MWORKS电力电子与电机系统建模与仿真 课件 第二章 电力电子与电机的基本特性及数学模型

第二章电力电子与电机的基本特性及数学模型目录2.1电力电子器件的特性与建模2.2坐标变换2.3脉宽调制技术2.4电机的数学模型与动态特性分析2.1电力电子器件的特性与建模功率二极管符号（A:阳极,K:阴极）基于PN结的单向导电半导体器件，核心功能是实现电能可控单向导通。正向导通时呈现低正向压降，反向截止时可耐受高电压，但反向恢复特性较差。广泛应用于整流电路、续流保护等场景。Sysplorer提供两种模型：分段线性功率二极管和指数功率二极管。2.1电力电子器件的特性与建模整流功能功率二极管在电路中将交流信号转换为直流信号。只允许电流沿一个方向通过，当电压施加在正向偏置方向时，功率二极管处于导通状态，允许电流通过；在反向偏置情况下，功率二极管处于截止状态，阻止电流通过。续流保护功能功率二极管可在电力电子变换电路中通过导通续流通路，为电感负载提供电流释放路径，防止开关断开时产生电压尖峰。2.1电力电子器件的特性与建模线性功率二极管伏安特性解析正向电压超过参数正向导通电压Vf，则功率二极管表现为具有参数导通电阻Ron值的线性电阻；否则，功率二极管表现为具有Goff值的小电导。反向电压超过击穿电压VBV后，功率二极管的齐纳电阻为Rz。2.1电力电子器件的特性与建模指数二极管电流电压关系方程：参数计算公式：参数含义q：电子基本电荷，值为1.6×10-19CVBV：反向击穿电压（单位：V）

：发射系数Is：饱和电流（单位：A）Td：功率二极管的温度（单位：℃）Vt：Vt=KTd/qK：玻尔兹曼常数，值为1.38×10-23J/K2.1电力电子器件的特性与建模参数设置方法与界面说明在TYElectrical库中，功率二极管模型位于TYElectrical→Semiconductors路径下，名称为Diode将功率二极管拖至model窗口中，单击该器件，即可在"组件参数"对话框中对功率二极管的参数进行修改2.1电力电子器件的特性与建模tab参数group参数参数名称默认值单位参数描述常规参数Model0—二极管模型选择反向击穿BV70V反向击穿电压Rz0.3Ω齐纳电阻指数二极管主参数Tm125℃参数测量温度I-V曲线参数化I_curve{0.0137,0.545}A电流曲线参数点V_curve{0.6,0.7}V电压曲线参数点I10.0137A电流曲线参数点V10.6V电压曲线参数点直接参数IS_direct1e-12A饱和电流N_direct11发射系数tab参数group参数参数名称默认值单位参数描述线性二极管参数Ron0.3Ω导通电阻Goff1e-8S关断电导Vf0.6V正向导通电压结电容参数参数化JC0—结电容参数化方式固定结电容Cj5e-12F结电容C-V参数化VR{0.1,10,100}V反向偏置电压点C{3.5e-12,1e-12,0.4e-12}F反向偏置电压点对应的电容FC0.5—电容系数直接输入参数CJ0_direct5e-12F零偏结电容VJ_direct1V节电势M_direct0.5—梯度系数功率二极管模型参数2.1电力电子器件的特性与建模功率二极管模型的结果变量与中间变量变量类型变量名称单位数值类型描述结果变量VdVReal二极管电压iAReal二极管电流vAVRealA端口电压iAARealA端口电流vKVRealK端口电压iKARealK端口电流中间变量VtVReal热电压ISAReal饱和电流变量类型变量名称单位数值类型描述中间变量CdFReal结电容VJVReal结电势QjCReal结电容电荷量N—Real发射系数M—Real梯度系数F1—Real电容系数1F2—Real电容系数2F3—Real电容系数32.1电力电子器件的特性与建模需要用到的器件分别为单相交流电压源（在TYElctrical→BasicComponents→IdealElectricSources中）、功率二极管、纯电阻（在TYElctrical→BasicComponents→IdealBasicComponents中）及参考地（GND）。例2-1单相半波整流电路仿真参数设置结果分析2.1电力电子器件的特性与建模参数幅值单位备注交流电压源Ucv_amp50V峰值电压phi0deg相位角f50Hz频率功率二极管D1Model0

