PMSM
Постоянный магнит синхронный двигатель с синусоидальным распределением потока
Описание
Блок PMSM моделирует постоянный магнит синхронный двигатель с трехфазным статором раны Уая. Рисунок показывает эквивалентную электрическую схему для обмоток статора.
Моторная конструкция
Этот рисунок показывает моторную конструкцию с однополюсно-парным на роторе.
Постоянные магниты генерируют магнитное поле ротора, которое создает синусоидальную скорость изменения потока с углом ротора.
Для соглашения осей в предыдущей фигуре a - выравниваются фаза и потоки постоянного магнита, когда угол механического устройства ротора, θr, является нулем. Блок поддерживает второе определение оси ротора, в котором угол механического устройства ротора задан как угол между a - фазой магнитная ось и ротором q - ось.
Уравнения
Напряжения через обмотки статора заданы:
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.
и скорости изменения магнитного потока в каждой обмотке статора.
Постоянный магнит и эти три обмотки способствуют общему потоку, соединяющему каждую обмотку. Общий поток задан:
где:
ψa, ψb и ψc являются общими потоками, соединяющими каждую обмотку статора.
Laa, Lbb и Lcc являются самоиндукциями обмоток статора.
Lab, Lac, Lba, и так далее, является взаимной индуктивностью обмоток статора.
ψam, ψbm и ψcm являются потоками постоянного магнита, соединяющими обмотки статора.
Индуктивность в обмотках статора является функциями ротора электрический угол, заданный:
и
где:
θr является углом механического устройства ротора.
θe является ротором электрический угол.
rotor offset является 0
если вы задаете ротор электрический угол относительно d-оси или -pi/2
если вы задаете ротор электрический угол относительно q-оси.
Ls является самоиндукцией статора на фазу. Это значение является средней самоиндукцией каждой из обмоток статора.
Lm является колебанием индуктивности статора. Это значение является колебанием самоиндукции и взаимной индуктивности с изменяющимся углом ротора.
Ms является статором взаимная индуктивность. Это значение является средней взаимной индуктивностью между обмотками статора.
Поток постоянного магнита, соединяющий извилистый a, является максимумом когда θe = 0 ° и нуль когда θe = 90 °. Поэтому соединенный моторный поток задан:
где ψm является потокосцеплением постоянного магнита.
Упрощенные электрические уравнения
Применение преобразования Парка с блоком, электрические уравнения производят выражение для крутящего момента, который независим от угла ротора.
Преобразование парка задано:
где θe является электрическим углом, заданным как Nθr. N является количеством пар полюса.
Используя преобразование Парка на статоре извилистые напряжения и токи преобразовывают их к системе координат dq0, которая независима от угла ротора:
и
Применение преобразования Парка к первым двум электрическим уравнениям производит следующие уравнения, которые задают поведение блока:
и
где:
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 – 2Ms. L0 является индуктивностью нулевой последовательности статора.
ω является скоростью вращательного механического устройства ротора.
N является количеством пар полюса постоянного магнита ротора.
T является крутящим моментом ротора. Крутящий момент течет из моторного случая (блокируйте физический порт C) к моторному ротору (блокируют физический порт R).
Использование блока PMSM исходная, неортогональная реализация Парка преобразовывает. При попытке применить альтернативную реализацию, вы получаете различные результаты для dq0 напряжения и токов.
Альтернативная параметризация потокосцепления
Можно параметрировать двигатель с помощью обратной эдс или закрутить константы, которые чаще всего даются на моторных таблицах данных при помощи опции Permanent magnet flux linkage.
Постоянная обратная эдс задана как пиковое напряжение, вызванное постоянным магнитом в каждой из фаз на модульную скорость вращения. Это связано с пиковым потокосцеплением постоянного магнита:
Из этого определения, из этого следует, что обратной эдс eph для одной фазы дают:
Постоянный крутящий момент задан как пиковый крутящий момент, вызванный каждой из фаз на текущий модуль. Это численно идентично в значении обратной эдс, постоянной, когда оба выражаются в единицах СИ:
Когда Ld =Lq, и когда токи во всех трех фазах сбалансированы, из этого следует, что объединенным крутящим моментом T дают:
где Ipk является максимальным током в любой из этих трех обмоток.
Фактор 3/2 следует из этого являющегося установившейся суммой крутящих моментов от всех фаз. Поэтому крутящий момент постоянный kt мог также быть задан как:
где T является измеренным общим крутящим моментом при тестировании со сбалансированным трехфазным током с пиковым линейным напряжением Ipk. Запись в терминах линейного напряжения RMS:
Вычисление железных потерь
Железные потери разделены на два условия, одно представление основного пути к намагничиванию и другое представление перекрестного зубного пути к совету, который становится активным во время ослабленной операции поля. Железная модель потерь, которая основана на работе Меллора [3].
