Однофазный диск асинхронного двигателя

Реализуйте однофазный диск асинхронного двигателя

расширьте все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Электроприводы / Диски AC

Описание

Блок Single-Phase Induction Motor Drive моделирует управляемый вектором однофазный диск машины. Конфигурация дисков состоит из выпрямителя полумоста, разделенной шины DC с двумя конденсаторами фильтра и инвертором 2D участка, который предоставляет обмотки для электродвигателя.

Однофазная машина индукции (SPIM), без ее запуска и рабочих конденсаторов, обработана как асимметричная двухфазная машина. Вспомогательные и основные обмотки доступны и находятся в квадратуре. Эта настройка обеспечивает хорошую производительность и операцию в регенерации режима.

Уравнения

Однофазный асинхронный двигатель асимметричен из-за неравных сопротивлений и индуктивности основных и вспомогательных обмоток. Чтобы получить математическую модель двигателя с постоянными параметрами (напряжение, текущее, и поток), необходимо преобразовать все переменные к стационарному ссылочному кадру (d-q) зафиксированный к статору.

Математическая модель

Эта схема показывает математическую модель машины.

Na и Nm представляют количество вспомогательных и основных обмоток статора, соответственно.

Напряжение

Уравнения, которые задают напряжение для модели (в стационарном ссылочном кадре d-q):

и

где:

  • Vqs является q - напряжение статора оси.

  • Rs является основным сопротивлением статора.

  • iqs является q - текущий статор оси.

  • ϕqs является q - потокосцепление статора оси.

  • Vds является d - напряжение статора оси.

  • Ra является вспомогательным сопротивлением статора.

  • ids является d - текущий статор оси.

  • ϕds является d - потокосцепление статора оси.

  • R'r является сопротивлением обмотки ротора, упомянул основную обмотку статора.

  • i'qr является q - текущий ротор оси упомянул основную обмотку статора.

  • ϕ'qr является q - потокосцепление ротора оси упомянуло основную обмотку статора.

  • k является отношением поворота Na к Nm.

  • ωr является ротором электрическая угловая скорость.

  • i'dr является d - текущий ротор оси упомянул основную обмотку статора.

  • ϕ'dr является d - потокосцепление ротора оси упомянуло основную обмотку статора.

  • Na является количеством вспомогательных обмоток статора.

  • Nm является количеством основных обмоток статора.

Поток

Уравнения, которые задают поток для модели (в стационарном ссылочном кадре d-q):

где:

  • Lls является индуктивностью утечки основной обмотки статора.

  • Lla является индуктивностью утечки вспомогательной обмотки статора.

  • Lms является индуктивностью намагничивания основной обмотки статора.

  • L'lr является индуктивностью утечки обмотки ротора, упомянул основную обмотку статора.

Электромагнитный крутящий момент, выраженный как функция потокосцеплений ротора и токов,

где:

  • Te является электромагнитным крутящим моментом.

  • P является количеством пар полюса.

Ориентированное на поле управление

Используя токи статора и потокосцепления ротора как переменные пространства состояний для модели SPIM, электромагнитное уравнение крутящего момента

Используя следующую замену переменной,

и

Поэтому электромагнитное уравнение крутящего момента может быть переписано как

В косвенном роторе, ориентированном на поток на управление, d - ось ссылочного кадра ориентирована вдоль вектора потокосцепления ротора на ϕ'r, затем

и

Электромагнитный крутящий момент приводит к

Отсюда, q - ось текущий компонент

Получившаяся скорость промаха, ωs,

Отсюда, d - ось текущий компонент

где верхний индекс e указывает, что переменная отнесена в синхронный ссылочный кадр.

Эта блок-схема показывает ориентированное на поле управление.

Управление прямого крутящего момента

Этот тип управления выбирает вектор напряжения из переключающейся таблицы, чтобы управлять выключателями питания в инверторе, чтобы получить необходимый поток статора и соответствующий моторный крутящий момент. От моторных уравнений в стационарном ссылочном кадре d-q, оцените поток статора и крутящий момент:

и

Принятие приближения

и с помощью переменных статора (потокосцепления и токи) как переменные пространства состояний модели SPIM, электромагнитным крутящим моментом дают

Используя векторное произведение, крутящий момент

это

где:

  • |ϕs | и |ϕr | являются значениями статора и векторов пробела потокосцепления ротора, соответственно.

  • δ является углом между векторами пробела.

Изменение в относительном перемещении ϕs и ϕr (заданный углом, δ) влияет на моторный мгновенный крутящий момент. Если падение напряжения на сопротивлении статора не использовано, потокосцепление статора непосредственно зависит от выходного напряжения инвертора.

Следующая схема показывает доступные векторы напряжения, которые соответствуют возможным состояниям инвертора и четырем отличным секторам в d-q плоскость для инвертора 2D участка.

