异步电动机动态数学模型-完整版

1、6-1 6-1 三相异步电动机的数学模型三相异步电动机的数学模型6-2 6-2 常用的坐标系和坐标变换常用的坐标系和坐标变换6-3 6-3 三相异步电机的动态模型简化三相异步电机的动态模型简化第第6讲：异步电机的动态数学模型和坐标变换讲：异步电机的动态数学模型和坐标变换（参考书：电力牵引交流传动及其控制系统（参考书：电力牵引交流传动及其控制系统 第第4 4章）章） （电动机控制（电动机控制 第第8 8章）章）1 研究背景：研究背景： 当异步电动机用于机车牵引传动、轧钢机、数控机床、当异步电动机用于机车牵引传动、轧钢机、数控机床、机器人、载客电梯等高性能调速系统和伺服系统时，系机器人、载客电梯等

2、高性能调速系统和伺服系统时，系统需要较高甚至很高的动态性能，仅用基于稳态模型的统需要较高甚至很高的动态性能，仅用基于稳态模型的各种控制不能满足要求。各种控制不能满足要求。 要实现高动态性能，必须首先研究异步电动机的动态要实现高动态性能，必须首先研究异步电动机的动态数学模型，高性能的传动控制，如矢量控制（磁场定向数学模型，高性能的传动控制，如矢量控制（磁场定向控制）是以动态控制）是以动态d-q模型为基础的。模型为基础的。2直流电机的数学模型直流电机的数学模型直流电机的磁通由励磁绕组产生，直流电机的磁通由励磁绕组产生，可以在电枢合上电源以前建立起可以在电枢合上电源以前建立起来而不参与系统的动态过程

3、来而不参与系统的动态过程( (弱磁弱磁调速时除外调速时除外) )。因此它的动态数学。因此它的动态数学模型只是一个单输入和单输出系模型只是一个单输入和单输出系统。统。Id1/RTls+1TmsR1CeUd0IdlEnKSTSs+1Uct+_+-aIfI3工程上能够允许的一些假定条件下，可以描述成单变量（单工程上能够允许的一些假定条件下，可以描述成单变量（单输入单输出）的输入单输出）的三阶线性系统三阶线性系统，完全可以应用经典的线性控，完全可以应用经典的线性控制理论和由它发展而来的工程设计方法进行分析与设计。制理论和由它发展而来的工程设计方法进行分析与设计。Id1/RTls+1TmsR1CeUd0

4、IdlEnKSTSs+1Uct+_+-4同样的理论和方法用来分析与设计交流调速系统时，就不那同样的理论和方法用来分析与设计交流调速系统时，就不那么方便了，因为交流电机的数学模型和直流电机模型相比有么方便了，因为交流电机的数学模型和直流电机模型相比有着本质上的区别。着本质上的区别。异步电机的模型是个八阶系统。异步电机的模型是个八阶系统。 异步电机的动态数学模型是一个异步电机的动态数学模型是一个多变量多变量、非线性非线性、强强耦合耦合的的高阶高阶系统。系统。56-1 6-1 三相异步电动机的数学模型三相异步电动机的数学模型 研究三相异步电机的数学模型时作如下研究三相异步电机的数学模型时作如下假设：

5、假设： 忽略空间谐波和齿槽效应，三相绕组对称，在空忽略空间谐波和齿槽效应，三相绕组对称，在空间上互差间上互差1 2 0电角度，所产生的磁动势沿气隙周围按电角度，所产生的磁动势沿气隙周围按正弦规律分布；正弦规律分布； 忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是线性的；忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是线性的； 忽略铁芯损耗；忽略铁芯损耗； 不考虑温度和频率对电机电阻的影响。不考虑温度和频率对电机电阻的影响。 无论异步电机转子是绕线式还是鼠笼式，都将它等效成无论异步电机转子是绕线式还是鼠笼式，都将它等效成绕线转子，并折算到定子侧，折算前后的每相匝数相等。绕线转子，并折算到定子侧，折算前后的每相匝数相等

