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問題3:轉子上的通電導體受到磁場中的電磁力,形成電磁扭矩,帶動轉子旋轉。如果轉子也是磁鐵(永磁同步電機),或者是通恒定直流電形成的電磁鐵(普通同步電機)。從上式可以看出,異步電機在三相坐標系下的數學模型極其復雜,在實際中應用起來比較困難。建立異步電機動態數學模型是實現高性能異步電機調速系統的基礎。本章將簡要介紹異步電機在三相和任意兩相靜態坐標系下的數學模型。
接通三相交流電后,定子繞組將產生旋轉磁場(電生磁)。旋轉磁場切割轉子導體,產生電動勢和電流(磁力發電)。此時,轉子繞組中只要有單向電流存在,就可以在旋轉磁場中繼續旋轉。然而,異步電機的電流是由磁力線通過導體棒切割旋轉磁場而感應出來的,而同步電機的電流是人為的。輸入勵磁電流。
例如,特斯拉Model 3采用的牽引電機轉速為17900轉/分,中國新能源汽車技術路線圖2.0計劃到2035年實現電機轉速25000轉/分。三相異步電機采用線圈作為定子導電片作為轉子(轉子繞組為閉合路徑)。導電條通常是鋁,但特斯拉使用銅并擁有相關專利。轉子的載流體(有功分量電流)在磁場的作用下受到電磁力的作用,形成電磁扭矩,驅動電機旋轉,將電能轉化為機械能(電磁力)。
通過提高運行速度,可以降低電機的扭矩要求,從而減小電機的尺寸和重量,并且其功率密度隨著速度而增加。由于異步電機的實際數學模型是一個具有高階非線性、變量相互耦合的復雜系統,為了研究的方便,往往忽略了非理想因素,即:動態數學模型是為了理解和實現電機的高性能速度控制。在此基礎上,本章介紹了異步電機在三相靜止坐標系和任意速度旋轉的兩相坐標系下的數學模型。
交流電機的定子繞組為交流繞組,統一了正負周期變化的交流電,使主極磁場的大小和方向發生周期性變化;如果圍繞轉子的定子產生的主機磁場有規律地呈現這種周期性變化(利用三相電和矢量疊加),則在宏觀上形成旋轉磁場(如下圖所示)。本節介紹異步電機在參考坐標系下以任意轉速k旋轉的數學模型。優點是可以用統一的表達式來表示異步電機在基于不同磁場方向的靜止坐標系和同步旋轉坐標系下的數學模型。
電機的轉速必須低于磁場的同步轉速,因為只有這樣,轉子導體才能感應出電勢,從而產生轉子電流和電磁扭矩。簡介:本文將梳理異步電機控制算法的基礎知識,作為以后學習的參考。由于轉子電流是無法直接測量的狀態變量,并且在實際應用中很少對轉子電流進行控制,因此通常的狀態變量組合是定子電流和轉子磁鏈、定子電流和定子磁鏈、定子磁鏈和轉子磁鏈。
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