Самоуправляемый синхронный электропривод
Реализуйте самоуправляемый синхронный электропривод
Библиотека
Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Электроприводы / Диски AC
Описание
Блок Self-Controlled Synchronous Motor Drive (AC5) представляет классический векторный диск управления для поля раны синхронные двигатели. Этот диск показывает операцию коэффициента мощности единицы и регулировку скорости с обратной связью, на основе векторного метода управления. Операция коэффициента мощности единицы достигается через напряжение управляемый, трехфазный активный выпрямитель. Цикл регулировки скорости выводит ссылочный электромагнитный крутящий момент и поток статора машины. Прямая ссылка и квадратура (dq) компоненты статора текущее соответствие потоку статора, которым управляют, и крутящему моменту выведена на основе векторной стратегии управления. Они ссылаются на dq компоненты текущего статора, затем используются, чтобы получить необходимые сигналы логического элемента для инвертора через гистерезисную полосу текущий контроллер. Полевое напряжение, требуемое машиной, получено из цикла управления потока статора.
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 статора) управление, которое позволяет крутящему моменту и потоку управляться независимо. Однако из-за ее сложности вычисления, реализация этого диска требует быстро вычислительных процессоров или DSPS.
Примечание
В программном обеспечении Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems блок Self-Controlled Synchronous Motor Drive обычно называется электроприводом AC5.
Блок Self-Controlled Synchronous Motor Drive использует эти блоки от библиотеки Electric Drives / Fundamental Drive Blocks:
Контроллер скорости (AC)
Векторный контроллер (WFSM)
Активный выпрямитель
(Трехфазный) инвертор
Комментарии
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
Активный контроллер выпрямителя и векторное время выборки контроллера
Контроллер скорости время выборки должен быть кратным векторному времени выборки контроллера. Последнее время выборки должно быть кратным шагу времени симуляции. Инвертор среднего значения и выпрямитель позволяют использование больших шагов времени симуляции, поскольку они не генерируют небольшие временные константы (из-за демпферов RC) свойственный к подробным конвертерам. Для векторного контроллера и активного контроллера выпрямителя время выборки 50 мкс, хорошие результаты симуляции были получены для шага времени симуляции 50 мкс. Этот временной шаг не может, конечно, быть выше, чем самое маленькое время выборки контроллера.
Соглашение знака крутящего момента синхронной машины отличается от той асинхронного и PM синхронные машины. Таким образом, синхронная машина находится в моторном режиме работы, когда электрический крутящий момент отрицателен и в режиме работы генератора, когда электрический крутящий момент положителен.
Параметры
Общий
- Output bus mode
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 выбираетеSingle output bus, все переменные вывод на одной шине.- Model detail level
Выберите между подробным и инвертором среднего значения. Значением по умолчанию является
Detailed.- Mechanical input
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.
- Use signal names as labels
Когда вы устанавливаете этот флажок,
Motor,Convи измерениеCtrl, 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®.
Синхронная вкладка машины
Вкладка Synchronous Machine отображает параметры блока Synchronous Machine Основных Блоков (powerlib) библиотека.
Конвертеры и вкладка шины DC
Раздел выпрямителя
Раздел Rectifier вкладки Converters and DC Bus отображает параметры Универсального Мостовой бруса Основных Блоков (powerlib) библиотека. Для получения дополнительной информации о параметрах Универсэл-Бридж обратитесь к странице с описанием Универсэл-Бридж.
Выпрямитель среднего значения использует три после параметров.
- Source frequency
Частота трехфазного источника напряжения (Гц). Значением по умолчанию является
60.- Source voltage
Строка к линейному напряжению RMS трехфазного источника напряжения (V). Значением по умолчанию является
460.- On-state resistance
Сопротивление на состоянии устройств выпрямителя (Омы). Значением по умолчанию является
1e-3.
Раздел шины DC
- Capacitance
Значение емкости шины DC (F). Значением по умолчанию является
7500e-6.
Введите раздел дросселя
Входные дроссели уменьшают строку текущие гармоники.
- Resistance
Входное значение сопротивления дросселя (Омы). Значением по умолчанию является
0.05.- Inductance
Входное значение индуктивности дросселя (H). Значением по умолчанию является
1e-3.
Раздел инвертора
Раздел Inverter вкладки Converters and DC Bus отображает параметры Универсального Мостовой бруса Основных Блоков (powerlib) библиотека. Для получения дополнительной информации о параметрах Универсэл-Бридж обратитесь к странице с описанием Универсэл-Бридж.
Инвертор среднего значения использует два после параметров:
- On-state resistance
Сопротивление на состоянии устройств инвертора (Омы). Значением по умолчанию является
1e-3.- Forward voltages [Device Vf, Diode Vdf]
Передайте напряжения, в вольтах (В), принудительно коммутируемых устройств и антипараллельных диодов. Эти значения необходимы для запуска и для режима прямоугольной волны.
Вкладка контроллера
- Regulation type
Это выпадающее меню позволяет вам выбирать между регулированием крутящего момента и скоростью. Значением по умолчанию является
Speed regulation.- Schematic
Когда вы нажимаете эту кнопку, схема, иллюстрирующая скорость, выпрямитель, и векторная схематика контроллеров появляется.
Контроллер скорости подвкладка
- Speed ramps — Acceleration
Максимальное изменение скорости позволено во время моторного ускорения. Чрезмерно большое положительное значение может вызвать пониженное напряжение шины DC (об/мин/с). Значением по умолчанию является
100.- Speed ramps — Deceleration
Максимальное изменение скорости позволено во время моторного замедления. Чрезмерно большая отрицательная величина может вызвать повышенное напряжение шины DC (об/мин/с). Значением по умолчанию является
-100.- Speed cutoff frequency
Частота среза фильтра нижних частот первого порядка измерения скорости (Гц). Значением по умолчанию является
5.- Speed controller sampling time
Контроллер скорости время (время) выборки. Время выборки должно быть кратным шагу времени симуляции. Значением по умолчанию является
7*20e-6.- PI regulator — Proportional gain
Контроллер скорости пропорциональное усиление. Значением по умолчанию является
75.- PI regulator — Integral gain
Контроллер скорости интегральное усиление. Значением по умолчанию является
100.- Torque output limits — Negative
Максимальный отрицательный потребованный крутящий момент применился к двигателю векторным контроллером (N.m). Значением по умолчанию является
-1200.- Torque output limits — Positive
Максимальный положительный потребованный крутящий момент применился к двигателю векторным контроллером (N.m). Значением по умолчанию является
1200.
Подвкладка контроллера шины DC
- PI regulator — Proportional gain
Контроллер напряжения на шине DC пропорциональное усиление. Значением по умолчанию является
10.- PI regulator — Integral gain
Контроллер напряжения на шине DC интегральное усиление. Значением по умолчанию является
100.- Line current d component limits — Minimum (negative)
Максимальное текущее вытекать из DC соединяет шиной конденсатор к линии переменного тока (A). Значением по умолчанию является
-800.- Line current d component limits — Maximum (positive)
Максимальное текущее вытекать из линии переменного тока к DC соединяет шиной конденсатор (A). Значением по умолчанию является
800.- Voltage measurement cutoff frequency
Частота среза фильтра нижних частот измерения напряжения на шине (Гц). Значением по умолчанию является
100.- Active rectifier sampling time
Контроллер напряжения на шине DC время (время) выборки. Время выборки должно быть кратным шагу времени симуляции. Значением по умолчанию является
20e-6.- Current hysteresis bandwidth
Текущая гистерезисная пропускная способность. Значением по умолчанию является
10. Это значение является общей пропускной способностью, распределенной симметрично вокруг текущего сетбола (A). Следующая фигура иллюстрирует случай, где текущий сетбол*, и текущая гистерезисная пропускная способность установлена в дуплекс.Этот параметр не используется при использовании инвертора среднего значения.
Примечание
Эта пропускная способность может быть превышена, потому что симуляция фиксированного шага используется. Блок перехода уровня необходим, чтобы передать данные между различными уровнями выборки. Этот блок вызывает задержку сигналов логического элемента, таким образом, ток может превысить гистерезисную полосу.