6、。 6三相异步电机的等效物理模型如下三相异步电机的等效物理模型如下：定子定子A A、B B、C C的轴线在空间上固定，以的轴线在空间上固定，以A A轴为参考坐标轴；轴为参考坐标轴；转子转子a a、b b、c c的轴线随转子旋转，转速为的轴线随转子旋转，转速为r；电角度电角度r为空间角位移变量。为空间角位移变量。 7一、电压方程一、电压方程定子电压方程：定子电压方程： tRiutRiutRiuddddddCsCCBsBBAsAA 异步电动机的动态数学模型由异步电动机的动态数学模型由电压方程电压方程、磁链方程磁链方程、转转矩方程矩方程和和运动方程运动方程组成。组成。8转子电压方程：转子电压方程：

7、tRiutRiutRiuddddddcrccbrbbaraa9简写成：简写成：)26( piRu 将电压方程写成矩阵形式，并以微分算子将电压方程写成矩阵形式，并以微分算子 p p 代替微分代替微分符号符号 d/dtd/dt，得：，得： ) 16(000000000000000000000000000000cbaCBAcbaCBArrrssscbaCBApiiiiiiRRRRRRuuuuuu10二、磁链方程！二、磁链方程！cAcbAbaAaCACBABAAAAiLiLiLiLiLiLA A相的磁链等于：相的磁链等于：iL定子定子转子转子ABLAaLls11（6-36-3）简写成：简写成：）（4-

8、6iL 6 66 6电感矩阵，其中：电感矩阵，其中：L LAAAA、L LBBBB、L LCCCC、L Laaaa、L Lbbbb、L Lcccc是各自绕组的自感，其余各项则是绕组间的互感。是各自绕组的自感，其余各项则是绕组间的互感。cbaCBAcccbcacCcBcAbcbbbabCbBbAacabaaaCaBaACcCbCaCCCBCABcBbBaBCBBBAAcAbAaACABAAcbaCBAiiiiiiLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL电机的磁链可表达为电机的磁链可表达为:12与电动机绕组交链的磁通有两类：与电动机绕组交链的磁通有两类： 一类是穿过

9、气隙的公共主磁通（互感磁通）；另一类是一类是穿过气隙的公共主磁通（互感磁通）；另一类是只与定子或转子的一相绕组交链而不穿过气隙的漏磁通。只与定子或转子的一相绕组交链而不穿过气隙的漏磁通。 定子和转子各相漏磁通对应的电感称为定子漏电感定子和转子各相漏磁通对应的电感称为定子漏电感Lls和和转子漏电感转子漏电感Llr。 与定子一相绕组交链的与定子一相绕组交链的最大互感磁通最大互感磁通对应定子对应定子互感互感Lms， 与转子一相绕组交链的最大互感磁通对应转子互感与转子一相绕组交链的最大互感磁通对应转子互感Lmr。 由于折算后定子、转子绕组匝数相等，气隙磁阻相等，由于折算后定子、转子绕组匝数相等，气隙磁

10、阻相等，故互感：故互感：Lms=Lmr=Lm。mmmmmNiNLNi213卡盟排行榜 卡盟 Microsoft Office PowerPoint，是微，是微软公司的演示文稿软件。用户可以在投影仪软公司的演示文稿软件。用户可以在投影仪或者计算机上进行演示，也可以将演示文稿或者计算机上进行演示，也可以将演示文稿打印出来，制作成胶片，以便应用到更广泛打印出来，制作成胶片，以便应用到更广泛的领域中。利用的领域中。利用Microsoft Office PowerPoint不仅可以创建演示文稿，还可不仅可以创建演示文稿，还可以在互联网上召开面对面会议、远程会议或以在互联网上召开面对面会议、远程会议或在网

11、上给观众展示演示文稿。在网上给观众展示演示文稿。 Microsoft Office PowerPoint做出来的东西做出来的东西叫演示文稿，其格式后缀名为：叫演示文稿，其格式后缀名为：ppt、pptx；或者也可以保存为：或者也可以保存为：pdf、图片格式等、图片格式等1、绕组自感、绕组自感 对于每一相绕组来说，它所交链的磁通是公共主磁通对于每一相绕组来说，它所交链的磁通是公共主磁通（互感磁通）与漏感磁通之和，考虑绕组是对称的，因此（互感磁通）与漏感磁通之和，考虑绕组是对称的，因此定子和转子各相绕组电感分别为：定子和转子各相绕组电感分别为： LAA=LBB=LCC=Lm+LlsLaa=Lbb=L

