[发明专利]一种基于矢量磁路理论的永磁同步电机建模方法及系统

说明书

本发明公开一种基于矢量磁路理论的永磁同步电机建模方法及系统，属于电机及磁路理论应用领域；建模方法，包括：建立电机磁阻抗模型；计算电机电枢绕组磁动势；根据电机磁阻抗模型和电枢绕组磁动势计算电枢绕组磁链；根据电机永磁磁链标称值和电机磁阻抗模型，计算永磁磁动势；根据电机磁阻抗模型和永磁磁动势计算永磁磁链；根据电枢绕组磁链和永磁磁链，使用叠加定理获得电机定子磁链；再根据电机定子电压方程，建立基于矢量磁路理论的计及涡流反作用永磁同步电机数学模型；相比于传统永磁电机模型，本发明的建模方法具有明确的物理意义，并且准确了计及涡流反作用导致的电机交/直轴交叉耦合影响，具有更高的准确性。

技术领域

本发明属于电机及磁路理论应用领域，具体涉及一种基于矢量磁路理论的永磁同步电机建模方法及系统。

背景技术

相比于感应电机，永磁同步电机具有功率密度高、效率高和控制性能好等优势，在电力传动尤其是高性能电力驱动领域已得到广泛应用。电机数学模型是实现电机控制的基础，因此建立精确的永磁电机数学模型是实现高性能控制的关键。然而，在电机控制领域，现有的永磁电机建模中往往没有计及电机涡流反作用的影响，使得电机的理论模型与实际模型存在偏差，尤其是在铁耗占比相对较高的高速电机应用场合。通常使用状态观测器等方法对未计及建模因素引起的偏差进行修正或补偿，但观测器的引入限制了控制性能进一步提高；因此，研究计及涡流反作用的永磁电机建模方法具有重要价值。

现有计及涡流反作用的永磁电机建模方法通常直接在电机等效电路模型中引入等效铁耗电阻支路以模拟电机的涡流损耗，再通过实验数据拟合等方法获得等效铁耗电阻数值。但该类建模方法存在物理意义不明确、需要大量实验获取数据才能获得相对准确的电机模型，并且所建立的电机模型通常只适用于稳态分析。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于矢量磁路理论的永磁同步电机建模方法及系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于矢量磁路理论的永磁同步电机建模方法，包括以下步骤：

建立电机磁阻抗模型；

计算电机电枢绕组磁动势；

根据电机磁阻抗模型和电枢绕组磁动势计算电枢绕组磁链；

根据电机永磁磁链标称值和电机磁阻抗模型，计算永磁磁动势；

根据电机磁阻抗模型和永磁磁动势计算永磁磁链；

根据电枢绕组磁链和永磁磁链，使用叠加定理获得电机定子磁链；

根据电机定子电压方程和电机定子磁链，建立电机模型。

进一步地，所述电机磁阻抗模型对应的等效磁路图，包括磁阻、磁感、和源磁动势，源磁动势包含电枢和永磁磁动势；

电机磁阻抗模型为：

其中，F_m是源磁动势，R_m是磁阻，L_m是磁感，φ是磁通；N是所研究磁路对应的绕组等效匝数，L_e是所研究磁路对应的绕组电感；N_i是涡流损耗对应的等效铁芯匝数，R_i是涡流损耗对应的等效铁芯电阻；

所述磁感L_m可根据工作频率按下式进行修正：

其中，ω是实际电频率，ω_N是额定电频率。

进一步地，所述电枢绕组磁动势的计算式为：