BLDC

Бесщеточный двигатель постоянного тока с тремя обмотками с трапециевидным распределением потока

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

  • BLDC block

Описание

Блок BLDC моделирует постоянный магнит синхронная машина с трехфазным статором раны Уая. Блок имеет четыре опции для определения распределения потока постоянного магнита как функция угла ротора. Две опции допускают простую параметризацию путем принятия совершенного трапецоида для коэффициента противо-ЭДС. Для простой параметризации вы задаете или потокосцепление или вызванный ротором коэффициент противо-ЭДС. Другие две опции дают более точные результаты с помощью табличных данных, которые вы задаете. Для более точных результатов вы задаете или частную производную потокосцепления или измеренный коэффициент противо-ЭДС, постоянную для данной скорости ротора.

Рисунок показывает эквивалентную электрическую схему для обмоток статора.

Моторная конструкция

Этот рисунок показывает моторную конструкцию с однополюсно-парным на роторе.

Для соглашения осей на предыдущем рисунке a - выравниваются фаза и потоки постоянного магнита, когда угол ротора θr является нулем. Блок поддерживает второе определение оси ротора. Для второго определения угол ротора является углом между a - фазой магнитная ось и ротором q - ось.

Трапециевидная скорость изменения потока

Магнитное поле ротора из-за постоянных магнитов создает трапециевидную скорость изменения потока с углом ротора. Рисунок показывает эту скорость изменения потока.

Коэффициент противо-ЭДС является скоростью изменения потока, заданного

dΦdt=Φθdθdt=Φθω,

где:

  • Φ является потокосцеплением постоянного магнита.

  • θ является углом ротора.

  • ω является скоростью вращательного механического устройства.

Высота h из трапециевидной скорости изменения потока профиль выведен из потока пика постоянного магнита.

Интеграция Φθ в области значений 0 к π/2,

Φmax=h2(θF+θW),

где:

  • Φmax является потокосцеплением постоянного магнита.

  • h является скоростью изменения высоты профиля потока.

  • θF является углом ротора, передвигаются, по которому, коэффициент противо-ЭДС что поток постоянного магнита вызывает в статоре, является постоянным.

  • θW является углом ротора, передвигаются, по которым увеличениям коэффициента противо-ЭДС или уменьшается линейно, когда ротор перемещается в постоянную скорость.

Реорганизация предыдущего уравнения,

h=2Φmax/(θF+θW).

Электрические уравнения определения

Напряжения через обмотки статора заданы

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

где:

  • va, vb и vc являются внешними напряжениями, применился к трем моторным электрическим соединениям.

  • 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.

Постоянный магнит и эти три обмотки способствуют общему потоку, соединяющему каждую обмотку. Общий поток задан

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

где:

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

  • Laa, Lbb и Lcc являются самоиндукциями обмоток статора.

  • Lab, Lac, Lba, и т.д. является взаимной индуктивностью обмоток статора.

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

Индуктивность в обмотках статора является функциями угла ротора, заданного

Laa=Ls+Lmcos(2θr),

Lbb=Ls+Lmcos(2(θr2π/3)),

Lcc=Ls+Lmcos(2(θr+2π/3)),

Lab=Lba=MsLmcos(2(θr+π/6)),

Lbc=Lcb=MsLmcos(2(θr+π/62π/3)),

и

Lca=Lac=MsLmcos(2(θr+π/6+2π/3)),


где:

  • Ls является самоиндукцией статора на фазу — средняя самоиндукция каждой из обмоток статора.

  • Lm является колебанием индуктивности статора — колебание самоиндукции и взаимной индуктивности с изменяющимся углом ротора.

  • Ms является статором взаимная индуктивность — средняя взаимная индуктивность между обмотками статора.

Поток постоянного магнита, соединяющий каждую обмотку статора, следует за трапециевидным показанным на рисунке профилем. Блок реализует трапециевидный профиль с помощью интерполяционных таблиц, чтобы вычислить значения потока постоянного магнита.

Упрощенные уравнения

Напряжение определения и уравнения крутящего момента для блока

[vdvqv0]=P([vavbvc]Nω[ψamθrψbmθrψcmθr]),

vd=Rsid+LddiddtNωiqLq,

vq=Rsiq+Lqdiqdt+NωidLd,

v0=Rsi0+L0di0dt,

и

T=32N(iqidLdidiqLq)+[iaibic][ψamθrψbmθrψcmθr],

где:

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

  • P является Преобразованием Парка, заданным

    P=2/3[cosθecos(θe2π/3)cos(θe+2π/3)sinθesin(θe2π/3)sin(θe+2π/3)0.50.50.5]

  • N является количеством пар полюса постоянного магнита ротора.

  • ω является скоростью вращательного механического устройства ротора.

  • ψamθr,ψbmθr, и ψcmθr

    частные производные мгновенного потока постоянного магнита, соединяющего каждую обмотку фазы.

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

    [idiqi0]=P[iaibic].

  • Ld = Ls + Ms + 3/2 Lm. Ld является статором d - составляющая индукции.

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

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

  • T является крутящим моментом ротора. Крутящий момент течет из моторного случая (блокируйте физический порт C) к моторному ротору (блокируют физический порт R).

Вычисление потерь в железе

Потери в железе 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. Модель потерь в железе, которая основана на работе Меллора [3].