12、cc=Lm+Llr(6-5)152、绕组互感、绕组互感互感与公共主磁通相对应互感与公共主磁通相对应，互感分为两类：，互感分为两类： 恒定互感恒定互感定子三相定子三相A , B , C 之间的互感，转子三相之间的互感，转子三相a , b ,c 之间的互感，由于它们之间的位置都是固定的，故互之间的互感，由于它们之间的位置都是固定的，故互感为常值。感为常值。定子三相之间的互感与主磁通对应：定子三相之间的互感与主磁通对应： LAB=LBC=LCA=LBA=LCB=LAC=Lss Lmcos120=KsLm （6-6）转子三相之间的互感与主磁通对应：转子三相之间的互感与主磁通对应： Lab=Lbc=Lc

13、a=Lba=Lcb=Lac=Lrr Lmcos120=KrLm (6-7)16 变化互感变化互感定子某一相与转子任一相之间的互感，由于定子某一相与转子任一相之间的互感，由于它们位置是变化的，它们位置是变化的，互感是角位移互感是角位移r的函数的函数时变电感，时变电感，当定、转子两相绕组轴线重合时，两者之间的互感值最大，当定、转子两相绕组轴线重合时，两者之间的互感值最大，就是每相的最大互感值就是每相的最大互感值Lm。定子与转子之间的互感也与主磁通对应：定子与转子之间的互感也与主磁通对应：LAa=LaA=LBb=LbB=LCc=LcC=Lsrcosr =LmcosrLAb=LbA=LBc=LcB=L

14、Ca=LaC=Lsrcos(r+120)=Lmcos(r+120)LAc=LcA=LBa=LaB=LCb=LbC=Lsrcos(r-120)=Lmcos(r-120) 17完整的磁链方程以矩阵形式可以表示为：完整的磁链方程以矩阵形式可以表示为：rsrri ii iL LL LL LL L rssrssrsTCBAs Tcbar TCBAiiisi iTcbariiii i式中：式中：Lss定子自感矩阵，常数矩阵定子自感矩阵，常数矩阵Lrr转子自感矩阵，也为常数矩阵转子自感矩阵，也为常数矩阵Lsr转子对定子的互感矩阵，为时变矩阵转子对定子的互感矩阵，为时变矩阵Lrs定子对转子的互感矩阵，也为时变

15、矩阵定子对转子的互感矩阵，也为时变矩阵18cCcBcAbCbBbAaCaBaArsLLLLLLLLLLCcCbCaBcBbBaAcAbAasrLLLLLLLLLLcccbcabcbbbaacabaarrLLLLLLLLLLCCCBCABCBBBAACABAAssLLLLLLLLLL 由于磁链矩阵方程是时变矩阵的，因此异步电动机由于磁链矩阵方程是时变矩阵的，因此异步电动机在静止坐标系中，数学模型是在静止坐标系中，数学模型是时变微分方程组时变微分方程组，因而，因而导致异步电动机控制复杂。导致异步电动机控制复杂。19三、转矩方程三、转矩方程)166()120sin()()120sin()(sin)(

16、rbCaBcAraCcBbArcCbBaAmeiiiiiiiiiiiiiiiiiiLnTp 转矩方程式表示电量与机械量的关系，即电动机内部转矩方程式表示电量与机械量的关系，即电动机内部通过气隙的机电能量的转换关系。通过气隙的机电能量的转换关系。20电动机转子的电角速度旋转机组的转动惯量。负载阻力矩；其中：）（rLrpLrpLeJTdtdnJTdtdnJTT17-622四、运动方程四、运动方程 由运动方程可知，当负载转矩不变时，通过控制电由运动方程可知，当负载转矩不变时，通过控制电磁转矩就可以控制电动机的速度变化。磁转矩就可以控制电动机的速度变化。21）（运动方程17-622dtdnJTdtdn