Выбор соответствующих векторов напряжения инвертора может непосредственно изменить значение ϕs (управление потоком) и вращающаяся скорость ϕs (управление крутящим моментом) как показано в этой схеме сектора 1.

Эта блок-схема показывает управление прямого крутящего момента.

Предполагаемый поток и крутящий момент по сравнению со ссылками с помощью гистерезисного управления. digitalized выходные переменные и сектор положения потока статора используются, чтобы выбрать адаптированный вектор напряжения из переключающейся таблицы. Эта таблица показывает соответствующий вектор напряжения для инвертора, где Hϕ и HTe являются выводом потока и закручивают гистерезисные блоки

HϕHTeСектор 1Сектор 2Сектор 3Сектор 4
1 (Поток произошел),1 (Крутящий момент произошел),V1V2V3V4
0 (Крутящий момент снижается),V4V1V2V3
0 (Поток снижается),1 (Крутящий момент произошел),V2V3V4V1
0 (Крутящий момент снижается),V3V4V1V2

Порты

Входной параметр

развернуть все

Сетбол скорости, в об/мин. Сетбол скорости может быть ступенчатой функцией, но уровень изменения скорости следует за ускорением и пандусами замедления.

Типы данных: single | double

Моторный механический крутящий момент.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите параметр Mechanical input на Torque Tm.

Типы данных: single | double

Вывод

развернуть все

Моторная шина измерения. Эта шина позволяет вам использовать блок Селектора Шины, чтобы наблюдать переменные для двигателя. Когда параметр Output bus mode устанавливается на Single output busses, эта шина содержит трехфазное измерение конвертеров и сигналы измерения контроллера.

Типы данных: bus

Сигналы измерения напряжения на шине DC, выпрямитель текущий вывод, и текущий вход инвертора.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Output bus mode на Multiple output busses.

Типы данных: bus

Этот вывод позволяет вам наблюдать крутящий момент и ссылку потока использование блока Селектора Шины.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Output bus mode на Multiple output busses.

Типы данных: bus

Механическая частота вращения двигателя.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите параметр Mechanical input на Torque (Tm).

Типы данных: single | double

Механический вращательный порт двигателя.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите параметр Mechanical input на Mechanical rotational port.

Типы данных: single | double

Сохранение

развернуть все

Поэтапно осуществите терминал электропривода.

Терминал фазы B электропривода.

Параметры

развернуть все

Моторный шаг расчета.

Сконфигурируйте входы шины.

Зависимости

Выбор Multiple outport buses включает выходные порты Ctrl и Conv.

Опция, чтобы маркировать сигналы шины.

Сконфигурируйте механические порты ввода и вывода. Если вы выбираете Torque TM, вывод является частотой вращения двигателя согласно этому дифференциальному уравнению, которое описывает механическую системную динамику:

где:

  • Te является электромагнитным крутящим моментом.

  • J является инерцией.

  • ωr является угловой скоростью ротора.

  • F является приложенной силой.

  • Tm является механическим крутящим моментом.

Если вы выбираете Mechanical rotational port, порт подключения, S действует как оба механический порт ввода и вывода. Это позволяет прямую связь со средой Simscape™. Механическая система двигателя также включена в диск и основана на том же дифференциальном уравнении.

Зависимости

Выбор Torque TM включает порты Tm и Wm. Выбор Mechanical rotational port включает порт S.

Двигатель

Electrical parameters> Nominal values

Моторная номинальная электроэнергия.

Моторное номинальное электрическое напряжение.

Моторная номинальная электрическая частота.

Electrical parameters> Equivalent circuit values
Чтобы видеть эквивалентную схему для несимметричного SPIM, нажмите Equivalent circuit.

Electrical parameters> Equivalent circuit values> Main winding stator

Сопротивление статора основная обмотка.

Моторная основная извилистая индуктивность утечки эквивалентной схемы статора.

Взаимная индуктивность статора основная обмотка.

Electrical parameters> Equivalent circuit values> Auxiliary winding stator

Сопротивление статора вспомогательная обмотка.

Индуктивность утечки статора вспомогательная обмотка.

Взаимная индуктивность статора вспомогательная обмотка.

Electrical parameters> Equivalent circuit values> Auxiliary winding rotor

Сопротивление ротора основная обмотка.

Индуктивность утечки ротора основная обмотка.

Mechanical parameters

Моторная инерция.

Моторный фактор трения.

Количество моторных пар полюса.

Моторная Начальная скорость.

Конвертеры и шина DC

Rectifier> Snubbers

Сопротивление демпферов выпрямителя. Чтобы устранить демпферы из модели, задайте inf.

Емкость демпферов выпрямителя. Чтобы устранить демпферы из модели, задайте 0. Для резистивных демпферов задайте inf.

Rectifier> Diodes

Внутреннее сопротивление выпрямительных диодов, когда они проводят.

Напряжение через выпрямительные диоды, когда они проводят.

