式中 ——定子和转子相电流的瞬时值;
(2.1)
——各相绕组的全磁链;
对于每一相绕组来说,它所交链的磁通是互感磁通与漏感磁通之和,因此,定子各相自感为:
(2.2)
转子各相自感为:
(2.3)
定子三相彼此之间和转子三相彼此之间的互感:
(2.4)
定子任一相与转子任一相之间的互感:
(2.5)
将式(2.4)、式(2.5)代入式(2.1)中
得到完整的磁链方程就是:
和 两个分块转矩互为转置,且均与转子位置 有关,他们的元素都是变参数,这是系统非线性的一个根源。
(2)电压方程
电压方程
(2.10)
式中 ——定子和转子相电压的瞬时值;
——定子和转子绕组电阻。
或写成
(2.11)
如果把磁链方程代入电压方程,得展开后的电压方程为
(2.12)
式中 ——由于电流变化引起的脉变电动势;
——由于定、转子相对位置变化产生的与转速 成正比的旋转电动势。
(3)转矩方程
根据机电能量转换原理,可求出电磁转矩Te的表达式为:
(2.13)
上式公式是在磁路为线性、磁场空间按正弦分布的假定条件下得出的,但定、转子电流的波形可以是任意的,式中的电流都是瞬时值。
(4) 运动方程
运动控制系统的运动方程式为
(2.14)
式中,J表示机组的转动惯量,TL表示包括摩擦阻转矩和弹性扭矩的负载转矩。
由以上方程式可知,异步电机的强耦合性主要表现在磁链方程和转矩方程中,既有三相绕组间的耦合,又有定、转子绕组间的耦合,还存在转矩方程中磁场与定、转子电流之间的相互影响,其根源在于它有一个很复杂的电感矩阵。
2.2 坐标变换
异步电动机在三相坐标系下的动态数学模型相当复杂,具有高阶、非线性、强耦合的特性,用传统的方法分析和求解这组非线性方程比较困难。异步电动机在三相坐标系下的动态数学模型之所以复杂,是由于影响磁链和受磁链影响的因素较多。因此要简化数学模型,必须从简化磁链关系入手,通过坐标变换可以实现这种简化。坐标变换主要分为两种,一种是静止三相坐标系和静止两相坐标系之间的变换,另一种是两相静止坐标系和两相旋转坐标系之间的变换。下面的内容将对这两种变换进行介绍。
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