Реализуйте модель диска асинхронного двигателя ориентированного на поле управления (FOC)
Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Электроприводы / Диски AC
Блок Field-Oriented Control Induction Motor Drive представляет стандартный вектор или ротор, ориентированный на поле на диск управления для асинхронных двигателей. Этот диск показывает регулировку скорости с обратной связью на основе косвенного или feedforward векторного метода управления. Цикл регулировки скорости выводит ссылочный электромагнитный крутящий момент и поток ротора машины. Прямая ссылка и квадратура (dq) компоненты текущего статора, соответствуя потоку ротора, которым управляют, и крутящему моменту, выведена на основе косвенной векторной стратегии управления. Ссылка dq компоненты текущего статора затем используется, чтобы получить необходимые сигналы логического элемента для инвертора через гистерезисную полосу или текущего контроллера PWM.
Основным преимуществом этого диска по сравнению с управляемыми скаляром дисками является свой быстрый динамический ответ. Свойственный эффект связи между крутящим моментом и потоком в машине управляем посредством разъединения (ориентация потока ротора) управление, которое позволяет крутящему моменту и потоку управляться независимо. Однако из-за ее сложности вычисления, реализация этого диска требует быстро вычислительных процессоров или DSPS.
В программном обеспечении Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems блок Field-Oriented Control Induction Motor Drive обычно называется электроприводом AC3.
Блок Field-Oriented Control Induction Motor Drive использует эти блоки от библиотеки Electric Drives / Fundamental Drive Blocks:
Контроллер скорости (AC)
Ориентированный на поле контроллер
Шина DC
(Трехфазный) инвертор
Модель дискретна. Хорошие результаты симуляции были получены с 2 µ s временной шаг. Чтобы моделировать цифровое устройство контроллера, система управления имеет два различного времени выборки:
Контроллер скорости время выборки
Время выборки FOC
Контроллер скорости время выборки должен быть кратным времени выборки FOC. Последнее время выборки должно быть кратным шагу времени симуляции. Инвертор среднего значения позволяет использование больших шагов времени симуляции, поскольку это не генерирует небольшие временные константы (из-за демпферов RC) свойственный к подробному конвертеру. В течение времени выборки FOC 60 мкс хорошие результаты симуляции были получены для шага времени симуляции 60 мкс. Этот временной шаг не может быть выше, чем временной шаг FOC.
Выберите, как выходные переменные организованы. Если вы выбираете Multiple output buses (значение по умолчанию), блок имеет три отдельных выходных шины для двигателя, конвертера и переменных контроллера. Если вы выбираете Single output bus, все переменные вывод на одной шине.
Выберите между подробным и инвертором среднего значения. Значением по умолчанию является Detailed.
Выберите между крутящим моментом загрузки, частотой вращения двигателя и механическим вращательным портом как механический вход. Значением по умолчанию является Torque Tm.
Если вы выбираете и применяете крутящий момент загрузки, вывод является частотой вращения двигателя согласно следующему дифференциальному уравнению, которое описывает механическую системную динамику:
Эта механическая система включена в модель электродвигателя.
Если вы выбираете частоту вращения двигателя как механический вход, то вы получаете электромагнитный крутящий момент, как выведено, позволяя вам представлять внешне механическую системную динамику. Внутренняя механическая система не используется с этим механическим входным выбором и инерцией, и вязкие параметры трения не отображены.
Для механического вращательного порта порт подключения S значит механический ввод и вывод. Это позволяет прямую связь со средой Simscape. Механическая система двигателя также включена в диск и основана на том же дифференциальном уравнении.
Смотрите механическую связь двух электроприводов.
Когда вы устанавливаете этот флажок, Motor, Conv и измерение Ctrl, выходные параметры используют имена сигнала, чтобы идентифицировать метки шины. Выберите эту опцию для приложений, которые требуют, чтобы метки сигнала шины имели только алфавитно-цифровые символы.
Когда этот флажок снимается (значение по умолчанию), измерение, вывод использует определение сигнала, чтобы идентифицировать метки шины. Метки содержат неалфавитно-цифровые символы, которые несовместимы с некоторыми приложениями Simulink®.
Когда вы устанавливаете этот флажок, частота вращения двигателя оценивается от терминальных напряжений и токов на основе метода Модели, ссылающейся на адаптивную систему (MRAS). Вкладка Sensorless содержит контроллер средства оценки параметры.
