CN109839830A - 一种三相交流电机的功率级模拟控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种三相交流电机的功率级模拟控制方法及装置，该方法通过采样获取电机模拟器主回路的三相电流以及直流母线电压、并判断该三相电流值以及直流母线电压值是否超过预设的保护阈值，如果是则进行保护动作，如果否则根据模拟目标电机和电机模拟器的数学模型计算电机模拟器应输出的等效反电动势，用于控制电机模拟器以使其三相端口的电压电流特性与模拟目标电机无异。同时，根据数学模型计算出的模拟目标电机运行状态将被反馈给电机驱动器以使其完成电机控制过程。本发明仅需采样电机模拟器三相端口电流值以及直流母线电压值，避免了对含有大量高次谐波的三相端口电压进行采样；同时电机模拟器无需对三相端口电流进行闭环控制，提高了系统的稳定性。

Description

一种三相交流电机的功率级模拟控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电机仿真技术领域，具体涉及一种三相交流电机的功率级模拟控制方法及装置。

背景技术

在开发、调试电机驱动器(一般为基于电力电子技术的变频器)的过程中，为测试其在各种工况下对电机的控制性能，可采用电力电子变换器模拟待测试电机的端口电压电流特性，代替待测试电机(下文称之为“模拟目标电机”)连接到电机驱动器。相较于传统的交流传动测试平台，这种功率级电机模拟方法通用性强，节能环保，且提高了试验的安全性。现有的功率级电机模拟方法中，需要对电机驱动器的三相端口电压进行采样，随后通过电机的状态方程计算电机定子电流，并通过电流闭环控制使得电机模拟器在三相端口输出相应的电流。然而，在逆变器驱动电机的场合，其三相端口电压通过脉宽调制(PWM)得到，含有大量高次谐波，采样困难，目前可借助的采样方法有以下两种：

借助高速通信从电机驱动器获得电机端电压的指令值，将其作为电压的实际值。该方法需要电机驱动器预留出相应的通信接口，增加了系统复杂性且降低了其可靠性；同时由于死区、导通管压降等因素的存在，指令值与实际值也存在一定的误差。

通过特别设计的高速采样电路对由PWM方式得到的三相端口电压直接进行采样。这类采样电路往往需要精心设计且造价昂贵，其采样准确性也难以得到保证。

另外，电机驱动器一般以定子电流控制为控制内环，现有电机模拟器方法一般也需要进行定子电流闭环控制。这种用两个控制器控制一个物理量的方式使得系统稳定性降低，往往需要通过某些方法实现控制对象的解耦，主要有以下两种方法：

在电机驱动器三相输出电流与电机模拟器三相输出电流之间设置一个电流旁路(如在电机模拟器三相端口使用LCL型滤波器代替L型滤波器)，以避免两个控制器控制同一个电流。显然，模拟目标电机定子中并没有这个电流旁路，因此该种做法带来了模拟误差。

将通过电机模型计算得到的模拟目标电机定子电流当成实际电流直接反馈给电机驱动器，再令电机模拟器控制实际电流跟踪该电流。由于电机模拟器电流闭环控制不可避免地具有延时，与实际电流相比，电机驱动器得到的电流反馈具有一定的误差，从而也带来了模拟误差。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种三相交流电机的功率级模拟控制方法及装置，在保留现有电机模拟器主回路拓扑的基础上，去除其中难以实现的电压采样环节。同时，本发明无需对电机模拟器的电流进行闭环控制，避免了与电机驱动器争夺电流的控制权而导致系统运行不稳定。

本发明通过如下技术方案实现：

本发明的第一方面提供了一种三相交流电机的功率级模拟控制方法，用于控制电机模拟器，该电机模拟器包括主回路、实时仿真器和上位机，该主回路连接于电机驱动器和实时仿真器，实时仿真器连接于上位机；主回路包括直流母线、逆变器和滤波器，其中直流母线连接于逆变器直流端口，滤波器连接于逆变器三相端口，包括如下步骤：