17、JTTrpLrpLe)166()120sin()()120sin()(sin)(rbCaBcAraCcBbArcCbBaAmeiiiiiiiiiiiiiiiiiiLnTp转矩方程）（磁链方程4-6iL小结小结: :异步电动机的动态数学模型异步电动机的动态数学模型)26( piRu电压方程22 异步电动机动态数学模型的基本性质异步电动机动态数学模型的基本性质 上述动态数学模型方程式表明异步电动机的动态数学模上述动态数学模型方程式表明异步电动机的动态数学模型是一组非常复杂的非线性方程，其复杂性表现在以下四型是一组非常复杂的非线性方程，其复杂性表现在以下四个方面：个方面： 多变量多变量多输入、多输出

18、（多输入、多输出（MIMOMIMO系统）系统）u异步电动机变频调速需要进行电压和频率的协调控制，异步电动机变频调速需要进行电压和频率的协调控制，所以有所以有电压电压和和频率频率两个独立的两个独立的输入变量输入变量；u异步电动机通过定子供电，磁通和转速的变化是同时异步电动机通过定子供电，磁通和转速的变化是同时进行的，为了获得良好的动态性能，需要对磁通进行控进行的，为了获得良好的动态性能，需要对磁通进行控制，所以制，所以输出变量输出变量除了除了转速转速外，还包括外，还包括磁通磁通。因此异步。因此异步电动机的数学模型是一个多输入多输出系统。电动机的数学模型是一个多输入多输出系统。小结小结: :异步电

19、动机的数学模型异步电动机的数学模型23A1A2Usfs(Is)r 强耦合强耦合参数耦合、变量耦合参数耦合、变量耦合 异步电动机的电压异步电动机的电压( (电流电流) )、频率、磁通、转速互相都有影、频率、磁通、转速互相都有影响，所以其数学模型又是强耦合的多变量系统。响，所以其数学模型又是强耦合的多变量系统。 变量耦合：变量耦合：电压、频率需要协调变化；电压、频率需要协调变化；输出量磁通、转速都与输入量电压、频率有关。输出量磁通、转速都与输入量电压、频率有关。 参数之间：主要的耦参数之间：主要的耦合是绕组之间的互感联合是绕组之间的互感联系。系。24 非线性非线性输出量与输入量之间的关系是非线性关

20、系输出量与输入量之间的关系是非线性关系 非线性因素存在于产生旋转电动势和电磁转矩这两个环非线性因素存在于产生旋转电动势和电磁转矩这两个环节上，还包含在电感矩阵节上，还包含在电感矩阵L L中中( ( 不考虑饱和时不考虑饱和时) ) 。 异步电动机的异步电动机的转矩等于磁通乘电流转矩等于磁通乘电流，而，而转速乘磁通就得转速乘磁通就得到旋转感应电动势到旋转感应电动势。由于它们是同时变化的，在数学模型。由于它们是同时变化的，在数学模型中会含有两个变量的乘积项，再加上磁饱和的因素，所以中会含有两个变量的乘积项，再加上磁饱和的因素，所以异步电机的数学模型是非线性的。异步电机的数学模型是非线性的。非线性：非

21、线性： 转矩与输入量转矩与输入量（电压、频率）的关系不是线性关系。（电压、频率）的关系不是线性关系。25 高阶高阶 三相异步电动机定子有三个绕组，转子也可等效为三个绕三相异步电动机定子有三个绕组，转子也可等效为三个绕组，组，每个绕组产生的磁通都有自己的电磁惯性每个绕组产生的磁通都有自己的电磁惯性，共，共6 6个绕组个绕组的电磁惯性，再加上运动系统的机械惯性，转速与转角的微的电磁惯性，再加上运动系统的机械惯性，转速与转角的微分关系，即使不考虑变频装置的滞后因素，也是一个八阶系分关系，即使不考虑变频装置的滞后因素，也是一个八阶系统。所以异步电动机的数学模型是一个高阶系统。统。所以异步电动机的数学模

22、型是一个高阶系统。 因此，因此，异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，强耦合的多变量系统，分析和求解十分困难，在实际应用分析和求解十分困难，在实际应用中，必须设法予以简化。中，必须设法予以简化。如何简化？如何简化？坐标变换坐标变换266-2 6-2 常用坐标系和坐标变换常用坐标系和坐标变换 一、常用坐标系一、常用坐标系 静止坐标系静止坐标系参考坐标固定不动的坐标系：如，参考坐标固定不动的坐标系：如，ABCABC三相坐标系，它是建立三相绕组磁链方程和电压方程的自三相坐标系，它是建立三相绕组磁链方程和电压方程的自然坐标系；然坐标

