Switched Reluctance Machine

Трехфазная коммутируемая машина нежелания

  • Библиотека:
  • Simscape / Электрический / Электромеханический / Reluctance & Stepper

Описание

Блок Switched Reluctance Machine представляет трехфазную коммутируемую машину нежелания (SRM). Статор имеет три пары полюса, неся эти три обмотки для электродвигателя, и ротор имеет несколько немагнитных полюсов. Двигатель производит крутящий момент путем подачи питания на пару полюса статора, стимулирования силы на самых близких полюсах ротора и получения по запросу их к выравниванию. Схема показывает моторную конструкцию.

Выберите эту машину в своем приложении, чтобы использовать в своих интересах эти свойства:

  • Низкая стоимость

  • Относительно безопасные провальные токи

  • Робастность к операции высокой температуры

  • Высокое отношение крутящего момента к инерции

Используйте этот блок, чтобы смоделировать SRM использование легко измеримых или допускающих оценку параметров. Чтобы смоделировать SRM, использующий данные FEM, смотрите Коммутируемый Двигатель Нежелания, Параметрированный с Данными FEM.

Уравнения

Коммутируемый блок машины нежелания

Угол диапазона ротора для трехфазной машины

θst=2π3Nr,

где:

  • θst является топить углом.

  • Nr является количеством полюсов ротора.

Производственная возможность крутящего момента, β, одного полюса ротора

β=2πNr.

Математическая модель для коммутируемой машины нежелания (SRM) очень нелинейна из-за влияния магнитного насыщения на потокосцеплении к углу, λ (θph) кривая. Уравнение напряжения фазы для SRM

vph=Rsiph+dλph(iph,θph)dt

где:

  • vph является напряжением на фазу.

  • Rs является сопротивлением статора на фазу.

  • iph является током на фазу.

  • λph является потокосцеплением на фазу.

  • θph является углом на фазу.

Перезапись уравнения напряжения фазы в терминах частных производных дает к этому уравнению:

vph=Rsiph+λphiphdiphdt+λphθphdθphdt.

Переходная индуктивность задана как

Lt(iph,θph)=λph(iph,θph)iph,

или проще как

λphiph.

Противоэлектродвижущая сила задана как

Eph=λphθphωr.

Замена этими условиями в переписанное уравнение напряжения дает к этому уравнению напряжения:

vph=Rsiph+Lt(iph,θph)diphdt+Eph.

Применение co-энергетической формулы к уравнениям для крутящего момента,

Tph=W(θph)θr,

и энергия,

W(iph,θph)=0iphλph(iph,θph)diph

дает к интегральному уравнению, которое задает мгновенный крутящий момент на фазу, то есть,

Tph (iph,θph)=0iphλph(iph,θph)θphdiph.

Интеграция по фазам дает это уравнение, которое задает общий мгновенный крутящий момент для трехфазного SRM:

T=j=13Tph(j).

Уравнение для движения

Jdωdt=TTLBmω

где:

  • J является инерцией ротора.

  • ω является скоростью вращательного механического устройства.

  • T является крутящим моментом ротора. Для блока Switched Reluctance Machine крутящий момент течет из случая машины (порт C сохранения блока) к ротору машины (порт R сохранения блока).

  • TL является крутящим моментом загрузки.

  • J является инерцией ротора.

  • Bm является затуханием ротора.

Для высокочастотной разработки моделирования и управления используйте эмпирические данные и вычисление конечного элемента, чтобы определить кривую потокосцепления в терминах тока и угла, то есть,

λph(iph,θph).

Для моделирования низкого качества можно также аппроксимировать кривую с помощью аналитических методов. Один такой метод [2] использование эта показательная функция:

λph(iph,θph)=λsat(1eiphf(θph)),

где:

  • λsat является влажным потокосцеплением.

  • f (θr) получен расширением Фурье.

Для расширения Фурье используйте первые два даже термины этого уравнения:

f(θph)=a+bcos(Nrθph)

где a> b,

a= Lmin+Lmax2λsat,

и

b= LmaxLmin2λsat.

Коммутируемый моторный блок нежелания

Кривая потокосцепления аппроксимирована на основе параметрических и геометрических данных:

λph(iph,θph)=λsat(1eL0(θ)iph/λsat),

где L0 является ненасыщенной индуктивностью.

Эффекты насыщения являются более видными, когда продукт текущей и ненасыщенной индуктивности приближается к влажному значению потокосцепления. Задайте это значение с помощью параметра Saturated flux linkage.

Дифференциация уравнения потока затем дает извилистую индуктивность:

L(θph)=L0(θph)e(L0(θph)iph/λsat)

Ненасыщенная индуктивность варьируется между минимальным и максимальным значением. Минимальное значение происходит, когда полюс ротора непосредственно между двумя полюсами статора. Максимум происходит, когда полюс ротора выравнивается с полюсом статора. Промежуточный эти две точки, блок аппроксимирует ненасыщенную индуктивность линейно как функцию угла ротора. Этот рисунок показывает ненасыщенную индуктивность, когда полюс ротора передает по полюсу статора.

