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永磁同步电机的转矩直接控制一、本文概述本文旨在探讨永磁同步电机（PMSM）的转矩直接控制策略。
永磁同步电机作为现代电力传动系统中的核心组件，具有高效率、高功率密度和优良的控制性能。
转矩直接控制作为一种先进的电机控制技术，能够实现对电机转矩的快速、精确控制，从而提高电机系统的动态响应性能和稳定性。
本文首先将对永磁同步电机的基本结构和原理进行简要介绍，为后续转矩直接控制策略的研究奠定基础。
随后，将详细阐述转矩直接控制的基本原理和实现方法，包括转矩计算、控制器设计和优化等方面。
在此基础上，本文将重点分析转矩直接控制在永磁同步电机中的应用，探讨其在实际运行中的优势和局限性。
本文还将对转矩直接控制策略的性能进行仿真和实验研究，评估其在不同工况下的控制效果。
通过对比分析，本文将提出改进和优化转矩直接控制策略的方法，以提高永磁同步电机的控制性能和运行效率。
本文将对转矩直接控制在永磁同步电机中的应用前景进行展望，探讨其在新能源汽车、工业自动化等领域的发展潜力。
本文的研究成果将为永磁同步电机的转矩直接控制提供理论支持和实践指导，推动其在现代电力传动系统中的广泛应用。
二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机（PMSM）是一种特殊的同步电机，其磁场源由永磁体提供，无需外部电源供电。
PMSM利用磁场相互作用产生转矩，从而实现电机的旋转运动。
PMSM的定子部分与常规电机相似，由三相绕组构成，用于产生电磁场。
而转子部分则装有永磁体，这些永磁体产生的磁场与定子绕组的电磁场相互作用，产生转矩。
PMSM的转矩大小和方向取决于定子电流的大小、方向以及永磁体与定子绕组磁场之间的相对位置。
PMSM的控制主要依赖于对定子电流的控制。
通过改变定子电流的大小、频率和相位，可以实现对PMSM转矩和转速的精确控制。
与传统的感应电机相比，PMSM具有更高的转矩密度和效率，以及更低的维护成本。
PMSM的工作原理基于法拉第电磁感应定律和安培环路定律。
当定子绕组通电时，会产生一个旋转磁场，这个磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，产生转矩。
§ 9电力系统稳定性问题概述和各元件的机电特性1、概述电磁暂态：i(t),u(t)(假设们=肌) 机电暂态:P(t，(t),o(t)的变化)稳定性概念：刀、干扰一如正常运行时的负荷波动一电力系统静态稳定干扰丿打干扰一如重要元件的投切，故障等一电力系统暂态稳定静态稳定：受到任意小干扰后能否回到原来的(或与原来的很接近)运行状态的能力。
不发生非周期性失步。
分析方法：系统状态变量变化小，可将状态方程线性化暂态稳定：受大干扰后戶时性、能否回复原来运行状态第一、第二震荡永久性、能否保持同步运行周期不失步。
分析方法：不能线性化。
等面积定则动态稳定：在自动装置作用下，保持长过程运行稳定性的能力。
电压稳定：2、各元件的机电特性2.1、同步发电机转子运动方程：-M =M T-M E =J- - J (1)T E dt:—转子机械角加速度rad s2； f 1—转子机械角速度rad s ；J—转子的转动惯量kg.m ；M T—原动机机械转矩；M E—发电机电磁转矩。
另外：转子在额定转速(门。
)时的动能W k J「02= J二理(2)2°0将(2)代入(1)式，得：翌d M站dt上式中转矩用标幺值表示( M B = S B0)考虑到机械角速度和电角速度之间的关系: -- Pl 】P —极对数由上式dt J 贡物理意义：在发电机组转子上加额定转矩后， 转子从停顿状态 到额定转速（门..-1）时所经过的时间。
一般机械角速度1的变化不大，则有: 匚 M ..二 P T - P E注: t ，T J ，- '0为有名值，其余均为标幺值。
2WkSB ； 0d'J~dt则:2W k S B 二x —dt 別L —m 丄 (3)S B 0 dt 0 dtT J= 2W k —发电机组的惯性时间常数SB(W)转并且有将（ 4） dt^.-.0dt{ 2代入(3 )得也M 厂P“—P E 厂d 、_ d dt 2 一 dt式写成状态方程形式，并且略去下标（ *），有--0(Pr -P E )T J"-1^0 dtd 2、（4）并略去*）22、同步发电机的功角方程 （P--J 1、简化条件1） 只计及发电机定子电流中正序基频交流分量产生的电磁转矩 2） 发电机励磁系统的简化a 、U f ,l f 不变，则空载电动势 E q 为常数;c 、励磁装置能够保持发电机端电压 U G 不变。