Термин, представляющий основной путь к намагничиванию, зависит от вызванного напряжения статора RMS, :
Это - доминирующий термин в течение операции без загрузок. k является обратной эдс постоянные вольты RMS связи на Гц. Это задано как , где f является электрической частотой. Первый срок на правой стороне является магнитной гистерезисной потерей, вторым является вихрь, текущая потеря и третье являются избыточной потерей. Эти три коэффициента, появляющиеся на числителях, выведены из значений, что вы предусматриваете гистерезис разомкнутой цепи, вихрь и избыточные потери.
Термин, представляющий перекрестный зубной путь к совету, становится важным, когда поле размагничивания создано и может быть определено из теста короткой схемы анализа конечных элементов. Это зависит от эдс RMS, сопоставленной с перекрестным зубным потоком совета, :
Три условия числителя выведены из значений, вы предусматриваете гистерезис короткой схемы, вихрь и избыточные потери.
Тепловые порты
Блок имеет четыре дополнительных тепловых порта, один для каждой из этих трех обмоток и один для ротора. Эти порты скрыты по умолчанию. Чтобы осушить тепловые порты, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели, выберите > , и затем выберите желаемый вариант блока с тепловыми портами: или . Это действие отображает тепловые порты на значке блока и отсоединяет параметры Thermal Port и Temperature Dependence. Эти параметры описаны далее на этой странице с описанием.
Используйте тепловые порты, чтобы симулировать эффекты медного сопротивления и железных потерь, которые преобразуют электроэнергию нагреться. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов в блоках привода смотрите Термальные эффекты Симуляции во Вращательных и Поступательных Приводах.
Порты
Сохранение
развернуть все
~
— Трехфазный порт
электрический
n
— Нейтральная фаза
электрический
Электрический порт сохранения сопоставлен с нейтральной фазой.
R
— Моторный ротор
механическое устройство
Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с моторным ротором.
C
— Моторный случай
механическое устройство
Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с моторным случаем.
HA
— Обмотка теплового порта
тепловой
Тепловой порт сохранения, сопоставленный с обмоткой A. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты.
HB
— Обмотка B тепловой порт
тепловой
Тепловой порт сохранения, сопоставленный с обмоткой B. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты.
HC
— Обмотка C тепловой порт
тепловой
Тепловой порт сохранения, сопоставленный с обмоткой C. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты.
HR
— Ротор тепловой порт
тепловой
Тепловой порт сохранения сопоставлен с ротором. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты.
Параметры
развернуть все
Основной
Winding type
— Настройка обмоток
Wye-wound
(значение по умолчанию) | Delta-wound
Выберите настройку для обмоток:
Wye-wound
— Обмотки являются раной Уая.
Delta-wound
— Обмотки являются раной дельты. a - фаза соединяется между портами a и b, b - фазой между портами b и c и c - фаза между портами c и a.
Modeling fidelity
— Моделирование точности
Constant Ld, Lq and PM
(значение по умолчанию) | Tabulated Ld, Lq and PM
Выберите точность моделирования:
Constant Ld, Lq and PM
— Ld, Lq и значения PM являются постоянными и заданы их соответствующими параметрами.
Tabulated Ld, Lq and PM
— Ld, Lq и значения PM вычисляются онлайн из текущих интерполяционных таблиц DQ можно следующим образом:
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0
.
Number of pole pairs
— Количество пар полюса
6
(значение по умолчанию)
Количество постоянного магнита подпирает пары шестами на роторе.
Permanent magnet flux linkage parameterization
— Параметризация потокосцепления постоянного магнита
Specify flux linkage
(значение по умолчанию) | Specify torque constant
| Specify back EMF constant
Выберите Specify flux linkage
, Specify torque constant
, или Specify back EMF constant
.
Permanent magnet flux linkage
— Потокосцепление постоянного магнита
0.03
Wb
(значение по умолчанию)
Пиковое потокосцепление постоянного магнита с любой из обмоток статора.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Permanent magnet flux linkage parameterization на Specify flux linkage
и Modeling fidelity к Constant Ld, Lq and PM
.
Torque constant
— Постоянный крутящий момент
0.18
N*m/A
(значение по умолчанию)
Крутящий момент, постоянный с любой из обмоток статора.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Permanent magnet flux linkage parameterization на Specify torque constant
и Modeling fidelity к Constant Ld, Lq and PM
.
Back EMF constant
— Постоянная Обратная эдс
0.18
V*s/rad
(значение по умолчанию)
Обратная эдс, постоянная с любой из обмоток статора.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Permanent magnet flux linkage parameterization на Specify back EMF constant
и Modeling fidelity к Constant Ld, Lq and PM
.