获取电机模拟器的三相端口的电流和直流母线电压；

判断三相电流值和/或直流母线电压值是否超过预设的保护阈值；

如果是，执行保护动作；

如果否，计算电机模拟器应输出的等效反电动势，计算模拟目标电机的运行状态；

控制电机模拟器中的逆变器输出与所述等效反电动势相等的电压；

将所述模拟目标电机的运行状态反馈给所述电机驱动器和上位机；

所述电机驱动器根据所述电机模拟器反馈的模拟目标电机的运行状态对所述电机模拟器进行控制。

进一步的，还包括上位机实时显示电机模拟器的运行状态，并适时在线调整电机模拟器的运行参数。

进一步的，所述模拟目标电机的运行状态包括负载转矩、转子转速、电磁转矩和转子位置角中的至少一种。

进一步的，所述电机驱动器根据所述电机模拟器反馈的模拟目标电机的运行状态对所述电机模拟器进行控制的步骤包括：

采用基于电机动态数学模型的控制方法对模拟目标电机的转子位置、转子转速、和/或电机模拟器的直流母线电压进行闭环控制；所述控制方法包括矢量控制或直接转矩控制。

进一步的，所述保护动作包括：封锁电机模拟器的PWM信号，断开电机模拟器与外部的连接。

进一步的，所述电机模拟器输出的等效反电动势由下式计算：

式中u_re、u_rq、i_sd、i_sq、ψ_sd、ψ_sq分别为逆变器输出三相电压、电机模拟器三相端口电流、模拟目标电机定子磁链在dq坐标系下的d轴分量与q轴分量；R_s为模拟目标电机的定子一相绕组电阻值；L_f、R_f分别为滤波器的每相电感值和电阻值；ω_s为同步角速度，即电机模拟器三相端口电流的角频率；p为对时间微分的算子；

模拟目标电机的电磁转矩和转子转速分别由下式计算：

T_e＝1.5n_p[i_sqψ_sd-i_sdψ_sq] (2)

pω_m＝(T_e-T_w-B_mω_m)/J (3)

式中n_p，T_e、T_w、B_m、J、ω_m分别为模拟目标电机极对数、电磁转矩、负载转矩、转动粘质系数、转子转动惯量和转子转速。

进一步的，所述三相交流电机包括鼠笼式异步电机、永磁同步电机或电励磁同步电机。

进一步的，

当所述三相交流电机为鼠笼式异步电机时：

(1)式变为：

式中ψ_rd为转子d轴磁链；L_m、L_s、L_r分别为模拟目标电机定转子互感、定子自感与转子自感；σ为漏磁系数，且

(2)式变为：

当所述三相交流电机为永磁同步电机时：

(1)式变为：

式中ψ_f即为永磁体产生的磁链；L_d、L_q分别为模拟目标电机d轴电感与q轴电感；

(2)式变为：

T_e＝1.5n_p[(L_d-L_q)i_sdi_sq+ψ_f] (7)

当所述三相交流电机为电励磁同步电机时：

(1)式变为：

式中，L_d、L_q分别为模拟目标电机d轴电感与q轴电感,m_af为励磁电感，i_f为励磁电流；

(2)式变为：

T_e＝1.5n_p[(L_d-L_q)i_sdi_sq+i_sqm_afi_f] (9)。

本发明的第二方面提供了一种三相交流电机的功率级模拟控制装置，用于控制电机模拟器主回路，该主回路连接于电机驱动器和实时仿真器，实时仿真器连接于上位机；该主回路包括直流母线、逆变器和滤波器，其中直流母线连接于逆变器直流端口，滤波器连接于逆变器三相端口，所述控制装置包括：