1. 对极坐标牛顿拉夫逊法简化，可以得到快速解耦潮流。
给出简化步骤，说明后者的优、缺点。
答：（1）简化步骤：快速解耦法是基于两个基本假设: R<<X 以及线路两端相角差比较小（小于10度-20度）。
反映在电力系统中的特性是：有功功率的变化主要决定于电压相位角的变化；无功功率的变化则主要决定于电压模值的变化。
反映在牛顿法修正方程式雅克比矩阵的元素上，是N 和M 两个子块元素的数值相对于H 、L 两个子块的元素要小得多。
⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∆⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∆U U L M N H Q P /θ是一个2n-m-2阶方程组。
略去N 和M ，得到：⎩⎨⎧∆-=∆∆-=∆)/(U U L Q H P θ将原来2n-m-2阶方程组化为一个n-1及一个n-m-1阶方程组。
假设：线路两端的相角差不大（小于10度-20度），而且ij ij B G <<；与节点无功功率相对应的导纳2/i i U Q 通常远小于节点的自导纳ii B ，即ii i ij B U Q 2<<。
⎩⎨⎧==ij j i ijij j i ij B U U L B U U H 即⎩⎨⎧==U UB L U UB H '''得，⎩⎨⎧∆-=∆∆-=∆U B U Q U B U P ''/)('/θ 系数矩阵'B 及''B 由节点导纳矩阵的虚部所组成，从而是一个常数矩阵。
对'B 及''B 的构成进行进一步修改得：⎩⎨⎧∆=∆∆=∆UB U Q B U P ''/'/θ 其中，ij ij X B 1'-=，∑∑=-=jwi jwi ijij ii X B B 1''，ij ij ij ij ij B X R X B -=+-=22''，ii jwi ij ij iji ii B X R X B B -=++-=∑220''。
电力系统电磁转矩系数的性质及其计算方法郝正航;王映康;李健波;樊容;魏猛【摘要】为了揭示电磁转矩系数的实质,证明了用电磁转矩系数表达电磁转矩只是某种近似,还证明了将单机系统的电磁转矩定义推广于多机系统,其前提条件是所研究的机组相对于惯性中心COI(center of inertia)只有1个运动模式;基于状态空间模型,提出了单机、2机和2机群的电磁转矩系数的定义,给出了理论计算方法.在多机情形下,针对某一模式将系统视为2个机群,通过广域测量系统得到局部系统COI 的转速和功角、各发电机电磁功率,从而不需等值运算而转化为等值2机,并测辨其电磁转矩系数.算例分析表明,所提出的电磁转矩系数的理论计算和辨识方法是有效的,二者能够相互印证.%In order to investigate the essence of electrical torque coefficients, it is proved that the equation between active power and electric torque based on two coefficients is not satisfied completely and electric torque method lead to a simplified path of accurate power system model essentially. If the electric torque definition of single machine is applied to multi-machine system, the given machine must be dominated by only one oscillation mode on the center of inertia(COD. This paper also presents electric toque definition and calculating method which