BLDC

Бесщеточный двигатель постоянного тока с тремя обмотками с трапециевидным распределением потока

Библиотека

Simscape / Электрический / Электромеханический / Постоянный магнит

Описание

Блок BLDC моделирует постоянный магнит синхронная машина с трехфазным статором раны Уая. Блок имеет четыре опции для определения распределения потока постоянного магнита как функция угла ротора. Две опции допускают простую параметризацию путем принятия совершенного трапецоида для обратной эдс. Для простой параметризации вы задаете или потокосцепление или вызванную ротором обратную эдс. Другие две опции дают более точные результаты с помощью сведенных в таблицу данных, которые вы задаете. Для более точных результатов вы задаете или частную производную потокосцепления или измеренную обратную эдс, постоянную для данной скорости ротора.

Данные показывают эквивалентную электрическую схему для обмоток статора.

Моторная конструкция

Эти данные показывают моторную конструкцию с однополюсно-парным на роторе.

Для соглашения осей в предыдущей фигуре a - выравниваются фаза и потоки постоянного магнита, когда угол ротора _θr является нулем. Блок поддерживает второе определение оси ротора. Для второго определения угол ротора является углом между a - фазой магнитная ось и ротором q - ось.

Трапециевидная скорость изменения потока

Магнитное поле ротора из-за постоянных магнитов создает трапециевидную скорость изменения потока с углом ротора. Данные показывают эту скорость изменения потока.

Обратная эдс является скоростью изменения потока, заданного

$\frac{d Φ}{d t} = \frac{\partial Φ}{\partial θ} \frac{d θ}{d t} = \frac{\partial Φ}{\partial θ} ω,$

где:

Φ является потокосцеплением постоянного магнита.
θ является углом ротора.
ω является механической скоростью вращения.

Высота h трапециевидной скорости изменения профиля потока выведена от потока пика постоянного магнита.

Интеграция $\frac{\partial Φ}{\partial θ}$ в области значений 0 к π/2,

$Φ_{m a x} = \frac{h}{2} (θ_{F} + θ_{W}),$

где:

_Φmax является потокосцеплением постоянного магнита.
h является скоростью изменения высоты профиля потока.
_θF является углом ротора, передвигаются, по которому, обратная эдс что поток постоянного магнита вызывает в статоре, является постоянным.
_θW является углом ротора, передвигаются, по которым увеличениям обратной эдс или уменьшается линейно, когда ротор перемещается в постоянную скорость.

Реорганизация предыдущего уравнения,

$h = 2 Φ_{m a x} / (θ_{F} + θ_{W}) .$

Электрические уравнения определения

Напряжения через обмотки статора заданы

$[\begin{matrix} v_{a} \\ v_{b} \\ v_{c} \end{matrix}] = [\begin{matrix} R_{s} \\ 000 & R_{s} \\ 000 & R_{s} \end{matrix}] [\begin{matrix} i_{a} \\ i_{b} \\ i_{c} \end{matrix}] + [\begin{matrix} \frac{d ψ_{a}}{d t} \\ \frac{d ψ_{b}}{d t} \\ \frac{d ψ_{c}}{d t} \end{matrix}],$

где:

_va, _vb и _vc являются внешними напряжениями, применился к трем моторным электрическим соединениям.
_Rs является эквивалентным сопротивлением каждой обмотки статора.
_ia, _ib и _ic являются токами, текущими в обмотках статора.
$\frac{d ψ_{a}}{d t},$ $\frac{d ψ_{b}}{d t},$ и $\frac{d ψ_{c}}{d t}$

скорости изменения магнитного потока в каждой обмотке статора.

Постоянный магнит и эти три обмотки способствуют общему потоку, соединяющему каждую обмотку. Общий поток задан

$[\begin{matrix} ψ_{a} \\ ψ_{b} \\ ψ_{c} \end{matrix}] = [\begin{matrix} L_{a a} & L_{a b} & L_{a c} \\ L_{b a} & L_{b b} & L_{b c} \\ L_{c a} & L_{c b} & L_{c c} \end{matrix}] [\begin{matrix} i_{a} \\ i_{b} \\ i_{c} \end{matrix}] + [\begin{matrix} ψ_{a m} \\ ψ_{b m} \\ ψ_{c m} \end{matrix}],$

где:

_ψa, _ψb и _ψc являются общими потоками, соединяющими каждую обмотку статора.
_Laa, _Lbb и _Lcc являются самоиндукциями обмоток статора.
_Lab, _Lac, _Lba, и т.д. является взаимной индуктивностью обмоток статора.
_ψam, _ψbm и _ψcm являются потоками постоянного магнита, соединяющими обмотки статора.