三相电流获取单元和直流母线电压获取单元，分别用于获取电机模拟器的三相端口的电流和直流母线电压；

判断单元，判断三相电流值和/或直流母线电压值是否超过预设的保护阈值；如果是，则执行保护单元，如果否，则执行计算单元；

所述保护单元，用于执行保护动作；所述保护动作包括：封锁电机模拟器的PWM信号，断开电机模拟器与外部的连接；

所述计算单元，用于计算电机模拟器应输出的等效反电动势，以及计算模拟目标电机的运行状态；

控制单元，用于控制电机模拟器中的逆变器输出与所述等效反电动势相等的电压；

反馈单元，将所述模拟目标电机的运行状态反馈给所述电机驱动器和上位机。

进一步的，所述电机驱动器根据所述运行状态对所述电机模拟器进行控制。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

1)避免了对含有大量高次谐波的电机模拟器三相端口电压进行采样。

2)无需对电机模拟器的三相端口电流进行闭环控制，避免了与电机驱动器争夺电流的控制权而导致系统运行不稳定。

3)等效反电动势的计算周期与电机模拟器PWM周期相同，使得普通的计算芯片也能胜任计算任务，避免了复杂的FPGA编程以及昂贵的高性能计算芯片。

附图说明

图1是电机驱动器+电机模拟器实验平台的结构框图；

图2是电机模拟器主回路的一个具体实施例；

图3是本发明的三相交流电机的功率级模拟控制方法的流程示意图；

图4是本发明的三相交流电机的功率级模拟控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明的第一方面提供了一种三相交流电机的功率级模拟控制方法，该方法由电机驱动器+电机模拟器实验平台来执行，该实验平台的结构框图如图1所示。电机模拟器包括主回路、实时仿真器和上位机，主回路双向连接于实时仿真器，实时仿真器又双向连接于上位机。主回路包括三相滤波器、逆变器和直流母线，三者依次相连接，滤波器连接于逆变器三相端口，直流母线连接于逆变器直流端口。电机驱动器的主回路的三相端口连接于电机模拟器的主回路的三相端口，电机驱动器的控制模块连接于实时仿真器。

具体地，电机驱动器，一般为三相电压源型电力电子变换器，它能根据控制指令将直流电源变频为特定频率、幅值的三相交流电源，从而驱动三相交流电机，使得电机达到给定的转子位置、转速或者使得电机输出与负载相匹配的功率。

电机模拟器，用于代替模拟目标电机接入到电机驱动器的三相端口，通过适当地控制其三相端口电压电流特性，使得其在三相端口特性上与模拟目标电机无异。电机模拟器包括三相滤波器、逆变器和直流母线。其中直流母线上挂载有一定数量的直流电容，始终维持一个相对稳定的直流电压，该直流电压一般由另一PWM整流器(可四象限运行)提供(图1中未示出)；逆变器负责输出特定的三相电压矢量，一般为两电平或者三电平PWM逆变器(可四象限运行)；滤波器一般为L型或者LCL型三相滤波器，用于对端口电流进行滤波，并使得端口电流可控。另外，电机模拟器中还有三相电流传感器和直流母线电压传感器，用于测量端口的三相电流和直流母线电压。

图2示出了电机模拟器一个具体实施例中的主回路拓扑，其中包括：

电机模拟器主回路的三相端口210，用于与电机驱动器的三相端口相连接；三相接触器220，用于控制电路的通断，以执行保护动作；三相L型滤波器230，用于电流滤波；两电平三相半桥电压源型逆变器240，其两相端口接入直流母线，三相端口可根据SVPWM方法产生特定的电压矢量；直流母线250，用于维持一个稳定的直流电压，一般由两根铜排以及连接于其上的一组直流电容组成；并网逆变器24，用于在直流母线与三相380V电网之间交换能量，通过电压闭环控制直流母线电压维持在一个定值，其主要部件包括：两电平三相半桥电压源型逆变器241，用于进行直流-交流的能量变换，通过一定的控制方法以维持直流母线电压的稳定；三相L型滤波器231，用于电流滤波；三相隔离变压器260，用于将电机模拟器系统的接地点与市电接地点相隔离，以提高系统抗干扰能力和试验安全性；三相接触器221，用于控制电路的通断，以执行保护动作；三相接线端口211，用于接入三相380V电网；其中两电平三相半桥电压源型逆变器241、三相L型滤波器231、三相隔离变压器260、三相接触器221、三相接线端口211依次连接。

