈到定子模型；

电磁转矩计算模型根据输入的abc轴定子电流i_a、i_b、i_c和定子abc相磁链ψ_a、ψ_b、ψ_c计算得到电磁转矩T_e，输入至转子运动模型，由转子运动模型计算得到转子转速N_r进行输出。