Stator parameterization
— Параметризация статора
Specify Ld, Lq, and L0
(значение по умолчанию) | Specify Ls, Lm, and Ms
Выберите Specify Ld, Lq, and L0
или Specify Ls, Lm, and Ms
.
Stator d-axis inductance, Ld
— Индуктивность d-оси статора
0.00022
H
(значение по умолчанию)
Индуктивность D-оси.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0
и Modeling fidelity к Constant Ld, Lq and PM
.
Stator q-axis inductance, Lq
— Индуктивность q-оси статора
0.00022
H
(значение по умолчанию)
Индуктивность Q-оси.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0
и Modeling fidelity к Constant Ld, Lq and PM
.
Direct-axis current vector, iD
— Прямая ось текущий вектор
[-200, 0, 200]
A
(значение по умолчанию)
Прямая ось текущий вектор, ID.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0
и Modeling fidelity к Tabulated Ld, Lq and PM
.
Quadrature-axis current vector, iQ
— Квадратурная ось текущий вектор
[-200, 0, 200]
A
(значение по умолчанию)
Квадратурная ось текущий вектор, IQ.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0
и Modeling fidelity к Tabulated Ld, Lq and PM
.
Ld matrix, Ld(id,iq)
— Матрица Ld
0.0002 * ones(3, 3)
H
(значение по умолчанию)
Матрица Ld.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0
и Modeling fidelity к Tabulated Ld, Lq and PM
.
Lq matrix, Lq(id,iq)
— Матрица Lq
0.0002 * ones(3, 3)
H
(значение по умолчанию)
Матрица Lq.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0
и Modeling fidelity к Tabulated Ld, Lq and PM
.
Permanent magnet flux linkage, PM(id,iq)
— Потокосцепление постоянного магнита
0.1 * ones(3, 3)
Wb
(значение по умолчанию)
Потокосцепление постоянного магнита.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите:
Stator parameterization к Specify Ld, Lq, and L0
Modeling fidelity к Tabulated Ld, Lq and PM
Permanent magnet flux linkage parameterization к Specify flux linkage
Torque constant matrix, kt(iD,iQ)
— Обеспечьте постоянную матрицу
0.18 * ones(3, 3)
N*m/A
(значение по умолчанию)
Закрутите постоянную матрицу.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите:
Stator parameterization к Specify Ld, Lq, and L0
Modeling fidelity к Tabulated Ld, Lq and PM
Permanent magnet flux linkage parameterization к Specify torque constant
Back EMF constant matrix, ke(iD,iQ)
— Потокосцепление постоянного магнита
0.18 * ones(3, 3)
V/(rad/s)
(значение по умолчанию)
Обратная эдс постоянная матрица.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите:
Stator parameterization к Specify Ld, Lq, and L0
Modeling fidelity к Tabulated Ld, Lq and PM
Permanent magnet flux linkage parameterization к Specify back EMF constant
Stator zero-sequence inductance, L0
— Индуктивность нулевой последовательности статора
0.00016
H
(значение по умолчанию)
Индуктивность нулевой последовательности.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Winding Type на Wye-wound
и Stator parameterization к Specify Ld, Lq, and L0
.
Stator self-inductance per phase, Ls
— Самоиндукция статора на фазу
0.0002
H
(значение по умолчанию)
Средняя самоиндукция каждой из трех обмоток статора.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ls, Lm, and Ms
.
Stator inductance fluctuation, Lm
— Колебание индуктивности статора
-0.0002
H
(значение по умолчанию)
Колебание самоиндукции и взаимной индуктивности обмоток статора с углом ротора.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ls, Lm, and Ms
.
Stator mutual inductance, Ms
— Статор взаимная индуктивность
0.00002
H
(значение по умолчанию)
Средняя взаимная индуктивность между обмотками статора.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ls, Lm, and Ms
.
Stator resistance per phase, Rs
— Сопротивление статора на фазу
0.013
Ohm
(значение по умолчанию)
Сопротивление каждой из обмоток статора.
Zero sequence
— Нулевая опция последовательности
Include
(значение по умолчанию) | Exclude
Опция, чтобы включать или исключить условия нулевой последовательности.
Include
— Включайте условия нулевой последовательности. Чтобы приоритизировать точность модели, используйте эту настройку по умолчанию. Используя эту опцию:
Exclude
— Исключите условия нулевой последовательности. Чтобы приоритизировать скорость симуляции для настольной симуляции или развертывания приложений, выберите эту опцию.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Winding Type на Wye-wound
.