实时仿真器，用于根据原动机模型、模拟目标电机模型、电机模拟器主回路模型和检测到的三相电流值来计算电机模拟器应输出的等效反电动势，并计算电机转速、转子位置角、电磁转矩等模拟目标电机的状态变量。实时仿真器能与上位机、电机驱动器之间传输必要的信息。实时仿真器一般由一组高性能的计算芯片(包括FPGA、MCU、DSP等)及其外围电路组成，以完成输入、计算、输出的任务。

上位机，用于将实时仿真结果可视化，并且可以给实时仿真器下发控制指令、在线调整参数等。一般由计算机实现。

开机自检完成后，电机模拟器将周期性地(一般与电机模拟器PWM周期相同)执行本发明的三相交流电机的功率级模拟控制方法，该控制方法包括如图3所示的步骤：

S100，获取电机模拟器主回路三相端口的电流和直流母线电压。具体的，通过设置于电机模拟器上的三相电流传感器(如电流霍尔传感器)和直流母线电压传感器(如电压霍尔传感器)及采样、调理电路获取，然后将其以模拟信号或数字信号的形式传送至实时仿真器中。

S200，判断三相电流值和/或直流母线电压值是否超过预设的保护阈值。具体的，分别将三相电流值与直流母线电压值与预设的保护阈值进行比较，判断是否有任一变量超过其保护阈值；

如果是，执行保护动作。具体的，只要任意一相电流的瞬时值或者直流母线电压超过其对应的保护阈值，则执行保护动作。该保护动作包括：封锁电机模拟器的PWM信号，通过操作接触器断开电机模拟器与外部的连接，如与电机驱动器、市电的连接。

如果否，计算电机模拟器应输出的等效反电动势以及计算模拟目标电机的运行状态。具体的，根据模拟目标电机的数学模型、电机模拟器主回路的数学模型可以预先推导出等效反电动势的表达式，将模拟目标电机参数、电机模拟器主回路参数、电机模拟器当前的三相端口电流值代入其中即可计算出当前工况下电机模拟器应输出的等效反电动势；根据模拟目标电机的数学模型计算转子转速、电磁转矩和转子位置角等模拟目标电机的运行状态。

S300，控制电机模拟器主回路中的逆变器，使其输出与等效反电动势相等的电压。具体的，基于S200所计算得到的等效反电动势和电机模拟器直流母线电压采样值，实时仿真器采用SVPWM方法计算该等效反电动势(即为dq坐标系下的一个电压矢量)所对应的用于控制逆变器开关管的PWM脉冲信号，再将该脉冲信号通过光纤等通信形式传输给开关管驱动电路，以控制逆变器输出与等效反电动势相等的电压矢量。

通过以上步骤，电机模拟器的三相端口具有与模拟目标电机相同的电压电流特性，即当电机模拟器与模拟目标电机的系统初始状态相同、电机驱动器在两者的三相端口施加同一个电压时，两者的端口三相电流也相同。在这个前提下，由模拟目标电机的数学模型可知，两者在数学意义上的负载转矩-转速特性(即机械特性)也是相同的。

