2-永磁同步電機的公式推導

1、2 永磁同步電機的公式推導2.1 永磁同步電機的能量轉換過程推導永磁同步電機電壓平衡方程：（2-1）其中，為轉子機械角位移，為轉子機械角速度，電機穩(wěn)定運行時為常數(shù)，即。則有（2-2）其中，為電阻壓降，表示感應電動勢，成為運動電動勢。轉矩平衡方程：（2-3）其中，為電機電磁轉矩，為輸出機械轉矩，為慣性轉矩，為阻力轉矩；理想情況下，電機阻力力矩近似為常數(shù)，穩(wěn)定運行時機械加速度為零，所以輸出的機械轉矩，由于電機阻力力矩近似為常數(shù)，電磁功率可近似看作輸出機械功率。磁能的表達式：（2-4）由磁能與電磁轉矩之間的關系，則：（2-5）其中，表示電流矩陣的轉置。則電磁功率為：推薦精選（2-6）由公式兩邊同時乘

2、以，則：（2-7）由式（2.7）可知，等式左邊為電機輸入功率；等式右邊為電阻損耗功率，是電磁功率，即電功率轉換成機械功率輸出的那一部分，表明從電磁耦合場中獲得的一半能量轉換成了機械能輸出；是輸入功率除去輸出的和內(nèi)阻損耗功率之后的功率，即為磁場功率。穩(wěn)態(tài)運行時，一個周期內(nèi)磁場功率應為零，即一個周期內(nèi)磁場轉化的功率與釋放的功率相同。2.2 坐標變換（1）變換（Clark變換）設三相繞組和兩相繞組每相的繞組匝數(shù)分別為N1，N2，將兩組磁動勢分別投影到軸和軸上：（2-8）前后保持功率不變，可進一步推倒出此時，所以，三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系（3s/2s）的“等功率”變換矩陣為：（2）變換（Park

3、變換）同樣遵照磁效應等效原則，同一時刻、同一方向上的瞬時磁動勢相等，再由功率不變原則得出變換前后各繞組的有效匝數(shù)不變，因此可以直接由電流矢量表推薦精選示合成磁動勢。將磁動勢投影到正交的 軸、 軸上，由三角關系易得：（2-9）兩相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系（2s/2r） 的“等功率”變換矩陣為：（3）變換考慮零序電流得 （2-10）則有， （2-11）通過計算可以得出變換矩陣：2.3 旋轉坐標系下動態(tài)方程（1） 電壓方程根據(jù)坐標變換，并考慮： （2-12） 推薦精選（2-13）可以得到 （2-14）（2-15）（2-16）（2-17）（2-18）定子電壓方程（2-19）（2-20）（2-21）轉

4、子電壓方程（2-22）（2-23）（2-24）（2）磁鏈方程推薦精選軸上繞組：繞組，阻尼繞組，勵磁繞組。軸上繞組：繞組，勵磁繞組。在繞組通三相電流，在繞組中的磁鏈（2-25）其中，為繞組和相繞組重合時的互感在繞組通電流，在繞組中的磁鏈（2-26）其中，為直軸電樞反應電感令繞組與繞組等效，則（2-27）同理（2-28）軸主磁鏈（2-29）軸總磁鏈（2-30）其中，為定子交直軸的漏感推薦精選若，為定子繞組漏自感和漏互感，則總漏感和零序電感為（2-31）由交直軸磁鏈得到交直軸同步電感（2-32）定子系統(tǒng)的磁鏈（2-33）（2-34）（2-35）勵磁繞組的磁鏈（2-36）直軸阻尼繞組的磁鏈（2-37）

5、交軸阻尼繞組的磁鏈（2-38）（3）轉矩方程推薦精選同步電動機輸入總功率（2-39）由于所以（2-40）變換為磁勢不變，而非功率不變，系數(shù)不為1。展開得到（2-41）（2-42）2.4 拉格朗日運動方程確定電機的動力變量，廣義損耗系數(shù)，以應外來廣義驅動力，列表如下：表3.1 在廣義坐標和廣義速度下的系數(shù)定子繞組定子繞組轉子繞組轉子繞組機械轉子推薦精選假設系統(tǒng)為線性的 （2-43）由，可得 （2-44）拉格朗日函數(shù)為（2-45）其中，。（2-46）根據(jù)式（3.23），同步電機運動方程的推導如下：當時（2-47）則定子繞組軸的電壓方程為：（2-48）當時（2-49）則定子繞組軸的電壓方程為：推薦精選（2-50）當時（2-51）則轉子繞組軸的電壓方程為：（2-52）當時同理可得，轉子繞組軸的電壓方程為：（2-53）當時（2-54）則力平衡方程為（2-55）綜上所述