23、系；0 0两相坐标系，它是两相绕组的自然坐标系；两相坐标系，它是两相绕组的自然坐标系； 同步旋转坐标系同步旋转坐标系参考坐标以同步转速旋转的坐标系，参考坐标以同步转速旋转的坐标系，dq0dq0坐标系。坐标系。当满足磁场定向条件时，称为当满足磁场定向条件时，称为MTMT坐标系。坐标系。 27坐标变换原则坐标变换原则 磁势等效原则。磁势等效原则。电机是通过气隙磁场传递能量的，为电机是通过气隙磁场传递能量的，为使变换前后电机的能量关系不变，坐标变换应保证变换使变换前后电机的能量关系不变，坐标变换应保证变换前后产生的磁势是相同的。前后产生的磁势是相同的。 功率不变原则。功率不变原则。使变换前和变换后所

24、计算的功率、转使变换前和变换后所计算的功率、转矩相等。矩相等。 电压变换和电流变换相同原则。电压变换和电流变换相同原则。这可以带来坐标变换这可以带来坐标变换使用上的方便。（注：电压变换和电流变换矩阵可以是使用上的方便。（注：电压变换和电流变换矩阵可以是任意的，但如果用这一条约束则变换矩阵就唯一了）任意的，但如果用这一条约束则变换矩阵就唯一了）二、坐标变换的原则及约束条件二、坐标变换的原则及约束条件 坐标变换在电路上是一种线性变换，在形式上是一种数学坐标变换在电路上是一种线性变换，在形式上是一种数学变换，在变换，在实质上是能量的变换实质上是能量的变换，因此必须遵守以下原则：，因此必须遵守以下原则

25、：28三、坐标变换的基本思路三、坐标变换的基本思路坐标变换的基本思路：将交流电动机的数学、物理模型坐标变换的基本思路：将交流电动机的数学、物理模型等效变换成类似直流电动机的模型。等效变换成类似直流电动机的模型。 除单相以外，二相、三相、四相等任意对称的多相绕除单相以外，二相、三相、四相等任意对称的多相绕组，通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势。组，通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势。不同电机模型彼此等效的原则是：在不同坐标下所产不同电机模型彼此等效的原则是：在不同坐标下所产生的磁动势完全一致。生的磁动势完全一致。 29 不同绕组产生的相同旋转磁场不同绕组产生的相同旋转磁场ABCABCiA

26、iBiCFs(a) 三相对称绕组（空间位置三相对称绕组（空间位置相隔相隔120120）中通以频率为）中通以频率为s s的的三相对称正弦交流电三相对称正弦交流电（相位相差（相位相差120120）i ia a、i ib b、i ic c，会产生旋转磁场，会产生旋转磁场，以，以角速度角速度s s旋转。旋转。30(b) (b) 两相对称绕组（空间位置相隔两相对称绕组（空间位置相隔9090）中通以频率为）中通以频率为s s的的两相对称正弦交流电（相位相差两相对称正弦交流电（相位相差9090）i i、i i，会产生旋转，会产生旋转磁场磁场，以角速度，以角速度s s旋转。旋转。Fiis31(c) (c) 两

27、个互相垂直的绕组，分别通以直流电两个互相垂直的绕组，分别通以直流电i iM M、i iT T，会产生，会产生位置固定的磁场位置固定的磁场，如果两个绕组以角速度，如果两个绕组以角速度s s旋转，则磁场旋转，则磁场也以角速度也以角速度s s旋转旋转。sFdqimitMT32根据磁场等效原则，当上述三个根据磁场等效原则，当上述三个旋转磁动势旋转磁动势F F大小和转速大小和转速s s都相等都相等时，以上三种情况是等效的！时，以上三种情况是等效的！sFdqimitMTFiisABCABCiAiBiCFs33 对于第三种情况，若站在旋转绕组上去观察磁场，则看到对于第三种情况，若站在旋转绕组上去观察磁场，则

