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內容簡(jiǎn)介：結論按照異步電機模型的功能和用途，異步電機模型可分為三大類(lèi)：設計用模型、診斷仿真用模型和控制用模型，每種模型又可以有多種變化。特別是用有限元法計算電機內部的電磁場(chǎng)已變得非常實(shí)際，這種數值計算技術(shù)能夠解決解析法無(wú)法解決的問(wèn)題，也無(wú)需引入許多經(jīng)驗系數。

　　傳統的等效電路電機設計方法，求解速度快，但求解精度較差。適合于在設計階段，用來(lái)確定電機的初始尺寸，縮小求解空間，并在眾多設計方案中找到最有價(jià)值的方案；然后采用具有場(chǎng)路耦合功能的時(shí)步有限元模型進(jìn)行深入細致地分析。而時(shí)步有限元模型雖求解精度高，但計算時(shí)間長(cháng)，目前尚不適合尋找電機設計的最初設計方案，而在于部分取代試驗過(guò)程，模擬試驗結果，仿真系統真實(shí)運行狀況，從而跳出了以往新產(chǎn)品研發(fā)的“設計－試制－修正”的“循環(huán)語(yǔ)句”，在產(chǎn)品的設計階段就能對其所使用的系統進(jìn)行精確的計算及性能預測，從而達到以下目的：
　　（1）增加產(chǎn)品的可靠性。
　　（2）在產(chǎn)品設計階段發(fā)現潛在問(wèn)題。
　　（3）經(jīng)過(guò)多次分析計算，采用優(yōu)化方案，降低原材料成本。
　　（4）模擬試驗方案，減少試驗次數，從而減少試驗經(jīng)費，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。
　　3.諧波有限元模型使用有限元模型提高分析精度，同時(shí)又不被計算時(shí)間所拖累的另一種可行的選擇是：偽靜止諧波有限元模型，該模型采用復數相量以及轉子滑差頻率的變換，可以計及集膚和飽和效應。分析小電機時(shí)，使用包括定轉子的完整疊片模型，可以為通風(fēng)孔等細微結構建模；轉子斜槽既可以采用多截面模型中轉子電流相位移來(lái)考慮，也可以用單截面模型中的諧波斜槽因子來(lái)計及。對于大中型異步電機，分析時(shí)盡量利用定轉子疊片的對稱(chēng)性，這樣可以顯著(zhù)地節省計算時(shí)間。鼠籠轉子可采用的最小的有限元模型，由轉子上的一個(gè)槽距的扇型區域組成，對該區域施加適當的邊界條件，這個(gè)“單槽”扇區模型可以用來(lái)產(chǎn)生整個(gè)轉子的場(chǎng)。由于定子繞組的相帶劃分破壞了定子疊片的磁場(chǎng)對稱(chēng)性，所以定子可采用的最小的有限元模型，由定子一個(gè)相帶組成（即60°電角度）。以上定轉子疊片分別建模的“部分模型”是電流源供電的模型，但是通過(guò)耦合標準的一相等值電路，利用迭代計算程序，就可以變?yōu)橛嫾帮柡汀⒓w效應的電壓源供電的模型。此外，轉子“單槽”有限元模型還可以另作他用，用來(lái)計算隨導條電流大小和頻率變化而變化的轉子的電阻和漏抗，把以上計算結果用到傳統的等值電路模型中，可以獲得不僅“快”而且融合有限元法特長(cháng)（飽和、集膚效應）的計算模型。以上方法已經(jīng)在英國電機工業(yè)中實(shí)施。
　　諧波有限元模型也有一些不足，因為模型中所有的時(shí)間變量都是單一頻率的正弦波，故不能考慮時(shí)間諧波的影響，分析變頻調速電機時(shí)誤差增大；同理由于正弦的H產(chǎn)生正弦的B，磁飽和效應只能近似考慮，通常采用等效磁化曲線(xiàn)。此外，定轉子相對位置變化對計算的影響未能考慮，齒表?yè)p耗以及其他高頻效應也必須采用其他方法加以考慮。偽靜止諧波模型雖有不足，但不失為一個(gè)可以接受的選擇：在合理的計算時(shí)間，給出了較準的答案。