В фигуре:

  • θR соответствует углу, за которым подухаживает полюс ротора. Установите его с помощью параметра Angle subtended by each rotor pole.

  • θS соответствует углу, за которым подухаживает полюс статора. Установите его с помощью параметра Angle subtended by each stator pole.

  • θC соответствует углу, за которым подухаживает этот полный цикл, определенный 2π/2n, где n является количеством пар полюса статора.

Моделирование вариантов

Блок обеспечивает четыре варианта моделирования. Чтобы выбрать желаемый вариант, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели. Из контекстного меню выберите Simscape> Block choices, и затем один из этих вариантов:

  • Composite three-phase ports | No thermal port — Блок содержит составные трехфазные электрические порты сохранения, сопоставленные с обмотками статора, но не содержит тепловые порты. Этим вариантом является значение по умолчанию.

  • Expanded three-phase ports | No thermal port — Блок содержит расширенные электрические порты сохранения, сопоставленные с обмотками статора, но не содержит тепловые порты.

  • Composite three-phase ports | Show thermal port — Блок содержит составные трехфазные электрические порты сохранения, сопоставленные с обмотками статора и четырьмя тепловыми портами сохранения, один для каждой из этих трех обмоток и один для ротора.

  • Expanded three-phase ports | Show thermal port — Блок содержит расширенные электрические порты сохранения, сопоставленные с обмотками статора и четырьмя тепловыми портами сохранения, один для каждой из этих трех обмоток и один для ротора.

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.

Зависимости

Выбор теплового варианта блока отсоединяет тепловые параметры.

Численное сглаживание

На практике магнитные краевые эффекты препятствуют тому, чтобы индуктивность приняла трапециевидную форму, когда полюс ротора передает по полюсу статора. Чтобы смоделировать эти эффекты и избежать разрывов градиента, которые препятствуют сходимости решателя, блок сглаживает градиент ∂L0/∂θ в точках перегиба. Чтобы изменить угол, по которому применяется это сглаживание, используйте параметр Angle over which flux gradient changes are smoothed.

Предположения

Блок принимает, что нулевой угол ротора соответствует полюсу ротора, который выравнивается отлично с a - фаза.

Переменные

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

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический сохраняющий трехфазный порт сопоставлен с положительными терминалами обмоток статора.

Зависимости

Этот порт осушен, если вы выбираете один из этих вариантов модели:

  • Composite three-phase ports | No thermal port

  • Composite three-phase ports | Show thermal port

Электрический сохраняющий трехфазный порт сопоставлен с отрицательными терминалами обмоток статора.

Зависимости

Этот порт осушен, если вы выбираете один из этих вариантов модели:

  • Composite three-phase ports | No thermal port

  • Composite three-phase ports | Show thermal port

Электрический порт сохранения, сопоставленный с положительным терминалом статора, проветривающего a.

Зависимости

Этот порт осушен, если вы выбираете один из этих вариантов модели:

  • Expanded three-phase ports | No thermal port

  • Expanded three-phase ports | Show thermal port

Электрический порт сохранения, сопоставленный с отрицательным терминалом статора, проветривающего a.

Зависимости

Этот порт осушен, если вы выбираете один из этих вариантов модели:

  • Expanded three-phase ports | No thermal port

  • Expanded three-phase ports | Show thermal port

Электрический порт сохранения, сопоставленный с положительным терминалом статора, проветривающего b.

Зависимости

Этот порт осушен, если вы выбираете один из этих вариантов модели:

  • Expanded three-phase ports | No thermal port

  • Expanded three-phase ports | Show thermal port

Электрический порт сохранения, сопоставленный с отрицательным терминалом статора, проветривающего b.

Зависимости

Этот порт осушен, если вы выбираете один из этих вариантов модели:

  • Expanded three-phase ports | No thermal port

  • Expanded three-phase ports | Show thermal port

Электрический порт сохранения, сопоставленный с положительным терминалом статора, проветривающего c.

Зависимости

Этот порт осушен, если вы выбираете один из этих вариантов модели:

  • Expanded three-phase ports | No thermal port

  • Expanded three-phase ports | Show thermal port

Электрический порт сохранения, сопоставленный с отрицательным терминалом статора, проветривающего c.

Зависимости

Этот порт осушен, если вы выбираете один из этих вариантов модели:

  • Expanded three-phase ports | No thermal port

  • Expanded three-phase ports | Show thermal port

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с ротором.

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен со статором или преобразованием регистра.

Тепловой порт сохранения, сопоставленный со статором, проветривающим a.

Зависимости

Этот порт осушен, если вы выбираете один из этих вариантов модели:

  • Composite three-phase ports | Show thermal port

  • Expanded three-phase ports | Show thermal port

Тепловой порт сохранения, сопоставленный со статором, проветривающим b.

