六相感应电机建模与仿真

六相感应电机建模与仿真
在之前的船舶电力推进系统中，推进电机基本上都是三相的，像船舶电推中这样需要大功率、大电流的领域，三相调速系统的应用具有一定的局限性[ 1 ]。

六相系统较三相系统有以下几个优势[2-3]：
1）低压大功率。

由于相数的增多，假设电机相电压不变，六相电机功率要远大于三相电机。

2）冗余性比较好。

当六相感应电机的一相或者多相出现故障的时候，系统仍然可以继续工作。

3）转矩脉动小。

六相感应电机空间谐波的次数提高，而且幅值较小，这样会使电机的转矩脉动减小，调高系统的动态、静态性能。

1六相感应电机数学建模
六相感应电机内部有很多变量例如电压、电流、磁链等，这些量之间是相互耦合的，很难通过单独控制一个量直接控制转矩或者转速，经过对数学模型的分析，通过合适的空间变换，多相电机可以等效为一个两相电机和一些非机电能量转换的部分[ 4 ]。

式（1）即为六相谐波基变换矩阵6 6T×。

1.1 电压方程
经过变换矩阵变换后得到解耦后的电压。

1）d-q子空间的电压方程：
1.2 磁链方程
在谐波基下只有d-q空间中的磁链，定子磁链与转子磁链发生了交链，而在12zz？、12oo？子空间中的定子磁链的与转子磁链并没有发生交链，定子磁链只与定子侧的电流有关，转子磁链只与转子侧的电流有关[ 5 ]。

d-q子空间在αβ？坐标系下的磁链方程如下：
2 六相感应电机仿真模型
首先在Matlab/Simulink中建立αβ？坐标系下的两相电机的仿真模型，然后建立六相感应电机在12zz？子空间和12oo？子空间的仿真模块。

最后，加入空间坐标变换模块，具体包括六相静止坐标系通过空间矢量解耦到3个互相正交的子空间坐标系的变换模块，以及3个子空间坐标系到六相静止坐标系的变换模块。

本文所建立的六相感应电机是双三相中性点连接的。

六相感应电机在Simulink下搭建的仿真模型如图1所示。

3 仿真分析与结论
为了验证所搭建的六相感应电机模型的可用性，现对其进行仿真实验，采用直接起动方式，直接给六相感应电机加六相正弦电压，给定各相电压有效值220V，前0.3S空载启动，在0.4S时给定负载19N，电机额定转速1440r/m，额定转矩19N·m，额定相电压220V，额定电流5.5A，额定功率3kW。

实验所得波形如
图3所示。

由上面所仿真得出的波形可以看出，直接启动时，电机大约在0.2S达到额定转速并保持稳定，所观测的定子磁链也在0.2S 基本达到圆形。

当0.4S时给定30N的负载，转速立即响应开始下降，大约0.5S再次达到稳定，相比空载转速有了一定的下降。

仿真结果表明所搭建的六相感应电机模型完全可以满足仿真需要，是可行的。