Когда этот флажок снимается, частота вращения двигателя измеряется внутренним датчиком скорости, и вкладка Sensorless не отображена на маске блока.
Вкладка Asynchronous Machine отображает параметры блока Asynchronous Machine Основных Блоков (powerlib) библиотека.
Раздел Rectifier вкладки Converters and DC Bus отображает параметры Универсального Мостовой бруса Основных Блоков (powerlib) библиотека. Для получения дополнительной информации об универсальных параметрах моста обратитесь к странице с описанием Универсэл-Бридж.
Емкость шины DC (F). Значением по умолчанию является 2000e-6.
Тормозящее сопротивление прерывателя раньше избегало повышенного напряжения шины во время моторного замедления или когда крутящий момент загрузки имеет тенденцию ускорять двигатель (Омы). Значением по умолчанию является 8.
Тормозящая частота прерывателя (Гц). Значением по умолчанию является 4000.
Динамическое торможение активируется, когда напряжение на шине достигает верхнего предела гистерезисной полосы (V). Следующая фигура иллюстрирует тормозящую логику гистерезиса прерывателя. Значением по умолчанию является 320.
Динамическое торможение закрывается, когда напряжение на шине достигает нижнего предела гистерезисной полосы (V). Логику гистерезиса Прерывателя показывают в следующей фигуре. Значением по умолчанию является 310.
Раздел Inverter вкладки Converters and DC Bus отображает параметры Универсального Мостовой бруса Основных Блоков (powerlib) библиотека. Для получения дополнительной информации об универсальных параметрах моста обратитесь к странице с описанием Универсэл-Бридж.
Инвертор среднего значения использует следующие параметры.
Частота трехфазного источника напряжения (Гц). Значением по умолчанию является 60.
Сопротивление на состоянии переключателей инвертора (Омы). Значением по умолчанию является 1e-3.
Это всплывающее меню позволяет вам выбирать между регулированием крутящего момента и скоростью. Значением по умолчанию является Speed regulation.
Выберите гистерезис или модуляцию вектора пробела. Типом модуляции по умолчанию является Hysteresis.
Когда вы нажимаете эту кнопку, схема, иллюстрирующая скорость и текущую схематику контроллеров, появляется.
Максимальное изменение скорости позволено во время моторного ускорения (об/мин/с). Чрезмерно большое положительное значение может вызвать пониженное напряжение шины DC. Этот параметр используется в режиме регулирования скорости только. Значением по умолчанию является 900.
Максимальное изменение скорости позволено во время моторного замедления (об/мин/с). Чрезмерно большая отрицательная величина может вызвать повышенное напряжение шины DC. Этот параметр используется в режиме регулирования скорости только. Значением по умолчанию является -900.
Частота среза фильтра нижних частот первого порядка измерения скорости (Гц). Этот параметр используется в режиме регулирования скорости только. Значением по умолчанию является 1000.
Контроллер скорости время (время) выборки. Время выборки должно быть кратным шагу времени симуляции. Значением по умолчанию является 100e-6.
Контроллер скорости пропорциональное усиление. Этот параметр используется в режиме регулирования скорости только. Значением по умолчанию является 300.
Контроллер скорости интегральное усиление. Этот параметр используется в режиме регулирования скорости только. Значением по умолчанию является 2000.
Максимальный отрицательный потребованный крутящий момент применился к двигателю текущим контроллером (N.m). Значением по умолчанию является -1200.
Максимальный положительный потребованный крутящий момент применился к двигателю текущим контроллером (N.m). Значением по умолчанию является 1200.
Контроллер потока пропорциональное усиление. Значением по умолчанию является 100.
Контроллер потока интегральное усиление. Значением по умолчанию является 30.
Контроллер потока максимальный отрицательный вывод (Wb). Значением по умолчанию является -2.
Контроллер потока максимальный положительный вывод (Wb). Значением по умолчанию является 2.
Первый порядок оценки потока фильтрует частоту среза (Гц). Значением по умолчанию является 16.
Контроллер FOC время (время) выборки. Время выборки должно быть кратным шагу времени симуляции. Значением по умолчанию является 20e-6.
Текущая гистерезисная пропускная способность. Это значение является общей пропускной способностью, распределенной симметрично вокруг текущего сетбола (A). Значением по умолчанию является 10. Следующая фигура иллюстрирует случай, где текущий сетбол является Is*and, текущая гистерезисная пропускная способность установлена в дуплекс.
Этот параметр не используется при использовании инвертора среднего значения.
