电机的分析研究方法

　　虽然电机的种类很多，分析研究方法也各有特点，但其基本步骤和基本方法还是有很多共同之处的，尤其是对旋转电机。下面综合介绍旋转电机的分析步骤和研究方法。

　　电机内部物理情况的分析。这一步主要是分析空载和负载运行时电机内部的磁动势和磁场，建立物理模型。

　　列出电机的运动方程。利用电磁感应定律和电磁力定律，即可求出各个绕组内的感应电动势和作用在转子上的电磁转矩；再利用基尔霍夫定律、全电流定律、牛顿定律和能量守恒原理，可列出各个绕组的电动势方程式以及电机的磁动势方程式、转矩方程式和功率方程式。这些方程统称为电机的运动方程。这一步的工作就是把物理模型变为数学模型。

　　电机的运动方程除了可用上述传统方法建立外，还可以用汉密尔顿原理通过变分法建立，或直接应用机电动力系统的拉格朗日麦克斯韦方程列写。

　　求电机的运行特性和性能。列出运动方程后，求解这些方程，即可确定电机的运行特性和一些主要的技术数据。对于动力用电机，在稳态运行特性中，发电机以外特性为最重要，而电动机则以机械特性为最重要。发电机的外特性是指负载电流变化时，端电压的变化曲线u=f（iL）；而电动机的机械特性是指电磁转矩变化时，转速的变化曲线n=f（Tem）。此外，电机的效率、功率因数、温升、过载能力等指标也很重要。暂态运行时，还要考虑电机的稳定性、暂态电流和暂态电磁转矩等。对于控制电机，则要考察其快速响应能力、精确度和控制性能等指标。

二、研究方法

　　在分析电机内部磁场并建立和求解电机运动方程时，常规方法有：

　　不计磁路饱和时，用叠加原理分析电机内的各个磁场和气隙合成磁场以及与磁场一一对应的感应电动势。考虑饱和时，常把主磁通和漏磁通分开处理，主磁通用合成磁动势和主磁路的磁化曲线确定，漏磁通则以等效漏抗压降方式处理，在列写电动势平衡方程式时考虑。

　　在解决交流电机中由于定、转子绕组匝数不等、相数不等、频率不等而引起的困难时，常采用参数和频率折算方法进行等效处理。

　　各种电机都有对应的等效电路分析模型，一般电机的稳态分析均可归结为等效电路的求解，交流电机还要应用相量图分析方法。

　　交流电机的不对称运行要运用双旋转（即正、负序）磁场理论和对称分量法。

　　在研究凸极电机时，常用双反应理论。

　　电机的动态分析用状态方程方法。为解决交流电机电感系数时变和转子结构不对称（凸极同步电机）所导致的分析困难，常采用坐标变换法进行化简。

　　近年来，由于计算机的发展与应用，电机的研究手段和方法得以改进，主要表现在两个方面。

　　（1）从场的角度以微观方式研究电机。早期做法是以磁场的探讨为主，用有限差分或有限元等数值方法求解电机内的磁场分布，现在这种做法已延伸发展到以综合物理场方式考察电机，可集成计算电机内的电场、磁场、温度场、流场和应力场之全部或部分。

　　（2）从路的角度以宏观方式研究电机。其核心就是通过数值仿真方法展现电机在各种运行状况下的动态特性，包括实际电机中可能无法实现的一些特定的极限工况或故障行为，均可通过计算机进行理念性实验。在新型电机研制过程中，数值仿真方法可以起到降低研究成本、缩短研究周期、揭示运行规律的重要作用。