　產(chǎn)經(jīng)診斷仿真用模型這里的診斷不是指故障診斷，而是指一般意義上的“調查”，回答諸如“WHAT－IFS？”之類(lèi)的問(wèn)題。例如：轉子槽絕緣損壞的結果是什么？轉子導條中含有氣泡的后果是什么？這些問(wèn)題既沒(méi)必要也不可能得到高精確的計算結果，只需得到一個(gè)近似的答案即可。例如：某一轉子導條斷裂將產(chǎn)生不平衡磁拉力，具體到某個(gè)電機，只需知道磁拉力的數量級是100N，而不是10N或1000N即可。在這種情況下，所需的僅是為所研究現象專(zhuān)門(mén)定制的電路模型－“多回路模型”。使用多回路模型需掌握以下三點(diǎn)：其一，根據所研究現象的本質(zhì)，定義好獨立回路。例如當研究轉子側問(wèn)題時(shí)，定子每一相可作為一個(gè)獨立回路看待；相反，當研究定子繞組各種問(wèn)題時(shí)，就必須為每個(gè)線(xiàn)圈建立獨立回路。
　　其二，計算所有獨立回路之間的耦合阻抗，故多回路模型也稱(chēng)為耦合阻抗法。耦合阻抗的計算方法大約有繞組函數法，復數諧波法及有限元法等。其三，在求得耦合阻抗矩陣后，選擇適合解算機電系統微分方程的穩定算法進(jìn)行求解。
　　仿真異步電機是指在計算機上模擬真實(shí)樣機的各種運行工況，既可以采用三相靜止坐標軸下的真實(shí)物理變量的多回路模型，也可以使用經(jīng)過(guò)坐標變換后的兩軸模型。它和診斷的區別在于對分析精度要求較高。仿真的根本目的就是研究各種運行條件下的機電系統真實(shí)性能表現，尤其是當工廠(chǎng)制造無(wú)法進(jìn)行試驗的中大型電機時(shí)，能否進(jìn)行仿真研究就成為產(chǎn)品能否擊敗競爭對手的關(guān)鍵。目前機電系統仿真利器有兩種，第一種是采用具有“行為模擬能力”的電路模擬軟件，如Saber，Pspice（spice），Simplorer，Simulink等，此時(shí)研究的側重點(diǎn)是控制電路以及控制算法；第二種是使用帶有電路器件單元即所謂場(chǎng)路耦合功能的有限元軟件，如Ansys，AnsoftMaxwell，FLUX2D＆FLUX3D等，此時(shí)研究注意力放在電機本體。
　　基于異步電機靜態(tài)等效電路的模型的基本控制關(guān)系及轉矩控制原則是建立在異步電機穩態(tài)數學(xué)模型的基礎上，其被控制變量（定子電壓有效值、電流有效值、定子供電頻率等）都是在幅值意義上進(jìn)行的控制，而忽略幅角（相位）控制，故只能獲得良好的靜態(tài)性能指標，無(wú)法獲得良好的動(dòng)態(tài)響應，從而只適用于對動(dòng)態(tài)性能要求不高的調速系統。
　　異步電機矢量控制模型，也稱(chēng)為磁場(chǎng)定向控制系統。矢量控制技術(shù)模仿直流電機的控制，依靠坐標變換的方法，以轉子磁場(chǎng)定向，將異步機在三相靜止坐標系上的數學(xué)模型變換為帶有偽靜止繞組的同步速兩軸模型，實(shí)現了對交流電動(dòng)機的轉矩和磁鏈控制的完全解耦。不足之處是，系統特性受電機參數的影響較大，以及在模擬直流電機控制過(guò)程中所引用矢量旋轉變換的復雜性，使得其實(shí)際控制效果難以達到理論分析的結果。
　　直接轉矩控制不同于矢量控制技術(shù)，用空間矢量的分析方法，在定子坐標系下直接計算與控制交流電機的轉矩，它的控制既簡(jiǎn)單又直接，在很大程度上解決了矢量控制中計算復雜、特性易受電機參數變化影響、實(shí)際性能難以達到理論分析結果的一些重要技術(shù)問(wèn)題。它的控制效果不取決于電動(dòng)機的數學(xué)模型是否能夠簡(jiǎn)化，而是取決于轉矩的實(shí)際狀況。目前在德國，直接轉矩控制技術(shù)已經(jīng)成功應用于兆瓦級的電力機車(chē)牽引上。
