Field-Oriented Control Induction Motor Drive

Реализуйте модель диска асинхронного двигателя ориентированного на поле управления (FOC)

Библиотека

Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Электроприводы / Диски AC

Описание

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 метода управления вектора feedforward. 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 расчета, реализация этого диска требует быстро вычислительных процессоров или DSPS.

Примечание

В программном обеспечении Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems блок Field-Oriented Control Induction Motor Drive обычно называется AC3 электропривод.

Блок Field-Oriented Control Induction Motor Drive использует эти блоки из 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 симулировать 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 постоянные времени (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.

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 выбираете Single output bus, все переменные выводятся 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 портом вращательного механического устройства как механический вход. Значением по умолчанию является Torque Tm.

Если вы выбираете и применяете крутящий момент загрузки, выход является частотой вращения двигателя согласно следующему дифференциальному уравнению, которое описывает механическую системную динамику:

$T_{e} = J \frac{d}{d t} ω_{r} + F ω_{r} + T_{m}$

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 порта вращательного механического устройства 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 bus as labels

Когда вы устанавливаете этот флажок, Motorconv, и Ctrl измерение выходные параметры использует 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, выход использует определение сигнала, чтобы идентифицировать метки шины. Метки содержат неалфавитно-цифровые символы, которые несовместимы с некоторыми приложениями Simulink^®.

Set sensorless

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.

Асинхронная вкладка машины

Вкладка Asynchronous Machine отображает параметры блока Asynchronous Machine Основных Блоков (powerlib) библиотека.

Конвертеры и вкладка шины DC

Раздел выпрямителя

Раздел Rectifier вкладки Converters and DC Bus отображает параметры блока Universal Bridge Основных Блоков (powerlib) библиотека. Для получения дополнительной информации об универсальных параметрах моста обратитесь к странице с описанием Универсэл-Бридж.

Раздел шины DC

Capacitance: Емкость шины DC (F). Значением по умолчанию является 2000e-6.

Торможение раздела прерывателя

Resistance: 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.
Chopper frequency: Тормозящая частота прерывателя (Гц). Значением по умолчанию является 4000.
Activation voltage: 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.
Shutdown voltage: 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 инвертора

Раздел Inverter вкладки Converters and DC Bus отображает параметры блока Universal Bridge 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.

Source frequency: Частота трехфазного источника напряжения (Гц). Значением по умолчанию является 60.
On-state resistance: Сопротивление на состоянии переключателей инвертора (Омы). Значением по умолчанию является 1e-3.

Вкладка контроллера

Тип регулирования: Это всплывающее меню позволяет вам выбирать между регулированием крутящего момента и скоростью. Значением по умолчанию является Speed regulation.
Modulation type: Выберите гистерезис или модуляцию вектора пробела. Типом модуляции по умолчанию является Hysteresis.
Schematic: Когда вы нажимаете эту кнопку, схема, иллюстрирующая скорость и текущую схематику контроллеров, появляется.

Контроллер скорости раздел

Speed Ramps — Acceleration: 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.
Speed Ramps — Deceleration: 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.
Speed cutoff frequency: Первый порядок измерения скорости частота среза фильтра lowpass (Гц). Этот параметр используется в режиме регулирования скорости только. Значением по умолчанию является 1000.
Speed controller sampling time: Контроллер скорости время (время) выборки. Время выборки должно быть кратным шагу времени симуляции. Значением по умолчанию является 100e-6.
PI regulator — Proportional gain: Контроллер скорости пропорциональное усиление. Этот параметр используется в режиме регулирования скорости только. Значением по умолчанию является 300.
PI regulator — Integral gain: Контроллер скорости интегральное усиление. Этот параметр используется в режиме регулирования скорости только. Значением по умолчанию является 2000.
Torque output limits — Negative: Максимальный отрицательный потребованный крутящий момент применился к двигателю текущим контроллером (N.m). Значением по умолчанию является -1200.
Torque output limits — Positive: Максимальный положительный потребованный крутящий момент применился к двигателю текущим контроллером (N.m). Значением по умолчанию является 1200.