can be used for single machine system, two-machine system, and two-area system. In large power system, a two-area system is defined in term of certain mode and its electric torque coefficient can be computed with measured signals (e. g. speed, angle based on partial COI and active power) from wide area measurement system(WAMS). A four-machine system caseshowed that the methodology proposed can be utilized to identify the coefficient of electric torques.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2011(023)001【总页数】6页(P86-91)【关键词】电力系统;电磁转矩;在线辨识;广域测量系统;小扰动稳定【作者】郝正航;王映康;李健波;樊容;魏猛【作者单位】天津大学电气与自动化学院,天津300072;贵州大学电气工程学院,贵阳550003;重庆渝电信息通信有限公司,重庆400014;重庆铜梁县供电有限责任公司,重庆402500;重庆渝电信息通信有限公司,重庆400014;重庆铜梁县供电有限责任公司,重庆402500【正文语种】中文【中图分类】TM743电力系统机电振荡分析有两种基本方法[3]：其一是根据线性化状态空间模型进行特征分析，即计算系统矩阵的特征值和特征向量，从而得到振荡频率、阻尼和振型；其二是基于物理意义的电磁转矩分析方法，将作用在转子上的电磁转矩分解为阻尼转矩和同步转矩，根据两种转矩的数值大小判断同步发电机的小扰动稳定性。
电机与拖动基础第一章电机的基本原理 (1)第二章电力拖动系统的动力学基础 (6)第三章直流电机原理 (12)第四章直流电机拖动基础 (14)第五章变压器 (29)第六章交流电机的旋转磁场理论 (43)第七章异步电机原理 (44)第八章同步电机原理 (51)第九章交流电机拖动基础 (61)第十章电力拖动系统电动机的选择 (73)第一章 电机的基本原理1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。
答：电与磁存在三个基本关系，分别是（1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势。
感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即tΦN e d d -= 感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路中磁通的变化。
（2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产生感应电动势。
这种导体在磁场中运动产生的感应电动势的大小由下式给出Blv e =而感应电动势的方向由右手定则确定。
（3）载流导体在磁场中的电磁力：如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体，则会在载流导体上产生一个电磁力。
载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关，当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F 与磁通密度B 、导体长度l以及通电电流i 成正比，即Bli F =电磁力的方向可由左手定则确定。
1-2 通过电路与磁路的比较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁阻），请列表说明。
答：磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比其他物质的磁导率高得多，铁心线圈中的电流所产生的磁通绝大部分将经过铁心闭合，这种人为造成的磁通闭合路径就称为磁路。