　　各種控制結構所依據的都是被控制對象的數學(xué)模型，因此，為了建立交流調速系統的合理適用的控制結構，仍需對交流電動(dòng)機數學(xué)模型的性質(zhì)、特點(diǎn)以及內在規產(chǎn)經(jīng)律作深入研究和探討。值得注意的是，近年來(lái)，不依賴(lài)電機模型的模糊自尋優(yōu)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等智能化控制方法開(kāi)始引入到交流調速系統中，成為交流調速控制理論和控制技術(shù)的研究發(fā)展方向。
　　結論按照異步電機模型的功能和用途，異步電機模型可分為三大類(lèi)：設計用模型、診斷仿真用模型和控制用模型，每種模型又可以有多種變化。特別是用有限元法計算電機內部的電磁場(chǎng)已變得非常實(shí)際，這種數值計算技術(shù)能夠解決解析法無(wú)法解決的問(wèn)題，也無(wú)需引入許多經(jīng)驗系數。有限元在電機電磁場(chǎng)計算中的應用已逐步從線(xiàn)性場(chǎng)發(fā)展到非線(xiàn)性場(chǎng)，從靜態(tài)場(chǎng)發(fā)展到穩態(tài)交變場(chǎng)及瞬變場(chǎng)，從二維場(chǎng)發(fā)展到三維場(chǎng)，從單純的電磁場(chǎng)發(fā)展到電磁、流體、應力等多物理耦合場(chǎng)的分析計算。異步電機在電磁場(chǎng)有限元法的應用中，屬于計算復雜的研究對象，正確合理地建立或選擇數學(xué)模型，取決于對電機內部電磁現象的深刻理解，取決于對近似程度的適當選擇。
　　2007年10月15日，國家科技支撐計劃重點(diǎn)項目“電力電子關(guān)鍵器件與重大裝備研制”總體專(zhuān)家組第一次全體大會(huì )在廣西桂林召開(kāi)。會(huì )議由總體專(zhuān)家組組長(cháng)賈利民教授主持，項目總體組9名專(zhuān)家悉數與會(huì )。中國電工技術(shù)學(xué)會(huì )名譽(yù)理事長(cháng)周鶴良、華中科技大學(xué)陳堅教授也應邀列席了會(huì )議。
　　會(huì )議主要針對“電力電子關(guān)鍵器件與重大裝備研制”項目總體專(zhuān)家組的工作機制、項目的實(shí)施管理辦法、中國電力電子技術(shù)發(fā)展戰略及發(fā)展路線(xiàn)圖編制相關(guān)工作計劃以及科技部領(lǐng)導提出的關(guān)于成立中國電力電子技術(shù)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的意見(jiàn)的必要性和可行性及其對我國電力電子技術(shù)及應用的重要性等四個(gè)議題進(jìn)行了充分探討和意見(jiàn)交流。
　　會(huì )議最后確定了總體專(zhuān)家組下一步的工作進(jìn)程和任務(wù)分工，要求專(zhuān)家們近期盡快完成“電力電子關(guān)鍵器件與重大裝備研制”項目總體專(zhuān)家組工作細則（討論稿）、項目管理實(shí)施細則（討論稿）、中國電力電子技術(shù)發(fā)展戰略及路線(xiàn)圖相關(guān)工作安排（討論稿），同時(shí)擬定《關(guān)于建立國家電力電子技術(shù)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的草案》。會(huì )議還提議盡快召開(kāi)總體組第二次全體大會(huì )。
　　通過(guò)這次會(huì )議，總體組專(zhuān)家進(jìn)一步明確了下一步的具體工作目標，為確保項目實(shí)施管理及總體專(zhuān)家組工作順利有效進(jìn)行、切實(shí)履行科技部賦予專(zhuān)家組的責任、有效推動(dòng)項目總體專(zhuān)家組的工作進(jìn)程打下了基礎。

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