Гибридное возбуждение PMSM

Гибридное возбуждение синхронная машина с трехфазным статором раны Уая

  • Библиотека:
  • Simscape / Электрический / Электромеханический / Постоянный магнит

Описание

Блок Hybrid Excitation PMSM представляет гибридное возбуждение синхронная машина с трехфазным статором раны Уая. Постоянные магниты и обмотки возбуждения обеспечивают возбуждение машины. Данные показывают эквивалентную электрическую схему для обмоток ротора и статора.

Моторная конструкция

Схема показывает моторную конструкцию с однополюсно-парным на роторе. Для соглашения осей, когда угол механического устройства ротора θr является нулем, a - выравниваются фаза и потоки постоянного магнита. Блок поддерживает второе определение оси ротора, для которого угол механического устройства ротора задан как угол между a - фазой магнитная ось и ротором q - ось.

Уравнения

Напряжения через обмотки статора заданы

[vavbvc]=[Rs000Rs000Rs][iaibic]+[dψadtdψbdtdψcdt],

где:

  • va, vb и vc являются отдельными напряжениями фазы через обмотки статора.

  • Rs является эквивалентным сопротивлением каждой обмотки статора.

  • ia, ib и ic являются токами, текущими в обмотках статора.

  • dψadt,dψbdt, и dψcdt скорости изменения магнитного потока в каждой обмотке статора.

Напряжение через обмотку возбуждения выражается как

vf=Rfif+dψfdt,

где:

  • vf является отдельным напряжением фазы через обмотку возбуждения.

  • Rf является эквивалентным сопротивлением обмотки возбуждения.

  • if является текущим течением в обмотке возбуждения.

  • dψfdt скорость изменения магнитного потока в обмотке возбуждения.

Постоянный магнит, обмотка возбуждения и обмотки статора трехзвездочной раны способствуют потоку, соединяющему каждую обмотку. Общий поток задан

[ψaψbψc]=[LaaLabLacLbaLbbLbcLcaLcbLcc][iaibic]+[ψamψbmψcm]+[LamfLbmfLcmf]if,

где:

  • ψa, ψb и ψc являются общими потоками, соединяющими каждую обмотку статора.

  • Laa, Lbb и Lcc являются самоиндукциями обмоток статора.

  • Lab, Lac, Lba, Lbc, Lca и Lcb являются взаимной индуктивностью обмоток статора.

  • ψam, ψbm и ψcm являются потоками намагничивания, соединяющими обмотки статора.

  • Lamf, Lbmf и Lcmf являются взаимной индуктивностью обмотки возбуждения.

Индуктивность в обмотках статора является функциями ротора электрический угол и задана

θe=Nθr,

Laa=Ls+Lmпотому что(2θe),

Lbb=Ls+Lmпотому что(2(θe2π/3)),

Lcc=Ls+Lmпотому что(2(θe+2π/3)),

Lab=Lba=MsLmпотому что(2(θe+π/6)),

Lbc=Lcb=MsLmпотому что(2(θe+π/62π/3)),

Lca=Lac=MsLmпотому что(2(θr+π/6+2π/3)),

где:

  • N является количеством пар полюса ротора.

  • θr является углом механического устройства ротора.

  • θe является ротором электрический угол.

  • Ls является самоиндукцией статора на фазу. Это значение является средней самоиндукцией каждой из обмоток статора.

  • Lm является колебанием индуктивности статора. Это значение является амплитудой колебания самоиндукции и взаимной индуктивности с изменяющимся углом ротора.

  • Ms является статором взаимная индуктивность. Это значение является средней взаимной индуктивностью между обмотками статора.

Обмотка соединения потока намагничивания, a-a’ является максимумом когда θr = 0 ° и нуль когда θr = 90 °. Поэтому:

ψm=[ψamψbmψcm]=[ψmпотому чтоθrψmпотому что(θr2π/3)ψmпотому что(θr+2π/3)],

Lmf=[LamfLbmfLcmf]=[Lmfпотому чтоθrLmfпотому что(θr2π/3)Lmfпотому что(θr+2π/3)],

и

Ψf=Lfif+LmfT[iaibic],

где:

  • ψm является соединенным моторным потоком.

  • Lmf является взаимной полевой индуктивностью арматуры.

  • ψf является потоком, соединяющим обмотку возбуждения.

  • Lf является индуктивностью обмотки возбуждения.

  • [Lmf]T преобразование вектора Lmf, то есть,

    [Lmf]T=[LamfLbmfLcmf]T=[LamfLbmfLcmf].

Упрощенные уравнения

Применение преобразования Парка к блоку, электрические уравнения определения производят выражение для крутящего момента, который независим от угла ротора.

Преобразование Парка задано

P=2/3[потому чтоθeпотому что(θe2π/3)потому что(θe+2π/3)sinθesin(θe2π/3)sin(θe+2π/3)0.50.50.5].

Применение преобразования Парка к первым двум электрическим уравнениям определения производит уравнения, которые задают поведение блока:

vd=Rsid+Lddiddt+LmfdifdtNωiqLq,

vq=Rsiq+Lqdiqdt+Nω(idLd+ψm+ifLmf),

v0=Rsi0+L0di0dt,

vf=Rfif+Lfdifdt+32Lmfdiddt,

T=32N(iq(idLd+ψm+ifLmf)idiqLq),

и

Jdωdt=T=TLBmω.