S400，将模拟目标电机的运行状态反馈给电机驱动器和上位机。当实时仿真器中原动机模型的输出是负载转矩时，所述模拟目标电机的运行状态包括转子转速、电磁转矩和转子位置角，此时所述模拟目标电机一般处于电动机运行模式；当原动机模型的输出是转子转速时，所述模拟目标电机的运行状态包括负载转矩、电磁转矩和转子位置角，此时所述模拟目标电机一般处于发电机运行模式；模拟目标电机的运行状态既可以通过串口、CAN等通信方式直接反馈给电机驱动器，也可以将其按照各类编码器(如用于测量转子位置的旋转变压器)的形式进行编码后反馈给电机驱动器，以适应于电机驱动器接收反馈信号的接口。

S500，根据反馈得到的模拟目标电机的运行状态，电机驱动器把电机模拟器当做实际电机进行控制，如借助矢量控制、直接转矩控制等基于电机动态数学模型的控制方法对模拟目标电机的转子位置、转子转速、电机模拟器的直流母线电压等状态量进行闭环控制。另外，上位机实时显示电机模拟器的运行状态，并视需要在线调整电机模拟器的运行参数。

步骤S200中计算电机模拟器应输出的等效反电动势以及模拟目标电机的运行状态具体采用如下的方法进行计算。对于图1和图2所示的电机模拟器主回路，在同步旋转坐标系(即著名的dq坐标系)下、电压电流参考方向采用电动机惯例时，其电路方程为：

式中u_sd、u_sq、u_rd、u_rq、i_sd、i_sq分别为电机驱动器输出的三相电压、逆变器输出的三相电压、电机模拟器三相端口电流在dq坐标系下的d轴分量与q轴分量，R_f、L_f分别为三相滤波器的每相电感值和电阻值，ω_s为同步角速度(即电机模拟器三相端口电流的角频率)，p为对时间微分的算子。

对于三相交流电机，在dq坐标系下、d轴与转子磁场方向重合、电压电流参考方向采用电动机惯例时，其定子电压方程为：

式中ψ_sd、ψ_sq为模拟目标电机定子磁链在dq坐标系下的d轴分量与q轴分量。

为使得电机模拟器端口电压电流特性与模拟目标电机相同，联立式(1)(2)可求出图1的逆变器应当输出的电压矢量(即等效反电动势)为：

通过式(3)，可以保证在端口电压相同时，电机模拟器输出与模拟目标电机相同的电流，这样就实现了电机电气特性的模拟。而模拟目标电机的机械特性可以用以下两式表达：

T_e＝1.5n_p[i_sqψ_sd-i_sdψ_sq] (4)

pω_m＝(T_e-T_w-B_mω_m)/J (5)

式中n_p，T_e、T_w、B_m、J、ω_m分别为模拟目标电机极对数、电磁转矩、负载转矩、转动粘质系数、转子转动惯量和转子转速。通过(4)(5)即可计算出模拟目标电机的机械状态。

对于不同类型的三相交流电机，其结构上的差异导致了其数学模型的差异，使得式(3)中定子磁链ψ_sd与ψ_sq的计算方式有所不同，同时进行dq变换所需的转子位置角(即θ)的获得方式也有所不同。下面就以鼠笼式异步电机、永磁同步电机、电励磁同步电机为例进行说明。

实施例1鼠笼式异步电机：

(3)式变为：

式中ψ_rd为转子d轴磁链；L_m、L_s、L_r分别为电机定转子互感、定子自感与转子自感；σ为漏磁系数，且σ＝1-L_m ²/(L_sL_r)。ψ_rd可以通过磁通观测器得到。比如采取以下基于电流模型的磁通观测器：

式中的ψ_rα与ψ_rβ为转子磁链在两相静止坐标系(即αβ坐标系)下沿α轴与β轴的分量，T_r为转子时间常数，ω_e为转子电角速度。观测得到ψ_rα与ψ_rβ之后，由下式计算ψ_rd与θ：

同时(4)变为：

再借助(5)可计算出转子转速。

实施例2永磁同步电机：

(3)式变为：

式中ψ_f即为永磁体产生的磁链；L_d、L_q分别为电机d轴电感与q轴电感。

(4)变为：

T_e＝1.5n_p[(L_d-L_q)i_sdi_sq+i_sqψ_f] (11)