而电路是由金属导线和电气或电子部件组成的导电回路，也可以说电路是电流所流经的路径。
磁路与电路之间有许多相似性，两者所遵循的基本定律相似，即KCL：在任一节点处都遵守基尔霍夫第一定律约束；KVL：在任一回路中都遵守基尔霍夫第二定律；另外，磁路与电路都有各自的欧姆定律。
电力系统暂态分析（自己总结的）电力系统暂态分析过程（复习提纲）第一篇电力系统电磁暂态过程分析（电力系统故障分析）1 第一章电力系统故障分析的基本知识1.1故障概述1.2标幺制1.2.1标幺值1.2.2基准值的选取1.2.3基准值改变时标幺值的换算1.2.4变压器联系的不同电压等级电网中各元件参数标幺值的计算一、准确计算法二、近似计算法1.3无限大功率电源供电的三相短路电流分析1.3.1暂态过程分析1.3.2短路冲击电流和短路电流有效值一、短路冲击电流二、短路电流有效值习题2 第二章同步发电机突然三相短路分析2.1同步发电机在空载情况下定子突然三相短路后的电流波形及其分析2.2同步发电机空载下三相短路后内部物理过程以及短路电流分析2.2.1短路后各绕组的此联及电流分量一、定子绕组磁链和短路电流分量1、励磁主磁通交链定子三相绕组的磁链2、短路瞬间三相绕组磁链的瞬时值3、磁链守恒原理的作用4、三相短路电流产生的磁链5、对应的i 的三相短路电流二、励磁绕组磁链和电流分量1、强制励磁电流产生的磁链2、电子三相交流电流的电枢反应3、定子直流电流的磁场对励磁绕组产生的磁链4、按照磁链守恒原理励磁回路感生的电流和磁链三、等效阻尼绕组的电流四、定子和转子回路（励磁和阻尼回路的统称）电流分量的对应关系和衰减2.2.2短路电流极基频交流分量的初始和稳态有效值一、稳态值二、初始值1、不计阻尼回路时基频交流分量初始值2、计及阻尼回路作用的初始值2.2.3 短路电流的近似表达式一、基频交流分量的近似表达式二、全电流的近似表达式2.3 同步发电机负载下三相短路交流电流初始值2.3.1 正常稳态运行时的相量图和电压平衡关系2.3.2 不计阻尼回路时的初始值'I 和暂态电动势'q|0|E 、'|0|E一、交轴方向二、直轴方向2.3.3 计及阻尼回路的''I 和次暂态电动势''|0|E一、交轴方向二、直轴方向2.4 同步发电机的基本方程2.4.1 同步发电机的基本方程和坐标转换一、发电机回路电压方程和磁链方程二、派克变换及d 、q 、0、坐标系统的发电机基本方程1、磁链方程的坐标变换2、电压平衡方程的坐标变换2.4.2 基本方程的拉氏运算形式和运算电抗一、不计阻尼绕组时基本方程的拉氏运算形式，运算电抗和暂态电抗二、计及阻尼绕组时基本方程的拉氏运算形式，运算电抗和暂态电抗2.5 应用同步发电机基本方程分析突然三相短路电流2.5.1 不计阻尼绕组时的短路电流一、忽略所有绕组的电阻以分析d i 、q i 各电流分量的初始值二、dq i 的稳态值三、计及电阻后的dq i 各分量的衰减1、d i 直流分量的衰减时间常数2、dq i 中基频交流分量的衰减时间常数3、计及各分量衰减的dq i四、定子三相短路电流五、交轴暂态电动势2.5.2 计及阻尼绕组时的短路电流一、dq i 各分量的初始值二、dq i 的稳态直流三、计及电阻后的dq i 各分量的衰减1、d i 直流分量的衰减2、q i 直流分量的衰减3、dq i 中基频交流分量的衰减时间常数四、定子三相短路电流五、次暂态电动势1、交轴次暂态电动势''Eq 2、直轴次暂态电动势''Ed2.6自动调节励磁装置对短路电流的影响3 第三章电力系统三相短路电流的实用计算3.1短路电流交流分量初始值计算3.1.1计算的条件和近似3.1.2简单系统''I计算3.1.3复杂系统计算3.2计算机计算复杂系统短路电流交流分量初始值的原理3.2.1等值网络3.2.2用节点阻抗矩阵的计算方法3.2.3用节点导纳矩阵的计算方法一、应用节点导纳矩阵计算短路电流的原理二、三角分解法求导纳型节点方程3.2.4短路点在线路上任意处的计算公式3.3其他时刻短路电流交流分量有效值的计算3.3.1运算曲线法一、方法的基本原理二、运算曲线的制定三、应用运算曲线计算的步骤四、合并电源简化计算五、转移阻抗3.3.2应用计算系数计算一、无限大功率电源二、发电机和异步电动机4 