Зависимости

Этот порт осушен, если вы выбираете один из этих вариантов модели:

  • Composite three-phase ports | Show thermal port

  • Expanded three-phase ports | Show thermal port

Тепловой порт сохранения, сопоставленный со статором, проветривающим c.

Зависимости

Этот порт осушен, если вы выбираете один из этих вариантов модели:

  • Composite three-phase ports | Show thermal port

  • Expanded three-phase ports | Show thermal port

Тепловой порт сохранения сопоставлен с ротором.

Зависимости

Этот порт осушен, если вы выбираете один из этих вариантов модели:

  • Composite three-phase ports | Show thermal port

  • Expanded three-phase ports | Show thermal port

Параметры

развернуть все

Основной

Количество пар полюса на роторе.

Сопротивление на фазу каждой из обмоток статора.

Метод для параметризации статора.

Зависимости

Выбор Specify parametric data включает эти параметры:

  • Magnetizing resistance

  • Saturated flux linkage

  • Aligned inductance

  • Unaligned inductance

Выбор Specify parametric and geometric data включает эти параметры:

  • Magnetizing resistance

  • Saturated flux linkage

  • Aligned inductance

  • Unaligned inductance

  • Angle subtended by each stator pole

  • Angle subtended by each rotor pole

  • Angle over which flux gradient changes are smoothed

Выбор Specify tabulated flux data включает эти параметры:

  • Current vector, i

  • Angle vector, theta

  • Flux linkage matrix, Phi(i,theta)

Общее сопротивление намагничивания для каждой из обмоток фазы. Значение по умолчанию inf указывает, что нет никаких железных потерь.

Зависимости

Этот параметр отсоединен, когда вы устанавливаете Stator parameterization на Specify parametric data или Specify parametric and geometric data.

Влажное потокосцепление на фазу.

Зависимости

Этот параметр отсоединен, когда вы устанавливаете Stator parameterization на Specify parametric data или Specify parametric and geometric data.

Значение этого параметра должно быть больше значения параметра Unaligned inductance.

Зависимости

Этот параметр отсоединен, когда вы устанавливаете Stator parameterization на Specify parametric data или Specify parametric and geometric data.

Значение этого параметра должно быть меньше значения параметра Aligned inductance.

Зависимости

Этот параметр отсоединен, когда вы устанавливаете Stator parameterization на Specify parametric data или Specify parametric and geometric data.

Угол заполнен каждым зубом статора. Это значение должно быть больше или быть равно значению Angle subtended by each rotor pole.

Зависимости

Этот параметр отсоединен, когда вы устанавливаете Stator parameterization на Specify parametric and geometric data.

Угол заполнен каждым зубом ротора.

Зависимости

Этот параметр отсоединен, когда вы устанавливаете Stator parameterization на Specify parametric and geometric data.

Угол, по которому сглаживается резкий край в трапециевидной кривой индуктивности. Это значение должно быть меньшим, чем значение Angle subtended by each rotor pole.

Зависимости

Этот параметр отсоединен, когда вы устанавливаете Stator parameterization на Specify parametric and geometric data.

Текущий вектор раньше идентифицировал семейство кривых потокосцепления.

Зависимости

Этот параметр отсоединен, когда вы устанавливаете Stator parameterization на Specify tabulated flux data.

Угловой вектор раньше идентифицировал семейство кривых потокосцепления.

Зависимости

Этот параметр отсоединен, когда вы устанавливаете Stator parameterization на Specify tabulated flux data.

Матрица потокосцепления, которая задает семейство кривых потокосцепления.

Зависимости

Этот параметр отсоединен, когда вы устанавливаете Stator parameterization на Specify tabulated flux data.

Механическое устройство

Инерция ротора присоединяется к механическому поступательному порту R.

Ротационное затухание.

Тепловой

Эти параметры появляются только для блоков с осушенными тепловыми портами.

Коэффициент α в сопротивлении связи уравнения температуре для всех трех обмоток, как описано в Тепловой Модели для Блоков Привода. Значение по умолчанию, 3.93e-3 1/K, для меди.

Температура, для которой заключаются в кавычки моторные параметры.

Значение количества тепла для a - b - и c - обмотки. Количество тепла является энергией, требуемой повысить температуру одной степенью.

Количество тепла ротора. Количество тепла является энергией, требуемой повысить температуру ротора одной степенью.

Процент сопротивления намагничивания сопоставлен с магнитным путем через ротор. Этот параметр определяет, сколько из железного нагревания потерь приписано:

  • Ротор тепловой порт HR

  • Три статора тепловые порты HA, HB и HC

Ссылки

[1] Boldea, я. и С. А. Насар. Электроприводы, второй выпуск. Нью-Йорк: CRC, 2005.

[2] Илич '-Spong, M. R. Марино, С. Пересада и Д. Тейлор. “Управление линеаризацией обратной связи коммутируемых двигателей нежелания”. Транзакции IEEE на Автоматическом управлении. Издание 32, № 5, 1987, стр 371–379.

Расширенные возможности

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

Введенный в R2017b

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте