同步电机的功角特性与矩角特性

标准答案

关于同步电机的功角特性电机学上讲的很清楚了，功角特性是指同步电机的有功功率（或转矩）与功角的正弦成正比，最近看一本书又说到了同步电机的矩角特性，又说电机的有功功率（或转矩）与矩角的正弦成正比，功角指端电压U与反电势E0的相位差，矩角指转子直轴与定子电流矢量的夹角，功角与矩角显然是不同的，那么问题来了：
1 到底转矩与那个角的正弦成正比？这两个特性有矛盾吗？如何统一理解这两个特性？
2 在电机学中讲到同步电机功角超过90°会有静态稳定性问题，这似乎也很好理解，但用同样的方法分析似乎矩角超过90°也同样会有静态稳定性问题啊？可同步电机（特别是永磁同步电机）矩角超过90°是最常见的运行状态，难道不存在静态失稳问题？
3 根据功角特性可知功角等于90°时达到最大转矩，但根据矩角特性可知矩角等于90°时达到最大转矩，而功角和矩角又不是一个角度，也不相等，那到底哪个角等于90°时达到最大转矩？
4 对凸极同步电机，由于交直轴电抗不同会出现磁阻转矩，功角特性中说磁阻转矩与2倍功角的正弦成正比，矩角特性中说磁阻转矩与2倍矩角的正弦成正比，到底哪个说的对？还是都对，只是理解问题？
   以上问题希望大神们发表高见。

Nephology

李老师说的矩角我查了电机学和永磁体电机都还是没看到这个叫法。  我通过您对这个矩角的解释是“指转子直轴与定子电流矢量的夹角“估计应该是（90°-内功率因数角），在永磁同步电动机中转子交轴与定子电流矢量的夹角为内功率因数角。我看了下唐老师书上关于永磁同步电动机讲的是功率与功角（端电压U与反电势E0的相位差）的正弦成正比；同时唐老师还说了功率角也称转矩角，也给出了矩角特性就是把功角特性除以一个角速度。
我看了电机学关于同步发电机也是讲的是功率与功角（端电压U与反电势E0的相位差）的正弦成正比。

标准答案

我看的是王成元等编著的《现代电机控制技术》，以下是该书内有关论述。

fer88

首先公式肯定都没问题，无须怀疑。1.电机书从本体角度分析，肯定是对的，也代表电机本体的能力， 这个不用质疑。2.王成元书，从控制角度分析，是实际电机出力情况分析的，如果用在实际产品中，这个是实用价值高。问题方向不同，常用的矢量控制方式实际用的不是功角，是电流与反电势夹角。

fer88

这个是我的理解，又不妥之处 大家可以纠正，谢谢！

标准答案

fer88 发表于 2017-2-20 08:37
这个是我的理解，又不妥之处 大家可以纠正，谢谢！

问题是我提的那几个问题如何理解，还请大侠指教。

fer88

标准答案 发表于 2017-2-20 12:27
问题是我提的那几个问题如何理解，还请大侠指教。

1.这么说吧，控制U跟E的角度，从控制角度来说很难！原理很容易 就是T U E 和角度的关系，但实际控制比较难找相位角度。
但电流不一样，I 与E相位角比较容易控制，所以通过坐标变换，就相当于交流电机变成直流电机控制了。这样就需要电压与力矩、反电势特性（功角特性）转换成力矩跟电流、反电势（你提到的矩角特性）的关系。


2.I 大于90度 ,很多时候是弱磁控制了，现在控制方式问题不大，基本不会出现什么控制不稳的情况。

3.具体公式你自己推导推导就明白了，只说一下大体原理。

标准答案

fer88 发表于 2017-2-20 13:00
1.这么说吧，控制U跟E的角度，从控制角度来说很难！原理很容易 就是T U E 和角度的关系，但实际控制比较 ...

感谢大侠指点。希望其他大侠也能参与讨论。

开关磁阻

这个帖子连队长都迷惑，估计很多人都没搞懂，我也没有真正把它搞明白，发表下个人见解，请批评

电机本体那个转矩公式是来自 P=m*u*i*cos(seta)推导过来的

控制策略那个转矩公式来自数学模型而化简过来的（公式打不出来）

两个公式都有永磁转矩+磁阻转矩，而且都有sin(seta)和sin(2*seta)

综合推导，感觉数学模型里seta等于电机本体的内功率因素角+90度电角度，电机本体的seta等于90-内功率因素角

而且只有电机本体的功率因素为1的情况，这两个角度才吻合起来；否则，功率因素小于1，电机本体的seta则为U和E的夹角

fer88

开关磁阻 发表于 2017-2-22 15:46
这个帖子连队长都迷惑，估计很多人都没搞懂，我也没有真正把它搞明白，发表下个人见解，请批评

电机本体 ...

请教你这几个三维图 怎么仿真的数据？参数扫描么 工作量很大啊

开关磁阻

fer88 发表于 2017-2-22 19:19
请教你这几个三维图 怎么仿真的数据？参数扫描么 工作量很大啊

很简单的参数化扫描的功角和电流，工作量不大，Matlab绘制而成，仅供参考

另说明一下我这里的0度指的功角90度，定义不同而已

fer88

开关磁阻 发表于 2017-2-23 09:06
很简单的参数化扫描的功角和电流，工作量不大，Matlab绘制而成，仅供参考

另说明一下我这里的0度指的 ...

你这个磁阻力矩 跟 电磁力矩 分解了？ 这个仿真也可以区分？求教

开关磁阻

fer88 发表于 2017-2-23 16:19
你这个磁阻力矩 跟 电磁力矩 分解了？ 这个仿真也可以区分？求教

这个不是重点，三个转矩肯定可以分解，当然也能仿真出来，不然怎么说参数化呢

重点是队长这个问题，高手还没现身，期待大神来解释清楚

mfkfnaps

试着说下，
U与E的夹角θ
I与U的夹角φ (功率角？）
I与E的夹角ψ(转矩角？）

ψ=φ+θ
Id = I * sin(ψ)
Iq = I * cos(ψ)
P=U*I*COS(φ)

以上是我的理解，如有不对请指正。

标准答案

这个帖子可不要沉啊，还是没有见到高手给出令人满意的答复啊。

cuixiupeng2521

功角theta一般是针对电励磁同步电机讲的 电励磁同步电机一般情况是有一个功率因数的 功率因数角fai  矩角可以看做是电励磁同步电机中的psai这个量一般是针对永磁同步电机或者控制讲的（电励磁同步电机基本都是接工频用） psai=theta+fai   永磁同步电机中可以做到功率因数为1即fai=0 此时矩角psai与功角theta就相等了
至于大于90失稳的问题也是指电励磁同步电机 它不存在控制的问题 对于永磁同步电机通过一些控制方式可以实现工作在90甚至更大 这完全有可能

欧阳庆

老标兄啊，这好像不矛盾，你是从电机的角度来看似乎不太好理解，但从控制角度看就顺理成章了。

苏玮桥

电机控制中，PWM控制输出电压，这电压应该很好控制啊？

欧阳庆

标兄，你看看从控制的角度来这样解释是否可以，角度gamma在控制中是容易被控制的。

标准答案

1 首先感谢欧阳大侠的详细推导！也感谢其他回复的各位大侠！
2 我所不理解的并非不知道那个角度和那个物理量更容易控制。我非常清楚谁更容易控制。
3 我所不理解的是我一楼所说的那四个问题，请各位直接正面回答那四个问题，哪怕是回答清楚一个问题也是帮我解决了1/4的难题。
再次感谢各位的参与！