где:

  • vd, vq и v0 является d - ось, q - ось и напряжения нулевой последовательности. Эти напряжения заданы

    [vdvqv0]=P[vavbvc].

  • id, iq и i0 является d - ось, q - ось и токи нулевой последовательности, заданные

    [idiqi0]=P[iaibic].

  • Ld является статором d - индуктивность оси. Ld = Ls + Ms + 3/2 Lm.

  • ω является механической скоростью вращения.

  • Lq является статором q - индуктивность оси. Lq = Ls + Ms − 3/2 Lm.

  • L0 является индуктивностью нулевой последовательности статора. L0 = Ls – 2Ms.

  • T является крутящим моментом ротора. Для блока Hybrid Excitation PMSM крутящий момент вытекает из случая машины (порт C сохранения блока) к ротору машины (порт R сохранения блока).

  • J является инерцией ротора.

  • TL является крутящим моментом загрузки.

  • Bm является затуханием ротора.

Предположения

Блок принимает, что распределение потока является синусоидальным.

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

Сохранение

развернуть все

Механический вращательный порт сохранения сопоставлен с ротором машины.

Механический вращательный порт сохранения сопоставлен со случаем машины.

Расширяемый трехфазный порт сопоставлен с обмотками статора.

Электрический порт сохранения сопоставлен с нейтральной фазой.

Электрический порт сохранения сопоставил с обмоткой возбуждения положительный терминал.

Электрический порт сохранения сопоставил с обмоткой возбуждения отрицательный терминал.

Параметры

развернуть все

Основной

Количество постоянного магнита подпирает пары шестами на роторе.

Пиковое потокосцепление постоянного магнита для любой из обмоток статора.

Метод для параметризации статора.

Зависимости

Выбор Specify Ld, Lq and L0 включает эти параметры:

  • Stator d-axis inductance, Ld

  • Stator q-axis inductance, Lq

  • Stator zero-sequence inductance, L0

Выбор Specify Ls, Lm, and Ms включает эти параметры:

  • Stator self-inductance per phase, Ls

  • Stator inductance fluctuation, Lm

  • Stator mutual inductance, Ms

Индуктивность прямой оси статора машины.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ld, Lq and L0.

Индуктивность квадратурной оси статора машины.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ld, Lq and L0.

Индуктивность нулевой оси для статора машины.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ld, Lq and L0.

Средняя самоиндукция трех обмоток статора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ls, Lm, and Ms.

Амплитуда колебания самоиндукции и взаимной индуктивности с углом ротора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ls, Lm, and Ms.

Средняя взаимная индуктивность между обмотками статора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ls, Lm, and Ms.

Индуктивность обмотки возбуждения.

Поле арматуры взаимная индуктивность.

Сопротивление каждой из обмоток статора.

Сопротивление обмотки возбуждения.

Опция, чтобы пропустить условия нулевой последовательности. Выбор:

  • Включение Включайте условия нулевой последовательности. Чтобы приоритизировать точность модели, используйте эту настройку по умолчанию. Используя эти результаты опции по ошибке для симуляций, которые используют решатель Разделения. Для получения дополнительной информации смотрите, что Скорость симуляции Увеличения Использует Решатель Разделения (Simscape).

  • Exclude — Исключите условия нулевой последовательности. Чтобы приоритизировать скорость симуляции для настольной симуляции или развертывания приложений, выберите эту опцию.

Зависимости

Выбор Include представляет параметр нулевой последовательности в настройках Impedances.

Контрольная точка для углового измерения ротора. Если вы выбираете значение по умолчанию, ротор и a - потоки фазы выравниваются для угла нулевого ротора. В противном случае a - текущая фаза генерирует максимальное значение крутящего момента для угла нулевого ротора.

Механическое устройство

Инерция ротора присоединяется к механическому переводному порту R.

Ротационное затухание.

Образцовые примеры

HESM Torque Control

Управление крутящим моментом HESM

Управляйте крутящим моментом в основанном на гибридном возбуждении синхронной машине (HESM) диске электрической тяги. Постоянные магниты и обмотка возбуждения волнуют HESM. Высоковольтная батарея питает SM через управляемый трехфазный конвертер для обмоток статора и через управляемые четыре квадрантных прерывателя для обмотки ротора. Идеальный угловой скоростной источник обеспечивает загрузку. Подсистема Управления использует подход разомкнутого цикла, чтобы управлять крутящим моментом и подходом с обратной связью, чтобы управлять током. В каждый демонстрационный момент запрос крутящего момента преобразован в соответствующие текущие ссылки. Текущее управление основано на PI. Симуляция использует несколько шагов крутящего момента и в режимах двигателя и в генератора. Подсистема Визуализации содержит осциллографы, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

Ссылки

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

[2] Mbayed, R. Анализ неработающих энергосистем. Хобокен, NJ: нажатие Wiley-IEEE, 1995.

[3] Андерсон, пополудни Вклад в Управление Гибридного Возбуждения Синхронная Машина для Встраиваемых приложений. Universite de Cergy Pontoise, 2012.

[4] Ло, X. и Т. А. Липо. “Синхронная Гибридная Машина AC / Постоянный магнит Гибридная Машина AC”. Транзакции IEEE энергетического Преобразования. Издание 15, № 2 (2000), стр 203–210.

Расширенные возможности

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

Введенный в R2017b