Индуктивность в обмотках статора является функциями угла ротора, заданного

$L_{a a} = L_{s} + L_{m} потому что (2 θ_{r}),$

$L_{b b} = L_{s} + L_{m} потому что (2 (θ_{r} - 2 π / 3)),$

$L_{c c} = L_{s} + L_{m} потому что (2 (θ_{r} + 2 π / 3)),$

$L_{a b} = L_{b a} = - M_{s} - L_{m} потому что (2 (θ_{r} + π / 6)),$

$L_{b c} = L_{c b} = - M_{s} - L_{m} потому что (2 (θ_{r} + π / 6 - 2 π / 3)),$

$L_{c a} = L_{a c} = - M_{s} - L_{m} потому что (2 (θ_{r} + π / 6 + 2 π / 3)),$

где:

_Ls является самоиндукцией статора на фазу — средняя самоиндукция каждой из обмоток статора.
_Lm является колебанием индуктивности статора — амплитуда колебания самоиндукции и взаимной индуктивности с изменяющимся углом ротора.
_Ms является статором взаимная индуктивность — средняя взаимная индуктивность между обмотками статора.

Поток постоянного магнита, соединяющий каждую обмотку статора, следует за трапециевидным профилем, показанным в фигуре. Блок реализует трапециевидный профиль с помощью интерполяционных таблиц, чтобы вычислить значения потока постоянного магнита.

Упрощенные уравнения

Напряжение определения и уравнения крутящего момента для блока

$[\begin{matrix} v_{d} \\ v_{q} \\ v_{0} \end{matrix}] = P ([\begin{matrix} v_{a} \\ v_{b} \\ v_{c} \end{matrix}] - N ω [\begin{matrix} \frac{\partial ψ_{a m}}{\partial θ_{r}} \\ \frac{\partial ψ_{b m}}{\partial θ_{r}} \\ \frac{\partial ψ_{c m}}{\partial θ_{r}} \end{matrix}]),$

$v_{d} = R_{s} i_{d} + L_{d} \frac{d i_{d}}{d t} - N ω i_{q} L_{q},$

$v_{q} = R_{s} i_{q} + L_{q} \frac{d i_{q}}{d t} + N ω i_{d} L_{d},$

$v_{0} = R_{s} i_{0} + L_{0} \frac{d i_{0}}{d t},$

$T = \frac{}{32} N (i_{q} i_{d} L_{d} - i_{d} i_{q} L_{q}) + [\begin{matrix} i_{a} & i_{b} & i_{c} \end{matrix}] [\begin{matrix} \frac{\partial ψ_{a m}}{\partial θ_{r}} \\ \frac{\partial ψ_{b m}}{\partial θ_{r}} \\ \frac{\partial ψ_{c m}}{\partial θ_{r}} \end{matrix}],$

где:

_vd, _vq и _v0 является d - ось, q - ось и напряжения нулевой последовательности.
P является Преобразованием Парка, заданным
$P = 2 / 3 [\begin{matrix} потому что θ_{e} & потому что (θ_{e} - 2 π / 3) & потому что (θ_{e} + 2 π / 3) \\ - \sin θ_{e} & - \sin (θ_{e} - 2 π / 3) & - \sin (θ_{e} + 2 π / 3) \\ 0.5 & 0.5 & 0.5 \end{matrix}] .$
N является количеством пар полюса постоянного магнита ротора.
ω является скоростью вращения механического устройства ротора.
$\frac{\partial ψ_{a m}}{\partial θ_{r}},$ $\frac{\partial ψ_{b m}}{\partial θ_{r}},$ и $\frac{\partial ψ_{c m}}{\partial θ_{r}}$

частные производные мгновенного потока постоянного магнита, соединяющего каждую обмотку фазы.
_id, _iq и _i0 является d - ось, q - ось и токи нулевой последовательности, заданные
$[\begin{matrix} i_{d} \\ i_{q} \\ i_{0} \end{matrix}] = P [\begin{matrix} i_{a} \\ i_{b} \\ i_{c} \end{matrix}] .$
_Ld = _Ls + _Ms + 3/2 _Lm. _Ld является статором d - индуктивность оси.
_Lq = _Ls + _Ms − 3/2 _Lm. _Lq является статором q - индуктивность оси.
_L0 = _Ls – 2_Ms. _L0 является индуктивностью нулевой последовательности статора.
T является крутящим моментом ротора. Крутящий момент вытекает из моторного случая (блокируйте физический порт C) к моторному ротору (блокируют физический порт R).