再借助(5)可计算出转子转速，转速进行积分即可获得进行dq变换所需的θ。

实施例3电励磁同步电机：

(3)式变为：

式中，L_d、L_q分别为电机d轴电感与q轴电感，m_af为励磁电感，i_f为励磁电流。

(4)变为

T_e＝1.5n_p[(L_d-L_q)i_sdi_sq+i_sqm_afi_f] (13)

再借助(5)可计算出转子转速，转速进行积分即可获得进行dq变换所需的θ。

对比于永磁同步电机实施例中的表达式，电励磁同步电机实施例中的表达式只是将转子d轴磁链ψ_f改为m_afi_f，即由永磁体产生的转子磁链转变为由励磁电流产生。

需要特别指出的是，由于没有限制L_d、L_q的取值，本模拟控制方法对凸极式同步电机和隐极式同步电机均适用。

本发明的第二方面提供了一种三相交流电机的功率级模拟控制装置，用于控制电机模拟器主回路，该电机模拟器主回路包括直流母线、逆变器和滤波器，该电机模拟器主回路连接于电机驱动器和实时仿真器，实时仿真器连接于上位机，如图4所示，该控制装置包括：

三相电流获取单元1和直流母线电压获取单元2，分别用于获取电机模拟器三相端口的三相电流和直流母线电压；

判断单元3，判断三相电流值与直流母线电压值是否超过预设的保护阈值；如果是，则执行保护单元4，如果否，则执行计算单元5；

所述保护单元4，用于进行保护动作；

所述计算单元5，用于计算电机模拟器应输出的等效反电动势，以及计算模拟目标电机的运行状态；

控制单元6，用于控制电机模拟器中的逆变器输出与所述等效反电动势相等的电压。

反馈单元7，将所述模拟目标电机的运行状态反馈给所述电机驱动器和上位机。

进一步的，所述电机驱动器根据所述电机运行状态对所述电机模拟器进行控制。

综上所述，本发明提供了一种三相交流电机的功率级模拟控制方法及装置，该方法通过采样获取电机模拟器主回路的三相电流以及直流母线电压、并判断该三相电流值以及直流母线电压值是否超过预设的保护阈值，如果是则进行保护动作，如果否则根据模拟目标电机和电机模拟器的数学模型计算电机模拟器应输出的等效反电动势，用于控制电机模拟器以使其输出与等效反电动势相等的电压；同时，根据模拟目标电机数学模型计算模拟目标电机的运行状态，将其反馈给电机驱动器以使其完成电机控制过程。本发明仅需采样电机模拟器三相端口电流值以及直流母线电压值，避免了对含有大量高次谐波的三相端口电压进行采样，也避免了在电机模拟器三相端口设置复杂的滤波器以对电压进行滤波；同时电机模拟器无需对三相端口电流进行闭环控制，避免了与电机驱动器争夺电流的控制权而导致系统运行不稳定。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种三相交流电机的功率级模拟控制方法，用于控制电机模拟器，该电机模拟器包括主回路、实时仿真器和上位机，该主回路连接于电机驱动器和实时仿真器，实时仿真器连接于上位机；主回路包括直流母线、逆变器和滤波器，其中直流母线连接于逆变器直流端口，滤波器连接于逆变器三相端口，其特征在于，包括如下步骤：

获取电机模拟器的三相端口的电流和直流母线电压；

判断三相电流值和/或直流母线电压值是否超过预设的保护阈值；

如果是，执行保护动作；

如果否，计算电机模拟器应输出的等效反电动势，计算模拟目标电机的运行状态；

控制电机模拟器中的逆变器输出与所述等效反电动势相等的电压；

将所述模拟目标电机的运行状态反馈给所述电机驱动器和上位机；

所述电机驱动器根据所述电机模拟器反馈的模拟目标电机的运行状态对所述电机模拟器进行控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括上位机实时显示电机模拟器的运行状态，并适时在线调整电机模拟器的运行参数。