28、看到的是一个直流电动机的模型（固定磁场）；的是一个直流电动机的模型（固定磁场）；若站在地面上去若站在地面上去观察磁场，则看到的是一个交流异步电动机的模型（旋转磁观察磁场，则看到的是一个交流异步电动机的模型（旋转磁场）。场）。 1FdqimitMT34 同样，对于第一种情况，若站在地面上去观察磁场，则看同样，对于第一种情况，若站在地面上去观察磁场，则看到的是一个交流异步电动机的模型到的是一个交流异步电动机的模型（旋转磁场）（旋转磁场） ；若与旋转若与旋转磁场一起旋转去观察磁场，则看到的也是一个直流电动机的磁场一起旋转去观察磁场，则看到的也是一个直流电动机的模型（固定磁场）模型（固定磁场） 。 也

29、就是说，第一种情况：也就是说，第一种情况：在静止坐标系下是交流异步电动机模型；在静止坐标系下是交流异步电动机模型；在同步旋转坐标系下是直流电机模型。在同步旋转坐标系下是直流电机模型。35因此通过坐标系的变换，可以找到与交流三相绕组等效的因此通过坐标系的变换，可以找到与交流三相绕组等效的直流电动机模型。直流电动机模型。 3/2VR等效直流电机i isasai iscsci isbsbi issi issi isTsTi isMsMr r如何求出如何求出isa、isb、isc 与与i 、i 和和isM、isT 之间准确的等之间准确的等效关系，这就是坐标变换的任务。效关系，这就是坐标变换的任务。36

30、四、三相坐标系四、三相坐标系两相坐标系变换两相坐标系变换(Clarke (Clarke 变换变换) ) 这一变换是这一变换是a a、b b、c c三相对称坐标系与三相对称坐标系与、两相正交坐两相正交坐标系之间的变换。标系之间的变换。 利用这一变换，可以将一个对称的三相电机模型等效为一利用这一变换，可以将一个对称的三相电机模型等效为一个对称的两相电机模型。个对称的两相电机模型。 (a) (b) (a) (b) 对称三相坐标系向正交两相坐标系的变换对称三相坐标系向正交两相坐标系的变换iiSFstbacFsstiaibicin37 根据磁势等效的原则，可得：根据磁势等效的原则，可得： 设三相电机的每

31、相绕组匝数为设三相电机的每相绕组匝数为N N3 3，两相电机的每相绕组匝，两相电机的每相绕组匝数为数为N N2 2。 )336()(23)22(2323CBCBAiiNNiiiiNNiAN2iN3iAN3iCN3iBN2i60o60oCB38 根据根据电压变换和电流变换相同原则电压变换和电流变换相同原则，可得：，可得： )(23)22(2323CBcBAuuNNuuuuNNu三相功率：三相功率：两相功率：两相功率：iuiupiuiuiupCCBBAA23将上述式子进行变换，并考虑到三相电流平衡，经简化后得：将上述式子进行变换，并考虑到三相电流平衡，经简化后得： 32232p)(23pNN39

32、所以三相所以三相两相变换两相变换C3/2为：为： 根据根据功率不变原则功率不变原则，可得：，可得：）（37-6322332NNpp)386(232302121132CBAiiiii40 两相两相三相变换三相变换C2/3为：为： (6-42) (6-42) 102133221322abciiiii41五、两相静止坐标系五、两相静止坐标系两相同步旋转坐标系变换两相同步旋转坐标系变换(Park(Park变换变换) ) 这一变换是这一变换是、两相静止坐标系与两相静止坐标系与d d、q q两相旋转坐标系两相旋转坐标系之间的变换。之间的变换。d d、q q两相旋转坐标两相旋转坐标系以角速度系以角速度逆时逆

33、时针旋转，与针旋转，与、两相静止坐标系之两相静止坐标系之间的相位角为间的相位角为=t t 。 s s42 假设两个电机每相绕组的匝数都相等。假设两个电机每相绕组的匝数都相等。 根据磁势等效的原则得：根据磁势等效的原则得： (6-43) (6-43) (6-45) (6-45) cossinsincosdqiittiitt cossinsincosdqiittiitt s s43ABC坐标系 坐标系dq坐标系3/2变换C2s/2rdq坐标系 坐标系ABC坐标系2/3变换C2r/2s小结：坐标变换小结：坐标变换正变换顺序：正变换顺序：逆变换顺序：逆变换顺序：44例：例： coscos120cos1