DC Bus

Емкость этих двух конденсаторов в шине DC

Braking Chopper

Тормозящее сопротивление прерывателя используется, чтобы избежать повышенного напряжения шины во время моторного замедления или когда крутящий момент загрузки ускоряет двигатель.

Торможение частоты прерывателя.

Динамическое торможение активируется, когда напряжение на шине достигает значения напряжения активации.

Динамическое торможение закрывается, когда напряжение на шине достигает значения завершения работы.

Inverter> Switches

Внутреннее сопротивление инвертора IGBTs, когда они проводят.

Inverter> Switches> Forward voltages (V)

Передайте напряжение инвертора IGBTs

Передайте напряжение диодов инвертора.

Inverter> Snubbers

Сопротивление демпферов инвертора. Чтобы устранить демпферы из инвертора, задайте inf.

Емкость демпферов инвертора. Чтобы устранить демпферы из модели, задайте 0. Для резистивных демпферов задайте inf.

Контроллер

Тип регулирования контроллер выполняет.

Зависимости

Выбор Speed regulation включает Speed cutoff frequency (Hz), Speed ramps и параметры PI regulator.

Speed controller

Время выборки должно быть кратным шагу времени симуляции.

Частота среза фильтра нижних частот первого порядка контроллера скорости.

Зависимости

Выбор Speed regulation для параметра Regulation type включает этот параметр.

Speed controller> Speed ramps (rpm/s)

Максимальное изменение скорости позволено во время моторного ускорения в об/мин/с. Чрезмерно большое положительное значение может вызвать пониженное напряжение шины DC.

Зависимости

Выбор Speed regulation для параметра Regulation type включает этот параметр.

Максимальное изменение скорости позволено во время моторного замедления в об/мин/с. Чрезмерно большая отрицательная величина может вызвать повышенное напряжение шины DC.

Зависимости

Выбор Speed regulation для параметра Regulation type включает этот параметр.

Speed controller> PI regulator

Контроллер скорости пропорциональное усиление.

Зависимости

Выбор Speed regulation для параметра Regulation type включает этот параметр.

Контроллер скорости интегральное усиление.

Зависимости

Выбор Speed regulation для параметра Regulation type включает этот параметр.

Speed controller> Torque output limits (N.m)

Максимальный отрицательный потребованный крутящий момент применился к двигателю текущим контроллером в N.m.

Зависимости

Выбор Speed regulation для параметра Regulation type включает этот параметр.

Максимальный положительный потребованный крутящий момент применился к двигателю текущим контроллером в N.m.

Зависимости

Выбор Speed regulation для параметра Regulation type включает этот параметр.

Machine flux

Начальный моторный поток.

Номинальный моторный поток.

Vector controller
Чтобы видеть схематику для ориентированного на поле управления и управления прямого крутящего момента, нажмите Schematic.

Тип управления.

Зависимости

Выбор FOC включает параметр Current controller hysteresis bandwidth (A). Выбор DTC (two-level hysteresis) или DTC (three-level hysteresis) включает параметры Flux controller hysteresis bandwidth (Wb) и Torque controller hysteresis bandwidth (N-m).

Общая пропускная способность в Текущем режиме управления, распределенном симметрично вокруг текущего сетбола. Эта фигура иллюстрирует случай, где текущим сетболом является Is*, и текущая гистерезисная пропускная способность установлена в dx.

Зависимости

Выбор FOC для параметра Controller type включает этот параметр.

Общая пропускная способность, распределенная симметрично вокруг сетбола крутящего момента. Эти данные показывают случай, где сетболом крутящего момента является Te*, и пропускная способность гистерезиса крутящего момента установлена в dTe.

Зависимости

Выбор DTC (two-level hysteresis) или DTC (three-level hysteresis) для параметра Controller type включает этот параметр.

Общая пропускная способность, распределенная симметрично вокруг сетбола потока. Эти данные показывают случай, где сетбол потока является Ψ*, и пропускная способность гистерезиса крутящего момента установлена в dΨ.

Зависимости

Выбор DTC (two-level hysteresis) или DTC (three-level hysteresis) для параметра Controller type включает этот параметр.

Общая пропускная способность, распределенная симметрично вокруг сетбола крутящего момента. Эти данные показывают случай, где сетболом крутящего момента является Те*, и пропускная способность гистерезиса крутящего момента установлена в dΨ.

Зависимости

Выбор DTC (two-level hysteresis) или DTC (three-level hysteresis) для параметра Controller type включает этот параметр.

Максимальная частота переключения инвертора.

Время выборки должно быть кратным шагу времени симуляции.

Образцовые примеры

AC9 - Single-Phase Induction Motor Drive

AC9 - Однофазный диск асинхронного двигателя

Однофазный Диск Асинхронного двигателя во время регулирования скорости.

Открытая модель

Смотрите также

Введенный в R2017b

Документация Simscape Electrical
Поддержка
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте