Self-Controlled Synchronous Motor Drive

Реализуйте самоуправляемый синхронный электропривод

Библиотека

Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Электроприводы / Диски AC

Описание

Блок Self-Controlled Synchronous Motor Drive (AC5) представляет классический векторный диск управления для поля раны синхронные двигатели. Этот диск показывает операцию коэффициента мощности единицы и регулировку скорости с обратной связью, на основе векторного метода управления. Операция коэффициента мощности единицы достигается через напряжение управляемый, трехфазный активный выпрямитель. Цикл регулировки скорости выводит ссылочный электромагнитный крутящий момент и поток статора машины. Прямая ссылка и квадратура (dq) компоненты статора текущее соответствие потоку статора, которым управляют, и крутящему моменту выведена на основе векторной стратегии управления. Они ссылаются на dq компоненты текущего статора, затем используются, чтобы получить необходимые сигналы логического элемента для инвертора через токовый контроллер гистерезисной полосы. Полевое напряжение, требуемое машиной, получено из цикла управления потока статора.

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 статора) 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 Self-Controlled Synchronous Motor Drive обычно называется AC5 электропривод.

Блок Self-Controlled Synchronous Motor Drive использует эти блоки из библиотеки Electric Drives / Fundamental Drive Blocks:

Контроллер скорости (AC)
Векторный контроллер (WFSM)
Активный выпрямитель
(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
Активный контроллер выпрямителя и векторное время выборки контроллера

Контроллер скорости время выборки должен быть кратным векторному времени выборки контроллера. Последнее время выборки должно быть кратным шагу времени симуляции. Инвертор среднего значения и выпрямитель позволяют использование больших шагов времени симуляции, поскольку они не генерируют небольшие постоянные времени (из-за демпферов RC) свойственный к подробным конвертерам. Для векторного контроллера и активного контроллера выпрямителя время выборки 50 мкс, хорошие результаты симуляции были получены для шага времени симуляции 50 мкс. Этот временной шаг не может, конечно, быть выше, чем самое маленькое время выборки контроллера.

Соглашение знака крутящего момента синхронной машины отличается от той асинхронного и PM синхронные машины. Таким образом, синхронная машина находится в моторном режиме работы, когда электрический крутящий момент отрицателен и в режиме работы генератора, когда электрический крутящий момент положителен.

Параметры

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 нагрузки, частотой вращения двигателя и портом вращательного механического устройства как механический вход. Значением по умолчанию является Torque Tm.

Если вы выбираете и применяете крутящий момент нагрузки, 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 signal names 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^®.

Синхронная вкладка машины

Вкладка Synchronous Machine отображает параметры блока Synchronous 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 о параметрах Универсэл-Бридж обратитесь к странице с описанием Универсэл-Бридж.

Выпрямитель среднего значения использует три после параметров.

Source frequency: Частота трехфазного источника напряжения (Гц). Значением по умолчанию является 60.
Source voltage: Линия к линейному напряжению RMS трехфазного источника напряжения (V). Значением по умолчанию является 460.
On-state resistance: Сопротивление на состоянии устройств выпрямителя (Омы). Значением по умолчанию является 1e-3.

Раздел шины DC

Capacitance: Значение емкости шины DC (F). Значением по умолчанию является 7500e-6.

Введите раздел дросселя

Входные дроссели уменьшают линию текущие гармоники.

Resistance: Входное значение сопротивления дросселя (Омы). Значением по умолчанию является 0.05.
Inductance: Входное значение индуктивности дросселя (H). Значением по умолчанию является 1e-3.

Раздел инвертора

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

Инвертор среднего значения использует два после параметров:

On-state resistance: Сопротивление на состоянии устройств инвертора (Омы). Значением по умолчанию является 1e-3.
Forward voltages [Device Vf, Diode Vdf]: Передайте напряжения, в вольтах (В), принудительно коммутируемых устройств и антипараллельных диодов. Эти значения необходимы для запуска и для режима прямоугольной волны.

Вкладка контроллера

Regulation type: Это выпадающее меню позволяет вам выбирать между регулированием крутящего момента и скоростью. Значением по умолчанию является Speed regulation.
Schematic: Когда вы нажимаете эту кнопку, схема, иллюстрирующая скорость, выпрямитель, и векторная схематика контроллеров появляется.

Контроллер скорости подвкладка

Speed ramps — Acceleration: Максимальное изменение скорости позволено во время моторного ускорения. Чрезмерно большое положительное значение может вызвать пониженное напряжение шины DC (об/мин/с). Значением по умолчанию является 100.
Speed ramps — Deceleration: Максимальное изменение скорости позволено во время моторного замедления. Чрезмерно большая отрицательная величина может вызвать повышенное напряжение шины DC (об/мин/с). Значением по умолчанию является -100.
Speed cutoff frequency: Первый порядок измерения скорости частота среза фильтра lowpass (Гц). Значением по умолчанию является 5.
Speed controller sampling time: Контроллер скорости время (время) выборки. Время выборки должно быть кратным шагу времени симуляции. Значением по умолчанию является 7*20e-6.
PI regulator — Proportional gain: Контроллер скорости пропорциональная составляющая. Значением по умолчанию является 75.
PI regulator — Integral gain: Контроллер скорости интегральная составляющая. Значением по умолчанию является 100.
Torque output limits — Negative: Максимальный отрицательный потребованный крутящий момент применился к двигателю векторным контроллером (N.m). Значением по умолчанию является -1200.
Torque output limits — Positive: Максимальный положительный потребованный крутящий момент применился к двигателю векторным контроллером (N.m). Значением по умолчанию является 1200.