Переменные

Используйте настройки Variables, чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для основных переменных перед симуляцией. Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Основных переменных (Simscape).

Порты

~: Расширяемый трехфазный порт
n: Электрический порт сохранения сопоставлен с нейтральной фазой
R: Механический вращательный порт сохранения сопоставлен с моторным ротором
C: Механический вращательный порт сохранения сопоставлен с моторным случаем

Параметры

Ротор

Back EMF profile

Параметризация для определения распределения потока постоянного магнита как функция угла ротора. Выберите:

Perfect trapezoid - specify maximum flux linkage, чтобы задать максимальное потокосцепление для постоянного магнита и угла ротора, где обратная эдс является постоянной. Блок принимает совершенный трапецоид для обратной эдс. Это - значение по умолчанию.
Perfect trapezoid - specify maximum rotor-induced back emf, чтобы задать максимум вызванная ротором обратная эдс и соответствующая скорость ротора. Блок принимает совершенный трапецоид для обратной эдс.
Tabulated - specify flux partial derivative with respect to rotor angle, чтобы задать значения для частной производной потокосцепления и соответствующих углов ротора.
Tabulated - specify rotor-induced back emf as a function of rotor angle, чтобы задать измеренную постоянную обратную эдс и соответствующая скорость ротора и углы.

Maximum permanent magnet flux linkage

Пиковое потокосцепление постоянного магнита с любой из обмоток статора. Этот параметр видим только, когда Back EMF profile установлен в Perfect trapezoid - specify maximum flux linkage. Значением по умолчанию является 0.03 Wb.

Rotor angle over which back emf is constant

Угол ротора передвигается, по которому поток постоянного магнита, соединяющий обмотку статора, является постоянным. Этот угол является _θF в фигуре, которая показывает Трапециевидную Скорость изменения Потока. Этот параметр видим только, когда Back EMF profile установлен в Perfect trapezoid - specify maximum flux linkage или Perfect trapezoid - specify maximum rotor-induced back emf. Значением по умолчанию является pi / 12 rad.

Maximum rotor-induced back emf

Пик вызванная ротором обратная эдс в обмотки статора. Этот параметр видим только, когда Back EMF profile установлен в Perfect trapezoid - specify maximum rotor-induced back emf. Значением по умолчанию является 9.6 V.

Rotor-induced back emf

Вектор значений для вызванной ротором обратной эдс как функция угла ротора. Первые и последние значения должны быть тем же самым и являются обычно оба нулем. Для получения дополнительной информации смотрите параметр Corresponding rotor angles. Первые и последние значения являются тем же самым, потому что поток является циклическим с периодом $2 π / N$ , где N является количеством пар полюса постоянного магнита. Этот параметр видим только, когда Back EMF profile установлен в Tabulated - specify rotor-induced back emf as a function of rotor angle. Значением по умолчанию является [0.0, -9.6, -9.6, 9.6, 9.6, 0.0] V.

Flux linkage partial derivative with respect to rotor angle

Вектор значений для частной производной потокосцепления (где потокосцепление является количеством времен потока обмотки поворотов) относительно угла ротора. Первые и последние значения должны быть тем же самым и являются обычно оба нулем. Для получения дополнительной информации смотрите параметр Corresponding rotor angles. Первые и последние значения являются тем же самым, потому что поток является циклическим с периодом $2 π / N$ , где N является количеством пар полюса постоянного магнита. Этот параметр видим только, когда Back EMF profile установлен в Tabulated - specify flux partial derivative with respect to rotor angle. Значением по умолчанию является [0.0, -0.1528, -0.1528, 0.1528, 0.1528, 0.0] Wb/rad.

Corresponding rotor angles

Вектор углов ротора, где частная производная потокосцепления или вызванная ротором обратная эдс заданы. Угол ротора задан как угол между a - фазой магнитная ось и d - ось. Таким образом, когда ангел является нулем, магнитные поля из-за ротора и a - обмотка фазы выравнивается. Это определение используется независимо от вашей установки блока для углового определения ротора. Первое значение является нулем, и последнее значение $2 π / N$ , где N является количеством пар полюса постоянного магнита. Этот параметр видим только, когда Back EMF profile установлен в Tabulated - specify flux partial derivative with respect to rotor angle или в Tabulated - specify rotor-induced back emf as a function of rotor angle. Значением по умолчанию является [0, 7.5, 22.5, 37.5, 52.5, 60] deg.