0—线性二极管1—指数型二极管其他参数默认———电阻R1R110Ω电阻值仿真设置仿真时间0.1s—仿真步数500——积分算法Dassl、变步长——2.1电力电子器件的特性与建模需要用到的器件分别为直流电压源（在TYElctrical→BasicComponents→IdealElectricSources中）、功率二极管、纯电阻、电感和理想开关（在TYElctrical→BasicComponents→IdealBasicComponents中）、脉冲信号源（在Modelica→Blocks→Sources中）及参考地。例2-2开关电路功率二极管续流2.1电力电子器件的特性与建模仿真参数设置仿真结果仿真结果分析：当理想开关按照1kHz频率开关时，功率二极管可以实现对电感电流的续流参数幅值单位备注直流电压源Vdcv050V输出电压功率二极管（选取Modelica库中的器件）D1参数默认电阻、电感和理想开关R1、L1和S1R110Ω电阻值L11mH电感值S1参数默认———脉冲信号pulseamplitude1V脉冲幅值width50%脉冲占空比period0.001s脉冲周期仿真设置仿真时间0.003s—仿真步数500——积分算法Dassl、变步长——2.1电力电子器件的特性与建模晶闸管简介晶闸管（Thyristor）也称可控硅（SCR）由3个PN结组成的电流驱动型大功率半导体器件具有单向导电性，且具有可控性具有开和关两种状态，用于调光、调速、电热控制及逆变/变频等大功率电路正向特性在晶闸管的A、K两端施加的电压u>0时，称为正向特性。当控制极电流IG=0时，随着u的增大，漏电流i很小，与功率二极管的反向特性类似；当u增大到转折电压UBO时，漏电流i陡然增大，晶闸管导通，与功率二极管的正向特性类似；晶闸管正常工作时，应调节控制极电压，使控制极电流IG>0；而且IG越大，转折电压UBO越小。当控制极开路（IG=0），且正向电流小于维持电流IH时，晶闸管自动关断。Sysplorer中的符号2.1电力电子器件的特性与建模反向特性反向特性(u

≤0)：类似二极管的反向特性，只有很小的反向电流IR。导通关断条件由于晶闸管只有开和关两种工作状态，因此其具有开关特性。状态条件说明从关断到导通阳极电势高于阴极电势门极驱动电流大于设定触发电流两者都需要满足保持导通阳极电势高于阴极电势晶闸管电流大于保持电流两者都需要满足从导通到关断阳极电势低于阴极电势晶闸管电流小于保持电流满足任一条件即可2.1电力电子器件的特性与建模参数设置晶闸管在TYElectrical→Semiconductors路径下。将晶闸管拖至模型窗口后，单击该器件可打开"组件参数"对话框进行修改。tab参数Group参数参数名称默认值单位参数描述常规主参数ModelOption1—IV特性模型选择Ron1Ω导通电阻Ih1e-3A保持电流I_DRM1e-9A最大关断电流V_DRM400V最大关断电压查表参数VT_vector{{0.75},{1},{1.25},{1.5},{1.75},{2},{2.25}}V导通电压向量IT_vector{{0.015},{0.22},{0.75},{1.4},{2},{2.75},{3.45}}A导通电流向量触发参数I_GT3e-6A控制极触发电流V_GT0.6V触发时控制极-阴极电压变量类型变量名称单位类型描述中间变量State—Boolean晶闸管导通状态结果变量vVReal晶闸管阳极-阴极电压iAReal晶闸管电流电路工作原理当晶闸管在电源电压正半周导通时，负载两端的电压（电阻电压）随电源电压变化；当电源电压小于零时，晶闸管两端的电压为负，负载两端的电压为零。仿真参数设置参数幅值单位备注交流电压源Ucv_amp50V峰值电压phi0Deg相位角f50Hz频率晶闸管（选取Modelica库中的器件）D1参数默认电阻R1R12Ω电阻值脉冲信号pulseamplitude5V脉冲幅值width10%脉冲占空比starttime0.005s脉冲开始时间period0.001s脉冲周期仿真设置仿真时间0.05s—仿真步数500——积分算法Dassl、变步长——仿真实例：晶闸管单相半波整流仿真模型2.1电力电子器件的特性与建模2.1电力电子器件的特性与建模MOSFET符号输出特性曲线组成由栅极(G)、源极(S)、漏极(D)及氧化物绝缘层构成。MOSFET分为增强型与耗尽型两类，且包含N沟道和P沟道两种导电类型。优势具有输入阻抗高、功耗低、开关速度快等优势，被广泛应用于电源、电机驱动等电气领域。工作区域特性线性区：沟道电阻为主导，ID与VDS近似呈线性关系，表现为类似电阻的特性。饱和区：沟道夹断，ID主要由VGS进行控制，不随VDS的增大而显著增大，形成恒流特性，通常开关电源和逆变器利用饱和区的特点进行工作。截止区：VGS<VTH，ID趋于零。2.1电力电子器件的特性与建模在Sysplorer中，假设理想MOSFET的关断和开启状态都是理想状态，且不考虑开关的延迟与损耗。当栅源电压VGS超过指定的门限电压VTH时，MOSFET处于导通状态，否则处于关断状态。在导通状态下，漏极、源极之间表现为具有电阻Rds的线性电阻；在关断状态下，漏极、源极之间表现为具有低关断状态电导Goff的线性电阻。模型中还包含了反并联二极管，可以起到续流作用。电接口模式判断及代码如下：ifVGS>VTH VDS=ID*Rdselse ID=VDS*Goffplot(sin.(0:0.1:2pi))2.1电力电子器件的特性与建模参数设置方法与界面说明tab参数group参数参数名称默认值单位参数描述常规参数GateControlPort1—门极接口类型选择Rds0.01Ω导通电阻Goff1e-6S关断电导Vth2V触发电压保护二极管参数ModelDynamics无保护二极管—二极管动态特性选择Diode_Vf0.6V正向电压Diode_Ron0.3Ω导通电阻Diode_Goff1e-8S关断电导变量类型变量名称单位类型描述结果变量vVRealMOSFET电压iARealMOSFET电流2.1电力电子器件的特性与建模在该电路系统中，需要用到的器件分别为直流电压源、MOSFET、纯电阻、电感、电容、脉冲信号、功率二极管及参考地。以BUCK电路为例仿真参数设置结果分析2.1电力电子器件的特性与建模参数幅值单位备注交流电压源Vdcv020V输出电压晶闸管（选取Modelica库中的器件）D1参数默认负载R15Ω电阻值L110mH电感值C11mF电容值脉冲信号pulseamplitude10V脉冲幅值width50%脉冲占空比period0.001s脉冲周期仿真设置仿真时间0.1s—仿真步数500——积分算法离散求解——仿真结果分析：当MOSFET以1kHz开关频率，占空比为50%工作时，BUCK电路的输出电压为电源电压的一半。2.1电力电子器件的特性与建模IGBT简介IGBT是一种复合型功率半导体器件，兼具电压控制型器件的快速开关特性与双极器件的低导通损耗优势，支持高频开关操作，同时具备承受大电压和大电流的能力。IGBT凭借低饱和压降、高开关频率及良好的热稳定性，被广泛应用于工业电机驱动、新能源发电及电动汽车主驱系统等领域。正向特性G_PS为栅极、E为发射极、C为集电极。栅极-发射极电压（VGE）超过门限电压（VTH）后，IGBT导通，否则IGBT关断。在导通状态下，IGBT的漏极、发射极之间类似线性功率二极管，具有正向压降Vf和导通电阻为Ron的线性电阻；在关断状态下，漏极、发射极之间表现为具有低关断状态电导Goff的线性电阻。此外，该模型中还包含了反并联二极管，可以起到续流作用。Sysplorer中的符号电接口模式判断及代码如下：ifVGE>VTHandVCE>Vf ICE=(VCE-Vf*(1-Ron*Goff))/Ronelse ICE=VCE*Goffplot(sin.(0:0.1:2pi))2.1电力电子器件的特性与建模参数设置方法与界面说明tab参数group参数参数名称默认值单位参数描述常规参数GateControlPort1—门极接口类型选择Ron0.001Ω导通电阻Goff1e-5S关断电导Vf0.8V正向导通电压Vth6V阈值电压保护二极管参数ModelDynamics无保护二极管—二极管动态特性选择Diode_Vf0.6V正向电压Diode_Ron0.3Ω导通电阻Diode_Goff1e-8S关断电导变量类型变量名称单位类型描述结果变量vVRealIGBT电压iARealIGBT电流u1Real门极物理信号中间变量Vth—Boolean阈值电压判断变量Ith—Boolean保持电流判断变量2.1电力电子器件的特性与建模基于IGBT的BUCK电路仿真模型结果分析

仿真结果分析：当电源电压Vdc为800V，IGBT以1kHz开关频率，占空比为50%工作时，BUCK电路的输出电压约为399V(由于正向电压Vf=0.8V)。2.2坐标变换正弦信号Asin(ωt+φ)可表示为复平面上以角速度ω逆时针旋转、模长为幅值A、初始辐角为初相位φ的矢量，其复指数形式Aej(ωt+φ)。通过欧拉公式将正弦信号的时域动态转换为复平面旋转矢量。2.2坐标变换三相对称量电压U、电流I和磁链ψ等物理量均为三相对称量。它们均可通过一个旋转矢量在相隔120°的三个时间轴（ABC轴向）上的投影来表示。三时标单矢量表示法通过一个旋转矢量同时表示三相对称量。这个能同时代表三相物理量的旋转矢量，为综合矢量。幅值与旋转特性当综合矢量与某相轴线重合时，该相瞬时值达到最大。综合矢量沿逆时针方向旋转，转速等于电流角频率ωe。2.2坐标变换正序电流综合矢量定义：ia+=I+cosωet，ib+=I+cos(ωet−120°)，ic+=I+cos(ωet+120°)公式：负序电流综合矢量公式：注：*代表共轭运算，合成矢量顺时针旋转。不对称电流当三相电流不对称时，可以将其分解为正序分量和负序分量，若正序分量和负序分量的幅值不相等，则合成的综合矢量的运动轨迹为椭圆形，且瞬时转速不恒定。2.2坐标变换在任意方向S上的投影2.2坐标变换零序分量由于零序分量无法在电流综合矢量中直接表示，当三相电流包含零序分量时，必须在电流综合矢量于各轴投影得到的瞬时值上加上对应的电流零序分量才能得到该相的电流瞬时值。推广以上对三相电流综合矢量的分析可以推广到任意三相变量，如三相电压、三相磁链等。推广至m相系统推广到m相系统，此时只需将旋转算子改为α=ej360°/m。2.2坐标变换三相系统的电压、电流或磁链在空间上成120°对称分布，Clarke变换通过线性投影将其映射到两相静止坐标系（ab坐标系）。因此Clarke变换也被称为ab变换。综合矢量投影是ab

坐标系和ABC三相静止坐标系的核心纽带。Clarke变换通过正交投影将三相矢量的瞬时值映射到ab平面，形成旋转矢量的二维投影。而反Clarke变换则通过逆投影将两相分量还原为三相分量。2.2坐标变换反Clarke变换(αβ→ABC)Clarke变换(ABC→αβ)2.2坐标变换

当三相系统采用星形接线且无中性点时，根据基尔霍夫电流定律，三相电路中不存在零序分量，同时满足

在实际电路中，为了降低电流传感器成本，通常只采样两相电流进行变换计算。以采样A、B两相电流为例，可以将Clarke变换和反Clarke变换的表达式分别改写为2.2坐标变换利用Sysblock仿真环境搭建模型，分别实现Clarke正变换与反变换的算法验证。模型包含两个JuliaFunction模块：Clarke变换模块，iClarke模块。functionfcn(u1,u2) y1=u1y2=(u1+2*u2)/sqrt(3) return

y1,y2endfunctionfcn1(u1,u2) y1=u1y2=(-u1+sqrt(3)*u2)/2

y3=(-u1-sqrt(3)*u2)/2return

y1,y2,y3endClarke变换Clarke反变换2.2坐标变换在该仿真模型中，输入A、B两相正弦电流（相差120°电角度），其幅值为10A、频率为50Hz。该波形验证了系统在标准工频输入下的响应特性。首先，通过Clarke变换模块，可将A、B两相正弦电流变换为α、β两相正弦电流（相差90°电角度）。然后，通过iClarke变换模块，将其还原成A、B、C三相对称电流。2.2坐标变换Park变换的本质是通过坐标旋转同步跟踪电机转子的磁场位置，将定子侧的正弦交流量转换为转子参考系下的直流分量。在电机驱动中，定子电流的ab分量经Park变换后，d轴（直轴）分量对应磁场方向，q轴（交轴）分量对应转矩方向。二者相互解耦，可独立调节磁链与转矩，实现类似直流电机的高性能控制。电流综合矢量和dq坐标系的旋转速度与旋转方向一致，因此电流综合矢量在d轴、q轴方向上的分量id和iq均为直流量。2.2坐标变换Park变换(αβ→dq)反Park变换(dq→αβ)2.2坐标变换

当三相系统采用星形接线且无中性点时，根据基尔霍夫电流定律，三相电路中不存在零序分量，可以将Clarke变换和反Clarke变换的表达式分别改写为2.2坐标变换利用Sysblock仿真环境搭建模型，分别实现Park正变换与反变换的算法验证。模型包含两个JuliaFunction模块：Park变换模块，iPark模块。functionfcn(u1,u2,theta_e) y1=u1*cos(theta_e)+u2*sin(theta_e)y2=-u1*sin(theta_e)+u2*cos(theta_e)return

y1,y2endPark变换Park反变换functionfcn1(u1,u2,theta_e) y1=u1*cos(theta_e)-u2*sin(theta_e)y2=u1*sin(theta_e)+u2*cos(theta_e)return