Подвкладка контроллера шины DC

PI regulator — Proportional gain

Контроллер напряжения на шине DC пропорциональная составляющая. Значением по умолчанию является 10.

PI regulator — Integral gain

Контроллер напряжения на шине DC интегральная составляющая. Значением по умолчанию является 100.

Line current d component limits — Minimum (negative)

Максимальное текущее течение из DC соединяет шиной конденсатор к линии переменного тока (A). Значением по умолчанию является -800.

Line current d component limits — Maximum (positive)

Максимальное текущее течение из линии переменного тока к DC соединяет шиной конденсатор (A). Значением по умолчанию является 800.

Voltage measurement cutoff frequency

Измерение напряжения на шине частота среза фильтра lowpass (Гц). Значением по умолчанию является 100.

Active rectifier sampling time

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

Current hysteresis bandwidth

Текущая гистерезисная пропускная способность. Значением по умолчанию является 10. Это значение является общей пропускной способностью, распределенной симметрично вокруг текущего сетбола (A). Следующая фигура иллюстрирует случай, где текущий сетбол^*, и текущая гистерезисная пропускная способность установлена в дуплекс.

Этот параметр не используется при использовании инвертора среднего значения.

Примечание

Эта пропускная способность может быть превышена, потому что симуляция фиксированного шага используется. Блок перехода уровня необходим, чтобы передать данные между различными частотами дискретизации. Этот блок вызывает задержку сигналов логического элемента, таким образом, ток может превысить гистерезисную полосу.

Векторная подвкладка контроллера

Controller sampling time: Векторное время (время) выборки контроллера. Время выборки должно быть кратным шагу времени симуляции. Значением по умолчанию является 20e-6.
Machine nominal flux: Моторный поток номинала статора (Wb). Значением по умолчанию является 0.98.
Current hysteresis bandwidth: Текущая гистерезисная пропускная способность (для получения дополнительной информации смотрите подвкладку DC Bus Controller). Значением по умолчанию является 10.

Векторная подвкладка контроллера — контроллер потока раздел

PI regulator — Proportional gain: Контроллер потока пропорциональная составляющая. Значением по умолчанию является 1000.
PI regulator — Integral gain: Контроллер потока интегральная составляющая. Значением по умолчанию является 1000.
Voltage limits — Minimum: Минимальное напряжение применилось к моторному полю (V) возбуждения. Значением по умолчанию является -300.
Voltage limits — Maximum: Максимальное напряжение применилось к моторному полю (V) возбуждения. Значением по умолчанию является 300.
Flux estimation lowpass cutoff frequency: Первый порядок оценки потока фильтрует частоту среза (Гц). Значением по умолчанию является 2.

Векторная подвкладка контроллера — контроллер намагничивания раздел

Когда вы запускаете самоуправляемый синхронный двигатель, магнитный поток двигателя должен быть сначала установлен, прежде чем двигателю позволяют произвести электрический крутящий момент. Поскольку моторная полевая постоянная времени высока, полевое напряжение намного выше, чем номинал применяется для того, чтобы ускорить создание магнитного потока в синхронном двигателе. После того, как период, в который высокое напряжение применяется, полевое напряжение, опущен на свою номинальную стоимость во время второго короткого периода, который добавляет к последнему периоду, дающему общий период намагничивания. Эта процедура приглаживает запуск самоуправляемого синхронного двигателя.

Field magnetization voltage: Полевое напряжение намагничивания применялось для того, чтобы установить поток статора (V). Значением по умолчанию является 600.
High voltage field magnetization time: Полевое время (времена) приложения высокого напряжения намагничивания. Значением по умолчанию является 0.2.
Field nominal voltage: Полевое напряжение номинала (V). Значением по умолчанию является 30.
Total field magnetization time: Общее время перед диском готово произвести крутящий момент (моменты). Значением по умолчанию является 1.

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 нагрузки и скорость будут иметь противоположные знаки, ускоряющийся крутящий момент будет суммой электромагнитных и крутящих моментов нагрузки.
Tm или Wm: Механический вход: крутящий момент нагрузки (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 значения для активного выпрямителя и для инвертора.

Для активного выпрямителя:

Активный компонент текущей ссылки.
Ошибка напряжения (различие между напряжением на шине DC ссылочное и фактическое напряжение на шине DC)
Ссылка напряжения на шине DC

Для инвертора:

Ссылка крутящего момента
Ссылка потока
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.

Технические требования модели

Библиотека содержит набор параметров диска на 200 л. с. Технические требования диска на 200 л. с. показывают в следующей таблице.

14 л. с. и 200 HP Drive Specifications

		14 HP Drive	200 HP Drive
Управляйте входным напряжением
	Амплитуда	460 В	460 В
	Частота	60 Гц	60 Гц
Моторная номинальная стоимость
	Степень	14 л. с.	200 л. с.
	Скорость	1 800 об/мин	1 800 об/мин
	Напряжение	460 В	460 В

Примеры

ac5_example пример иллюстрирует симуляцию электропривода AC5 со стандартным условием 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] Краузе, P. C. Анализ электрического машинного оборудования. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1986.

Введен в R2006a

Документация