Поле ориентированный раздел управления

Flux Controller — Proportional gain

Контроллер потока пропорциональное усиление. Значением по умолчанию является 100.

Flux Controller — Integral gain

Контроллер потока интегральное усиление. Значением по умолчанию является 30.

Flux output limits — Negative

Контроллер потока максимальный отрицательный выход (Wb). Значением по умолчанию является -2.

Flux output limits — Positive

Контроллер потока максимальный положительный выход (Wb). Значением по умолчанию является 2.

Lowpass filter cutoff frequency

Первый порядок оценки потока фильтрует частоту среза (Гц). Значением по умолчанию является 16.

Sampling Time

Контроллер FOC время (время) выборки. Время выборки должно быть кратным шагу времени симуляции. Значением по умолчанию является 20e-6.

Current controller hysteresis band

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.

Maximum switching frequency

Максимальный инвертор, переключающий частоту (Гц). Этот параметр не используется при использовании инвертора среднего значения. Значением по умолчанию является 20000.

Show/Hide Autotuning Control

Выберите, чтобы показать или скрыть параметры инструмента Autotuning Control.

Автоматическая настройка Раздела циклов PI

Desired damping [zeta]: Задайте фактор затухания, используемый в вычислении усилений Кп и Ки блока Speed Controller (AC). Значением по умолчанию является 0.9.
Desired response time @ 5% [Trd (sec)]: Задайте желаемое время урегулирования 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.
Bandwidth ratio (InnerLoop/SpeedLoop): Задайте отношение между пропускной способностью и собственной частотой регулятора. Значением по умолчанию является 30.
Calculate PI regulator gains: Вычислите Proportional gain и параметры Integral gain Speed Controller (AC) и блоков Field-Oriented Controller. Расчет основан 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.

Вкладка Sensorless

Proportional gain

Задайте значение пропорционального усиления регулятора PI, который используется, чтобы настроить частоту вращения двигателя.

Значением по умолчанию является 5000.

Integral gain

Задайте значение интегрального усиления регулятора PI, который используется, чтобы настроить частоту вращения двигателя.

Значением по умолчанию является 50.

Upper - Upper output limit

Задайте верхний выходной предел ПИ-контроллера.

Значением по умолчанию является 500.

Lower - Lower output limit

Задайте ниже выходной предел ПИ-контроллера.

Значением по умолчанию является -500.

Controller sample time

Шаг расчета контроллера, в s. Шаг расчета должен быть кратным шагу времени симуляции. Значением по умолчанию является 2e-06.

Блокируйте вводы и выводы

SP: Скорость 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 Wm: Механический вход: загрузите крутящий момент (TM) или частота вращения двигателя (Wm). Для порта вращательного механического устройства (S), удален этот вход.
A, B, C: Три терминала фазы электропривода.
Wmte или S: Механический выход: частота вращения двигателя (Wm), электромагнитный крутящий момент (Те) или порт вращательного механического устройства (S).

Когда параметр Output bus mode устанавливается на Multiple output buses, блок имеет следующие три выходных шины:

Motor

Моторный вектор измерения. Этот вектор позволяет вам наблюдать переменные двигателя с помощью блока Селектора Шины.

Conv

Трехфазный вектор измерения конвертеров. Этот вектор содержит:

Напряжение на шине DC
Выпрямитель текущий выход
Текущий вход инвертора

Обратите внимание на то, что все текущие значения и значения напряжения мостов могут визуализироваться с блоком Multimeter.

Ctrl

Вектор 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 выход.

Спецификации модели

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

Примеры

ac3_example пример иллюстрирует симуляцию электропривода AC3 со стандартными условиями 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] Grelet, G. и Г. Клерк. Actionneurs électriques. Париж: Éditions Eyrolles, 1997.

[3] Краузе, P. C. Анализ электрического машинного оборудования. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1986.

Документация