第四章对称分量法及电力系统元件的各序参数和等值电路4.1对称分量法4.2对称分量法在不对称故障分析中的应用4.3同步发电机的负序和零序电抗4.3.1同步电机不对称短路时的高次谐波电流4.3.2同步发电机的负序电抗4.3.3同步发电机的零序电抗4.4异步电动机的负序和零序电抗4.5变压器的零序电抗和等值电路4.5.1双绕组变压器一、YNd接线变压器二、YNy接线变压器三、YNyn接线变压器4.5.2三绕组变压器4.5.3自耦变压器4.6输电线路的零序阻抗和电纳4.6.1输电线路的零序阻抗一、单根导线——大地回路的自阻抗二、双回路架空输电线路的零序阻抗三、架空地线的影响四、电缆线路的零序阻抗4.6.2架空线路的零序电容（电纳）一、分析导线电容的基本公式二、单回线路的零序电容三、同杆双回路的零序电容4.7零序网络的构成5 第五章不对称故障的分析计算5.1各种不对称短路时故障处的短路电流和电压5.1.1单相接地短路[(1)f]5.1.2两相短路[(2)f]5.1.3两相接地短路[(11)f，]5.1.4正序增广网络的应用一、正序增广网络二、应用运算曲线求故障处正序短路电流5.2非故障处电流、电压的计算5.2.1计算各序网中任意处各序电流、电压5.2.2对称分量经变压器后的相位变化5.3非全相运行的分析计算5.3.1三序网络及其电压方程5.3.2一相断线5.3.3两相断线5.4计算机计算程序原理框图第二篇电力系统机电暂态过程分析（电力系统的稳定性）6 第六章电力系统稳定性问题概述和各元件机电特征6.1概述6.2同步发电机组的机电特性6.2.1同步发电机组转子运动方程6.2.2发电机的电磁转矩和功率一、简单系统中发电机的功率二、隐极同步发电机的功-角特性三、凸极式发电机的功-角特性四、发电机功率的一般近似表达式6.2.3电动势变化过程的方程式6.3自动调节励磁系统的作用原理和数学模型6.3.1主励磁系统一、直流励磁机励磁二、交流励磁机励磁三、他励直流励磁机的方程和框图6.3.2自动调节励磁装置及其框图6.3.3自动调节励磁系统的简化模型6.4负荷特性6.4.1恒定阻抗（导纳）6.4.2异步电动机的机电特性——变化阻抗一、异步电动机转子运动方程二、异步电动机转差率的变化——等值阻抗的变化6.5柔性输电装置特性6.5.1静止无功补偿器（SVC）一、晶闸管控制的电抗器二、晶闸管投切的电容器三、SVC的静态特性和动态模型6.5.2晶闸管控制的串联电容器（TCSC）一、基本原理二、导通阶段三、关断阶段7 第七章电力系统静态稳定7.1简单电力系统的静态稳定7.2小干扰法分析简单系统表态稳定7.2.1小干扰法分析简单系统的静态稳定一、列出系统状态变量偏移量的线性状态方程二、根据特征值判断系统的稳定性7.2.2阻尼作用对静态稳定的影响7.3自动调节励磁系统对静态稳定的影响7.3.1按电压偏差比例调节励磁一、列出系统状态方程二、稳态判据的分析三、计及T时系统的状态方程和稳定判据e7.3.2励磁调节器的改进一、电力系统稳定器及强力式调节器二、调节励磁对静态稳定影响的综述7.4多机系统的静态稳定近似分析7.5提高系统静态稳定性的措施7.5.1采用自动调节励磁装置7.5.2减小元件的电抗一、采用分裂导线二、提高线路额定电压等级三、采用串联电容补偿7.5.3改善系统的结构和采用中间补偿设备一、改善系统的结构二、采用中间补偿设备8 第八章电力系统暂态稳定8.1电力系统暂态稳定概述8.2简单系统的暂态稳定性8.2.1物理过程分析一、功率特性的变化二、系统在扰动前的运行方式和扰动后发电机转子的运动情况8.2.2等面积定则8.2.3发电机转子运动方程的求解一、一般过程二、改进欧拉法8.3发电机组自动调节系统对暂态稳定的影响8.3.1自动调节系统对暂态稳定的影响一、自动调节励磁系统的作用二、自动调节系统的作用8.3.2计及自动调节励磁系统作用时的暂态稳定分析8.4复杂电力系统的暂态稳定计算8.4.1假设发电机暂态电动势和机械功率均为常数，负荷为恒定阻抗的近似计算法一、发电机作为电压源时的计算步骤二、发电机作为电流源时的计算步骤8.4.2假设发电机交轴暂态电动势和机械功率为常数一、坐标变换二、发电机电流源与网络方程求解8.4.3等值发电机8.5提高暂态稳定性的措施8.5.1故障的快速切除和自动重合闸装置的应用8.5.2提高发电机输出的电磁功率一、对发电机实行强行励磁二、电气制动三、变压器中性点经小电阻接地8.5.3减少原动机输出的机械功率8.5.4系统失去稳定后的措施一、设置解析点二、短期异步运行和再同步的可能性。