Векторная подвкладка контроллера
- Controller sampling time
Векторное время (время) выборки контроллера. Время выборки должно быть кратным шагу времени симуляции. Значением по умолчанию является
20e-6.- Machine nominal flux
Моторный поток номинала статора (Wb). Значением по умолчанию является
0.98.- Current hysteresis bandwidth
Текущая гистерезисная пропускная способность (для получения дополнительной информации смотрите подвкладку DC Bus Controller). Значением по умолчанию является
10.
Векторная подвкладка контроллера — контроллер потока раздел
- PI regulator — Proportional gain
Контроллер потока пропорциональное усиление. Значением по умолчанию является
1000.- PI regulator — Integral gain
Контроллер потока интегральное усиление. Значением по умолчанию является
1000.- Voltage limits — Minimum
Минимальное напряжение применилось к моторному полю (V) возбуждения. Значением по умолчанию является
-300.- Voltage limits — Maximum
Максимальное напряжение применилось к моторному полю (V) возбуждения. Значением по умолчанию является
300.- Flux estimation lowpass cutoff frequency
Первый порядок оценки потока фильтрует частоту среза (Гц). Значением по умолчанию является
2.
Векторная подвкладка контроллера — контроллер намагничивания раздел
Когда вы запускаете самоуправляемый синхронный двигатель, магнитный поток двигателя должен быть сначала установлен, прежде чем двигателю позволяют произвести электрический крутящий момент. Поскольку моторная полевая временная константа высока, полевое напряжение намного выше, чем номинал применяется в порядке ускорить создание магнитного потока в синхронном двигателе. После того, как период, в который высокое напряжение применяется, полевое напряжение, опущен на свою номинальную стоимость во время второго короткого периода, который добавляет к последнему периоду, дающему общий период намагничивания. Эта процедура приглаживает запуск самоуправляемого синхронного двигателя.
- Field magnetization voltage
Полевое напряжение намагничивания, примененное в порядке установить поток статора (V). Значением по умолчанию является
600.- High voltage field magnetization time
Полевое время (времена) приложения высокого напряжения намагничивания. Значением по умолчанию является
0.2.- Field nominal voltage
Полевое напряжение номинала (V). Значением по умолчанию является
30.- Total field magnetization time
Общее время перед диском готово произвести крутящий момент (моменты). Значением по умолчанию является
1.
Блокируйте вводы и выводы
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.
TmилиWmМеханический вход: загрузите крутящий момент (TM) или частота вращения двигателя (Wm). Для механического вращательного порта (S), удален этот вход.
A, B, CТри терминала фазы электропривода.
Wm,TeилиSМеханический 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 значения для активного выпрямителя и для инвертора.
Для активного выпрямителя:
Активный компонент текущей ссылки.
Ошибка напряжения (различие между напряжением на шине DC ссылочное и фактическое напряжение на шине DC)
Ссылка напряжения на шине DC
Для инвертора:
Ссылка крутящего момента
Ссылка потока
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.
Образцовые спецификации
Библиотека содержит набор параметра диска на 200 л. с. Спецификации диска на 200 л. с. показывают в следующей таблице.
14 л. с. и 200 HP Drive Specifications
| 14 HP Drive | 200 HP Drive | ||
|---|---|---|---|
Управляйте входным напряжением | |||
Амплитуда | 460 В | 460 В | |
Частота | 60 Гц | 60 Гц | |
Моторная номинальная стоимость | |||
Степень | 14 л. с. | 200 л. с. | |
Скорость | 1 800 об/мин | 1 800 об/мин | |
Напряжение | 460 В | 460 В | |
Примеры
Пример ac5_example иллюстрирует симуляцию электропривода AC5 со стандартным условием загрузки для моделей подробного и среднего значения.
Ссылки
[1] Bose, B. K. Современная силовая электроника и диски AC. Верхний Сэддл-Ривер, NJ: Prentice Hall, 2002.
[2] Краузе, P. C. Анализ электрического машинного оборудования. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1986.