Rotor angle definition
— Контрольная точка для углового измерения ротора
Angle between the a-phase magnetic axis and the d-axis
(значение по умолчанию) | Angle between the a-phase magnetic axis and the q-axis
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.
Железные потери
Iron-loss
— Включите Железный расчет потерь
None
(значение по умолчанию) | Empirical
Задайте железную вычислительную модель потерь.
Open-circuit iron losses, [P_hysteresis P_eddy P_excess]
— Потери железа разомкнутой цепи
[0, 0, 0]
W
(значение по умолчанию)
Вектор-строка, длины 3, потерь железа разомкнутой цепи из-за гистерезиса, Эдди и избыточных потерь, соответственно, на частоте задан Electrical frequency at which losses determined.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Iron-loss на Empirical
.
Short-circuit iron losses, [P_hysteresis P_eddy P_excess]
— Потери железа короткой схемы
[0, 0, 0]
W
(значение по умолчанию)
Вектор-строка, длины 3, потерь железа короткой схемы из-за гистерезиса, Эдди и избыточных потерь, соответственно, на частоте задан Electrical frequency at which losses determined.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Iron-loss на Empirical
.
Electrical frequency at which losses determined
— Электрическая частота, на которой определяются потери
60
Hz
(значение по умолчанию)
Электрическая частота, на которой были измерены разомкнутая цепь и потери железа короткой схемы.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Iron-loss на Empirical
.
Short-circuit RMS current for short-circuit iron losses
— RMS короткой схемы, текущая за потери железа короткой схемы
95
A
(значение по умолчанию)
Получившаяся фаза RMS короткой схемы, текущая при измерении потерь короткой схемы.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Iron-loss на Empirical
.
Механическое устройство
Rotor inertia
— Инерция ротора
0.01
kg*m^2
(значение по умолчанию)
Инерция ротора присоединяется к механическому поступательному порту R. Значение может быть нулем.
Rotor damping
— Затухание ротора
0
N*m/(rad/s)
(значение по умолчанию)
Температурная зависимость
Эти параметры появляются только для блоков с осушенными тепловыми портами. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты.
Measurement temperature
— Температура измерения
298.15
K
(значение по умолчанию)
Температура, для которой заключаются в кавычки моторные параметры.
Resistance temperature coefficient
— Коэффициент температуры сопротивления
3.93e-3
1/K
(значение по умолчанию)
Коэффициент α в сопротивлении связи уравнения температуре, как описано в Тепловой Модели для Блоков Привода. Значение по умолчанию для меди.
Permanent magnet flux temperature coefficient
— Коэффициент температуры потока постоянного магнита
-0.001
1/K
(значение по умолчанию)
Дробная скорость изменения плотности потока постоянного магнита с температурой. Это используется, чтобы линейно уменьшать крутящий момент и вызванную обратную эдс, когда температура повышается.
Тепловой порт
Эти параметры появляются только для блоков с осушенными тепловыми портами. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты.
Thermal mass for each stator winding
— Количество тепла для каждой обмотки статора
100
J/K
(значение по умолчанию)
Значение количества тепла для A, B, и обмотки C. Количество тепла является энергией, требуемой повысить температуру одной степенью.
Rotor thermal mass
— Количество тепла ротора
200
J/K
(значение по умолчанию)
Количество тепла ротора, то есть, энергия, требуемая повысить температуру ротора одной степенью.
Percentage of main flux path iron losses associated with the rotor
— Процент основных потерь железа пути к потоку сопоставлен с ротором
90
(значение по умолчанию)
Процент основных потерь железа пути к потоку сопоставлен с магнитным путем через ротор. Это определяет, сколько из железного нагревания потерь приписано ротору тепловой порт HR, и сколько приписано трем извилистым тепловым портам HA, HB и HC.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Iron-loss на Empirical
.
Percentage of cross-tooth flux path iron losses associated with the rotor
— Процент перекрестных зубных потерь железа пути к потоку сопоставлен с ротором
30
(значение по умолчанию)
Процент перекрестных зубных потерь железа пути к потоку сопоставлен с магнитным путем через ротор. Это определяет, сколько из железного нагревания потерь приписано ротору тепловой порт HR, и сколько приписано трем извилистым тепловым портам HA, HB и HC.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, установите Iron-loss на Empirical
.
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.
[3] Меллор, P.H., Р. Робель и Д. Холидей. “В вычислительном отношении эффективная железная модель потерь для бесщеточных машин AC, которая обслуживает расчетный поток и поле, ослабила операцию”. IEEE Электрическая Конференция по Машинам и Дискам. Май 2009.
Расширенные возможности
Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.
Смотрите также
Блоки Simscape
Блоки
Введенный в R2013b