Rotor speed used for back emf measurement

Задайте скорость ротора, соответствующую максимуму вызванная ротором обратная эдс. Этот параметр видим только, когда Back EMF profile установлен в Perfect trapezoid - specify maximum rotor-induced back emf или Tabulated - specify rotor-induced back emf as a function of rotor angle. Значением по умолчанию является 600 rpm.

Number of pole pairs

Количество постоянного магнита подпирает пары шестами на роторе. Значением по умолчанию является 6.

Zero sequence

Опция, чтобы включать или исключить условия нулевой последовательности.

Включение Включайте условия нулевой последовательности. Чтобы приоритизировать точность модели, используйте эту настройку по умолчанию. Используя эту опцию:
- Результаты по ошибке для симуляций, которые используют решатель Разделения. Для получения дополнительной информации смотрите, что Скорость симуляции Увеличения Использует Решатель Разделения (Simscape).
- Представляет параметр нулевой последовательности в настройках Impedances.
Exclude — Исключите условия нулевой последовательности. Чтобы приоритизировать скорость симуляции для настольной симуляции или развертывания приложений, выберите эту опцию.

Rotor angle definition

Контрольная точка для углового измерения ротора. Значением по умолчанию является Angle between the a-phase magnetic axis and the d-axis. Это определение показывают в Моторной фигуре Конструкции. Когда вы выбираете это значение, ротор и a - потоки фазы выравниваются, когда угол ротора является нулем.

Другим значением, которое можно выбрать для этого параметра, является Angle between the a-phase magnetic axis and the q-axis. Когда вы выбираете это значение, a - текущая фаза генерирует максимальный крутящий момент, когда угол ротора является нулем.

Статор

Stator parameterization: Выберите Specify Ld, Lq, and L0, значение по умолчанию или Specify Ls, Lm, and Ms.
Stator d-axis inductance, Ld: Индуктивность D-оси. Этот параметр видим, только если вы устанавливаете Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0. Значением по умолчанию является 0.00022 H.
Stator q-axis inductance, Lq: Индуктивность Q-оси. Этот параметр видим, только если вы устанавливаете Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0. Значением по умолчанию является 0.00022 H.
Stator zero-sequence inductance, L0: Индуктивность нулевой последовательности. Этот параметр видим, только если вы устанавливаете Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0. Значением по умолчанию является 0.00016 H.
Stator self-inductance per phase, Ls: Средняя самоиндукция каждой из трех обмоток статора. Этот параметр видим, только если вы устанавливаете Stator parameterization на Specify Ls, Lm, and Ms. Значением по умолчанию является 0.00002 H.
Stator inductance fluctuation, Lm: Амплитуда колебания самоиндукции и взаимной индуктивности обмоток статора с углом ротора. Этот параметр видим, только если вы устанавливаете Stator parameterization на Specify Ls, Lm, and Ms. Значением по умолчанию является 0 H.
Stator mutual inductance, Ms: Средняя взаимная индуктивность между обмотками статора. Этот параметр видим, только если вы устанавливаете Stator parameterization на Specify Ls, Lm, and Ms. Значением по умолчанию является 0.00002 H.
Stator resistance per phase, Rs: Сопротивление каждой из обмоток статора. Значением по умолчанию является 0.013 Ohm.

Механическое устройство

Rotor Inertia: Инерция ротора присоединяется к механическому переводному порту R. Значением по умолчанию является 0.01 kg*m^2. Значение может быть нулем.
Rotor damping: Ротационное затухание. Значением по умолчанию является 0 N*m/(rad/s).

Ссылки

[1] Kundur, P. Устойчивость энергосистемы и управление. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Макгроу Хилл, 1993.

[2] Андерсон, пополудни анализ неработающих энергосистем. Хобокен, NJ: нажатие Wiley-IEEE, 1995.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Блоки Simscape

Гибридное возбуждение синхронная машина | Постоянный магнит синхронный двигатель

Блоки

Логика коммутации BLDC | BLDC текущий контроллер | BLDC текущий контроллер с генерацией PWM

Документация

BLDC

Библиотека

Описание

Моторная конструкция

Трапециевидная скорость изменения потока

Электрические уравнения определения

Упрощенные уравнения

Переменные

Порты

Параметры

Ротор

Статор

Механическое устройство

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Блоки Simscape

Блоки

Темы

Введенный в R2013b

Документация Simscape Electrical

Поддержка

Документация

BLDC

Библиотека

Описание

Моторная конструкция

Трапециевидная скорость изменения потока

Электрические уравнения определения

Упрощенные уравнения

Переменные

Порты

Параметры

Ротор

Статор

Механическое устройство

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Блоки Simscape

Блоки

Темы

Введенный в R2013b

Документация Simscape Electrical

Поддержка

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.