3.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述模拟目标电机的运行状态包括负载转矩、转子转速、电磁转矩和转子位置角中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电机驱动器根据所述电机模拟器反馈的模拟目标电机的运行状态对所述电机模拟器进行控制的步骤包括：

采用基于电机动态数学模型的控制方法对模拟目标电机的转子位置、转子转速、和/或电机模拟器的直流母线电压进行闭环控制；所述控制方法包括矢量控制或直接转矩控制。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护动作包括：封锁电机模拟器的PWM信号，断开电机模拟器与外部的连接。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电机模拟器输出的等效反电动势由下式计算：

式中u_rd、u_rq、i_sd、i_sq、ψ_sd、ψ_sq分别为逆变器输出三相电压、电机模拟器三相端口电流、模拟目标电机定子磁链在dq坐标系下的d轴分量与q轴分量；R_s为模拟目标电机的定子一相绕组电阻值；L_f、R_f分别为滤波器的每相电感值和电阻值；ω_s为同步角速度，即电机模拟器三相端口电流的角频率；p为对时间微分的算子；

模拟目标电机的电磁转矩和转子转速分别由下式计算：

T_e＝1.5n_p[i_sqψ_sd-i_sdψ_sq] (2)

pω_m＝(T_e-T_w-B_mω_m)/J (3)

式中n_p，T_e、T_w、B_m、J、ω_m分别为模拟目标电机极对数、电磁转矩、负载转矩、转动粘质系数、转子转动惯量和转子转速。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述三相交流电机包括鼠笼式异步电机、永磁同步电机或电励磁同步电机。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

当所述三相交流电机为鼠笼式异步电机时：

(1)式变为：

式中ψ_rd为转子d轴磁链；L_m、L_s、L_r分别为模拟目标电机定转子互感、定子自感与转子自感；σ为漏磁系数，且

(2)式变为：

当所述三相交流电机为永磁同步电机时：

(1)式变为：

式中ψ_f即为永磁体产生的磁链；L_d、L_q分别为模拟目标电机d轴电感与q轴电感；

(2)式变为：

T_e＝1.5n_p[(L_d-L_q)i_sdi_sq+i_sqψ_f] (7)

当所述三相交流电机为电励磁同步电机时：

(1)式变为：

式中，L_d、L_q分别为模拟目标电机d轴电感与q轴电感,m_af为励磁电感，i_f为励磁电流；

(2)式变为：

T_e＝1.5n_p[(L_d-L_q)i_sdi_sq+i_sqm_afi_f](9)。

9.一种三相交流电机的功率级模拟控制装置，用于控制电机模拟器主回路，该主回路连接于电机驱动器和实时仿真器，实时仿真器连接于上位机；该主回路包括直流母线、逆变器和滤波器，其中直流母线连接于逆变器直流端口，滤波器连接于逆变器三相端口，其特征在于，所述控制装置包括：

三相电流获取单元和直流母线电压获取单元，分别用于获取电机模拟器的三相端口的电流和直流母线电压；

判断单元，判断三相电流值和/或直流母线电压值是否超过预设的保护阈值；如果是，则执行保护单元，如果否，则执行计算单元；

所述保护单元，用于执行保护动作；所述保护动作包括：封锁电机模拟器的PWM信号，断开电机模拟器与外部的连接；

所述计算单元，用于计算电机模拟器应输出的等效反电动势，以及计算模拟目标电机的运行状态；

控制单元，用于控制电机模拟器中的逆变器输出与所述等效反电动势相等的电压；

反馈单元，将所述模拟目标电机的运行状态反馈给所述电机驱动器和上位机。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述电机驱动器根据所述运行状态对所述电机模拟器进行控制。