Максимальный инвертор, переключающий частоту (Гц). Этот параметр не используется при использовании инвертора среднего значения. Значением по умолчанию является 20000.
Выберите, чтобы показать или скрыть параметры инструмента Autotuning Control.
Задайте фактор затухания, используемый для вычисления усилений Кп и Ки блока Speed Controller (AC). Значением по умолчанию является 0.9.
Задайте желаемое время установления блока Speed Controller (AC). Это - время, требуемое для ответа контроллера достигнуть и остаться в 5-процентной области значений целевого значения. Значением по умолчанию является 0.1.
Задайте отношение между пропускной способностью и собственной частотой регулятора. Значением по умолчанию является 30.
Вычислите Proportional gain и параметры Integral gain Контроллера Скорости (AC) и Ориентированных на поле блоков Контроллера. Вычисление основано на Desired damping [zeta], Desired response time @ 5% и параметрах Bandwidth ratio (InnerLoop/SpeedLoop). Вычисленные значения отображены в маске блока Drive. Нажмите Apply или OK, чтобы подтвердить их.
Задайте значение пропорционального усиления регулятора PI, который используется, чтобы настроить частоту вращения двигателя.
Значением по умолчанию является 5000.
Задайте значение интегрального усиления регулятора PI, который используется, чтобы настроить частоту вращения двигателя.
Значением по умолчанию является 50.
Задайте верхний выходной предел контроллера PI.
Значением по умолчанию является 500.
Задайте ниже выходной предел контроллера PI.
Значением по умолчанию является -500.
Шаг расчета контроллера, в s. Шаг расчета должен быть кратным шагу времени симуляции. Значением по умолчанию является 2e-06.
SPСкорость или сетбол крутящего момента. Сетбол скорости может быть ступенчатой функцией, но уровень изменения скорости будет следовать за ускорением / пандусы замедления. Если крутящий момент загрузки и скорость будут иметь противоположные знаки, ускоряющийся крутящий момент будет суммой электромагнитных крутящих моментов и крутящих моментов загрузки.
Tm или WmМеханический вход: загрузите крутящий момент (TM) или частота вращения двигателя (Wm). Для механического вращательного порта (S), удален этот вход.
A, B, C Три терминала фазы электропривода.
Wm, Te или SМеханический вывод: частота вращения двигателя (Wm), электромагнитный крутящий момент (Те) или механический вращательный порт (S).
Когда параметр Output bus mode устанавливается на Multiple output buses, блок имеет следующие три выходных шины:
MotorМоторный вектор измерения. Этот вектор позволяет вам наблюдать переменные двигателя с помощью блока Селектора Шины.
ConvТрехфазный вектор измерения конвертеров. Этот вектор содержит:
Напряжение на шине DC
Выпрямитель текущий вывод
Текущий вход инвертора
Обратите внимание на то, что все текущие значения и значения напряжения мостов могут визуализироваться с блоком Multimeter.
CtrlВектор измерения контроллера. Этот вектор содержит:
Ссылка крутящего момента
Скоростная погрешность (различие между ссылкой скорости сползают и фактическая скорость),
Пандус ссылки скорости или ссылка крутящего момента
Когда параметр Output bus mode устанавливается на Single output bus, блок группирует Двигатель, Conv и Ctrl выходные параметры в одну шину вывод.
Библиотека содержит 3 л. с. и набор параметра диска на 200 л. с. Спецификации этих двух дисков показывают в следующей таблице.
3 л. с. и 200 HP Drive Specifications
3 HP Drive | 200 HP Drive | ||
|---|---|---|---|
Управляйте входным напряжением | |||
Амплитуда | 220 В | 460 В | |
Частота | 60 Гц | 60 Гц | |
Моторная номинальная стоимость | |||
Степень | 3 л. с. | 200 л. с. | |
Скорость | 1 705 об/мин | 1 785 об/мин | |
Напряжение | 220 В | 460 В | |
Пример ac3_example иллюстрирует симуляцию электропривода AC3 со стандартными условиями загрузки для моделей подробного и среднего значения.
[1] Bose, B. K. Современная силовая электроника и диски AC. Верхний Сэддл-Ривер, NJ: Prentice Hall, 2002.
[2] Grelet, G. и Г. Клерк. Actionneurs électriques. Париж: Éditions Eyrolles, 1997.
[3] Краузе, P. C. Анализ электрического машинного оборудования. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1986.