y1,y2

end2.2坐标变换两个模块中的电角度θ可根据iα确定，根据电磁理论，当iα=0时，θ=0。输入α、β两相正弦正交电流（相差90°电角度），其幅值为10A、频率为50Hz。首先，通过Park变换模块，可将α、β两相正弦正交电流变换为d、q直流电流；然后，通过iClarke变换模块，将其还原成α、β两相正弦正交电流。2.3脉宽调制技术脉宽调制（PulseWidthModulation，PWM）技术是一种通过调节周期性脉冲信号的占空比实现对模拟信号精确控制的技术，被广泛应用于电力电子与电机驱动领域，以实现电能的高效转换与精准控制，并且可以支撑矢量控制、直接转矩控制等先进算法的工程实现。按调制原理进行分类，PWM主要包括基于正弦波的PWM（SinusoidalPWM，SPWM）、基于空间矢量的PWM（SpaceVectorPWM，SVPWM）。2.3脉宽调制技术SPWM（正弦脉宽调制）是通过调制脉冲宽度按正弦规律变化来生成近似正弦波的方法，是电力电子技术中实现电能变换的核心手段。将期望的正弦信号（调制波）与高频三角载波信号进行比较，控制功率开关器件的导通与关断，使输出脉冲序列的等效面积与正弦波在对应区间内一致。灵活控制逆变电路输出电压的基波频率和幅值，实现高效、低谐波的电能转换，广泛应用于变频器、UPS电源等设备中。2.3脉宽调制技术在正弦波和三角波的交点时刻控制功率开关器件的导通与关断，称为自然采样法。但该方法需要解超越方程，在现阶段利用MCU或DSP进行求解尚无法满足解算时间要求，因此其在电力电子或电机控制等实时控制系统中应用不多。2.3脉宽调制技术用经过采样的正弦波（阶梯波）与三角波载波相交，根据交点得到脉冲宽度。当只在三角波的顶点或底点位置对正弦波进行采样时，采样频率与三角载波频率相等。此时，由采样得到的阶梯波与三角波的交点确定的脉冲宽度在一个采样周期（三角波的周期，也称为开关周期）内的位置是对称的。2.3脉宽调制技术Ur模块正弦信号模块，用于生成调制信号Carrier模块任意形状信号生成模块，用于生成三角载波信号relay模块比较输出模块，用于比较调制波与载波信号NOT模块逻辑比较模块，用于实现PWM信号的反转基于自然采样法的SPWM仿真模型基于规则采样的SPWM仿真模型2.3脉宽调制技术自然采样法的SPWM仿真结果2.3脉宽调制技术规则采样法的SPWM仿真结果基于规则采样法的SPWM在一个载波周期（开关周期）内，脉冲宽度是基于中心位置对称的，因此该采样方法适用于MCU和DSP等实时控制系统。基于规则采样法的死区设置结果基于规则采样法的SPWM中设置的死区结果如图所示，可以看出，死区时间为20μs。2.3脉宽调制技术SVPWM是一种通过合成特定电压矢量来实现信号调制的方法，由于其可有效提升直流电压利用率，且实现方式简单、物理意义明确，因此是实现多相逆变系统控制技术的重要组成部分。Vdc为直流母线电压，Sa+、Sb+、Sc+、Sa−、Sb−、Sc−分别为三相上、下桥臂的触发信号。触发信号为1表示开关管导通，为0表示开关管关断。不同逆变器的开关状态对应8个基本空间电压矢量，零矢量U0和U7为中心点。以U4(100)为例，100分别代表ABC三相上桥臂触发信号的状态，即Sa+=1、Sb+=0、Sc+=0，对触发信号进行二进制编码；下标4即二进制数100对应的十进制数。2.3脉宽调制技术基本概念6个基本空间电压矢量幅值相等，均为2Vdc/3基本电压空间矢量的末端顺次相连构成正六边形六边形内接圆内部为线性调制区，半径为以非零基本空间电压矢量为界将αβ坐标系构成的线性调制区等分为6个扇区电压矢量与开关状态对应关系合成原理扇区内的基本空间电压矢量在一定时间内对磁链的作用可由边界的基本空间电压矢量与零矢量合成。SaSbScuαuβ矢量00000U01002Vdc/30U4010-Vdc/3U2110Vdc/3U6SaSbScuαuβ矢量001-Vdc/3U1101Vdc/3U5011-2Vdc/30U311100U72.3脉宽调制技术第I扇区分析设基本电压矢量U₄和U₆的作用时间分别为t₄与t₆，零矢量U₀和U₇的作用时间t₀。基本关系式：三角载波幅值为Vₜₚ时，各功率管导通时间：各相调制波大小：坐标变换将3个分量投影到αβ坐标系并代入基本空间电压矢量幅值：因此，t₄、t₆可表示为：2.3脉宽调制技术根据反Clarke变换，在ABC坐标系下可得SVPWM调制波的表达式为式中，ua*、ub*和uc*为电流环PI输出的d轴、q轴电压经过反Park变换得到的ABC坐标系下的三相电压参考值。定义零序分量uz*=(2k−1)Vtp−kua*−(1−k)uc*，根据各扇区内三相电压的关系，可以得到所有扇区内零序分量的通用表达式为当k=1/2时，2.3脉宽调制技术模块参数数值输入电压模块（正弦模块）振幅/V100偏置/V0频率/（rad/s）314（注：π常数需要自行定义数值）相位/rad0（α相）、−3.14/2（β相）采样时间/s0（自然采样）直流电压模块幅值/V200仿真设置步长/s1e-6终止时间/s0.04SVPWM零序分量计算模块SVPWM仿真模型2.3脉宽调制技术结果分析：SVPWM三相调制波仿真结果如图所示，该波形为马鞍形调制波，与常规SVPWM调制波结果一致。后续与三角载波生成PWM信号，以及生成死区的方式和SPWM所述一致。2.4电机的数学模型与动态特性分析模型将直流电机的定子励磁绕组（下标为f）置于d轴，转子电枢绕组（下标ar）对齐q轴。由于d轴和q轴正交，因此定子励磁绕组和转子电枢绕组相互解耦。作为电动机运行时，两套绕组分别采用两组直流电源进行供电，产生电磁转矩的驱动转子运动。作为发电机运行时，定子励磁绕组通入励磁电流，当原动机带动转子旋转，且转子电枢绕组接入负载时，转子电枢绕组输出直流电流。直流电机2.4电机的数学模型与动态特性分析定子励磁支路:直流电机数学模型转子励磁支路:2.4电机的数学模型与动态特性分析直流电机可作为发电机或电动机使用，其中，直流发电机的主要运行特性包括空载特性、负载特性和外特性，直流电动机的主要运行特性包括转速特性、转矩特性与机械特性。额定功率/W额定电压/V额定电流/A额定转速/（r/min）Rf/ΩLf/HRar/ΩLar/HLaf/HJ/kg·m2Bm60012041500100100.20.0150.60.502.4电机的数学模型与动态特性分析空载特性定义空载特性指当直流发电机的转速n不变，且Iar为零时，空载电枢电动势Ear和If之间的关系。仿真设置转速设置为1500r/min不变转子电枢绕组开路（Iar=0）通过改变定子励磁支路的电压来改变励磁电流的大小线性特性由于Sysplorer的TYMotor中的直流电机没有考虑磁场饱和特性，因此其空载特性曲线为一条直线。直流发电机空载特性曲线2.4电机的数学模型与动态特性分析负载特性定义负载特性指当直流发电机的转速n和电枢电流Iar均为恒值时，转子电枢绕组的端电压Uar和定子励磁电流If之间的关系。仿真设置电枢电流：4A（额定电流）改变参数：定子励磁支路电压，从而改变励磁电流结果分析相比于空载特性曲线，负载特性曲线有所下移。这表明在相同励磁电流下，带负载时的端电压低于空载时的电枢电动势。直流发电机负载特性曲线转速设置为1500r/min不变2.4电机的数学模型与动态特性分析外特性定义外特性指当直流发电机的转速n和励磁电流If均为恒值时，转子电枢绕组的端电压Uar和负载电流Iar之间的关系。仿真设置励磁电流：1.5A改变参数：通过改变外部负载的大小来改变电枢电流的大小结果分析外特性曲线是随负载电流的增大而下降的曲线。直流发电机负载特性曲线转速设置为1500r/min不变2.4电机的数学模型与动态特性分析异步电机也称感应电机，通常作为电动机被广泛应用于工业、农业、军事等领域，其核心结构由定子绕组和鼠笼式/绕线式转子构成。定子通入三相交流电后产生旋转磁场，切割转子导体，从而产生感应电流，进而形成转子磁场与定子磁场，两者相互作用产生电磁转矩。异步电机无须直流励磁系统，具有结构简单、成本低廉、维护便捷及运行可靠等优势，但其功率因数较低且调速性能受限，从而制约了其在高性能场景中的应用。三相异步电机2.4电机的数学模型与动态特性分析异步电机数学模型定子电压方程转子电压方程磁链表达式电磁转