[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

摘要

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，步骤是：考虑铁心损耗的鼠笼型三相异步电动机数学模型、考虑定、转子电阻参数不对称情况，得到三相异步电动机电力拖动系统的状态方程；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；考虑星型或三角型的不同连接方式问题，增加电压转换模块和电流转换模块；最后构建数学模型集成系统。本发明考虑了三相异步电动机的铁心损耗，使得空载实验的空载特性分析及励磁支路参数测定仿真实验成为可能，同时提高模型的精度；适用于分析参数不对称对电机特性的影响，而且可适用于堵转状态特性的分析。

主权项

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。