34、20amebmecmeuUtuUtuUt3cos23sin2memeuUtuUt320dmquUu平衡的三相正平衡的三相正弦变量弦变量变换到两相静变换到两相静止坐标系止坐标系变换到变换到同步同步旋旋转坐标系转坐标系 三相静止坐标系上的正弦变量变换到与其角速度同步的旋三相静止坐标系上的正弦变量变换到与其角速度同步的旋转坐标系上时表现为直流量。转坐标系上时表现为直流量。45异步电机的动态模型简化思路异步电机的动态模型简化思路 基本思路：应用坐标变换的方法，将异步电机在三相静止坐基本思路：应用坐标变换的方法，将异步电机在三相静止坐标系下的数学模型变换成两相同步旋转坐标系下的模型。标系下的数学模型变换

35、成两相同步旋转坐标系下的模型。 6-3 6-3 三相异步电机的动态模型简化三相异步电机的动态模型简化46 降阶降阶 异步电动机定子三相绕组和转子三相绕组经过异步电动机定子三相绕组和转子三相绕组经过3/23/2变换变换，变，变成等效的静止坐标系下的二相绕组。成等效的静止坐标系下的二相绕组。动态模型简化后所要（能）达到的效果动态模型简化后所要（能）达到的效果(4(4方面方面) )参数解耦参数解耦消除绕组间的互感消除绕组间的互感 异步电动机定子三相绕组和转子三相绕组经过异步电动机定子三相绕组和转子三相绕组经过3/23/2变换变换，变，变成等效的静止坐标系下的二相绕组。成等效的静止坐标系下的二相绕组。

36、由于等效绕组两轴垂直由于等效绕组两轴垂直，它们之间没有互感耦合关系。它们之间没有互感耦合关系。47 交流交流直流直流便于模拟直流电机的控制便于模拟直流电机的控制 静止坐标系上的两相模型经过旋转变换变成两相同步旋转静止坐标系上的两相模型经过旋转变换变成两相同步旋转坐标系上的模型，如果原来三相坐标变量是正弦函数，则经坐标系上的模型，如果原来三相坐标变量是正弦函数，则经过过3/23/2变换变换及及同步旋转变换同步旋转变换后等效的二相变量是直流变量，实后等效的二相变量是直流变量，实现正弦变量现正弦变量直流量的变换。直流量的变换。变量解耦变量解耦减少多变量之间的耦合减少多变量之间的耦合 两相同步旋转坐标

37、系按两相同步旋转坐标系按转子磁场定向转子磁场定向，转子总磁链矢量，转子总磁链矢量r r的方向为的方向为d d轴，减少了异步电动机数学模型中多变量之间的耦轴，减少了异步电动机数学模型中多变量之间的耦合。合。变量解耦：变量解耦：使激磁电流与转矩电流解耦使激磁电流与转矩电流解耦48sasbscsarbrarcrascrbrcsbsa轴rssrrssrrr一、异步电动机电机在两相静止坐标系中的动态模型一、异步电动机电机在两相静止坐标系中的动态模型建立动态建立动态电压方程和动态转矩方程电压方程和动态转矩方程 理想的三相两极异步电机理想的三相两极异步电机 等效的两相异步电机等效的两相异步电机 49ssrr

38、ssrrr0rruu当转子封闭时：注意：注意：每一相定、转子磁链本身都是脉振磁链，在静止坐每一相定、转子磁链本身都是脉振磁链，在静止坐标系中只是大小变化，并不旋转。标系中只是大小变化，并不旋转。 rrrrrrrrrrrrsssssssspiRupiRupiRupiRu1、电压方程电压方程50 )586(0000rrssrrrrmmrrrrrmrmmssmssrrssiiiipLRLpLLLpLRLpLpLpLRpLpLRuuuu用电机参数表示：用电机参数表示：51ssrrssrrr)596( smrrrsmrrrrmsssrmsssiLiLiLiLiLiLiLiL每一绕组的磁链都由定子电流和转子电流共同产生每一绕组的磁链都由定子电流和转子电流共同产生lrmrlsmsmmLLLLLLLL23两相绕组互感：两相绕组互感：2、磁链方程磁链方程52 )606()(rsrsmpeiiiiLnT式