Термин, представляющий основной путь к намагничиванию, зависит от вызванного напряжения статора RMS, Vmrms:

POC(Vmrms)=ahkVmrms+ajk2Vmrms2+aexk1.5Vmrms1.5

Это - доминирующий термин в течение операции без загрузок. k является коэффициентом противо-ЭДС, постоянной, связывающим вольты RMS на Гц. Это задано как k=Vmrms/f, где f является электрической частотой. Первый срок на правой стороне является магнитной гистерезисной потерей, второй является потеря токов Фуко, и третьей является избыточная потеря. 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, Vdrms*:

PSC(Vdrms*)=bhkVdrms*+bjk2Vdrms*2+bexk1.5Vdrms*1.5

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 Simscape> Block choices, и затем выберите желаемый вариант блока с тепловыми портами: Composite three-phase ports | Show thermal port или Expanded three-phase ports | Show thermal port. 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 потерь в железе, которые преобразовывают электроэнергию в теплоту. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов в блоках привода смотрите Термальные эффекты Симуляции во Вращательных и Поступательных Приводах.

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.

Порты

Сохранение

развернуть все

Расширяемый трехфазный порт.

Электрический порт сохранения сопоставлен с нейтральной фазой

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с моторным ротором

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с моторным случаем

Тепловой порт сохранения, сопоставленный с обмоткой A. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты.

Тепловой порт сохранения, сопоставленный с обмоткой B. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты.

Тепловой порт сохранения, сопоставленный с обмоткой C. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты.

Тепловой порт сохранения сопоставлен с ротором. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты.

Параметры

развернуть все

Ротор

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.

Параметризация для определения распределения потока постоянного магнита как функция угла ротора. Выберите:

  • Perfect trapezoid - specify maximum flux linkage задавать максимальное потокосцепление для постоянного магнита и угла ротора, где коэффициент противо-ЭДС является постоянным. Блок принимает совершенный трапецоид для коэффициента противо-ЭДС. Это - значение по умолчанию.

  • Perfect trapezoid - specify maximum rotor-induced back emf задавать максимум вызванный ротором коэффициент противо-ЭДС и соответствующая скорость ротора. Блок принимает совершенный трапецоид для коэффициента противо-ЭДС.

  • Tabulated - specify flux partial derivative with respect to rotor angle задавать значения для частной производной потокосцепления и соответствующих углов ротора.

  • Tabulated - specify rotor-induced back emf as a function of rotor angle задавать измеренный коэффициент противо-ЭДС, постоянную и соответствующую скорость ротора и углы.

Пиковое потокосцепление постоянного магнита с любой из обмоток статора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Back EMF profile на Perfect trapezoid - specify maximum flux linkage.

Угол ротора передвигается, по которому поток постоянного магнита, соединяющий обмотку статора, является постоянным. Этот угол является θF на рисунке, который показывает Трапециевидную Скорость изменения Потока.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Back EMF profile на Perfect trapezoid - specify maximum flux linkage или Perfect trapezoid - specify maximum rotor-induced back emf.

Пик вызванный ротором коэффициент противо-ЭДС в обмотки статора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Back EMF profile на Perfect trapezoid - specify maximum rotor-induced back emf.

Вектор из значений для вызванного ротором коэффициента противо-ЭДС как функция угла ротора. Первые и последние значения должны быть тем же самым и обычно равны нулю. Для получения дополнительной информации смотрите параметр Corresponding rotor angles. Первые и последние значения являются тем же самым, потому что поток является циклическим с периодом 2π/N, где N является количеством пар полюса постоянного магнита.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Back EMF profile на Tabulated - specify rotor-induced back emf as a function of rotor angle.

Вектор из значений для частной производной потокосцепления (где потокосцепление является количеством времен потока обмотки поворотов) относительно угла ротора. Первые и последние значения должны быть тем же самым и обычно равны нулю. Для получения дополнительной информации смотрите параметр Corresponding rotor angles. Первые и последние значения являются тем же самым, потому что поток является циклическим с периодом 2π/N, где N является количеством пар полюса постоянного магнита.

Вектор из углов ротора, где частная производная потокосцепления или вызванный ротором коэффициент противо-ЭДС заданы. Угол ротора задан как угол между a - фазой магнитная ось и d - ось. Таким образом, когда угол является нулем, магнитные поля из-за ротора и a - обмотка фазы выравнивается. Это определение используется независимо от вашей установки блока для углового определения ротора. Первое значение является нулем, и последнее значение 2π/N, где N является количеством пар полюса постоянного магнита.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Back EMF profile на Tabulated - specify flux partial derivative with respect to rotor angle или Tabulated - specify rotor-induced back emf as a function of rotor angle.

Задайте скорость ротора, соответствующую максимуму вызванный ротором коэффициент противо-ЭДС.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Back EMF profile на Perfect trapezoid - specify maximum rotor-induced back emf или Tabulated - specify rotor-induced back emf as a function of rotor angle.

Количество постоянного магнита подпирает пары шестами на роторе.

Контрольная точка для углового измерения ротора. Значением по умолчанию является Angle between the a-phase magnetic axis and the d-axis. Это определение показывают на Моторном рисунке 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.

Статор

Выберите точность моделирования:

  • Constant Ld and LqLd и значения Lq являются постоянными и заданы их соответствующими параметрами.

  • Tabulated Ld and LqLd и значения Lq вычисляются онлайн из текущих интерполяционных таблиц DQ можно следующим образом:

    Ld=f1(id,iq)

    Ld=f2(id,iq)

Зависимости

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

Выберите Specify Ld, Lq, and L0 или Specify Ls, Lm, and Ms.

D-составляющая-индукции.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0 и Modeling fidelity к Constant Ld and Lq.

Q-составляющая-индукции.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0 и Modeling fidelity к Constant Ld and Lq.

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 and Lq.

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 and Lq.

Матрица Ld.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0 и Modeling fidelity к Tabulated Ld and Lq.

Матрица Lq.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0 и Modeling fidelity к Tabulated Ld and Lq.

Индуктивность нулевой последовательности.

Зависимости

Включить этот параметр также:

  • Установите Winding Type на Wye-wound, Zero sequence к Include, и Stator parameterization к Specify Ld, Lq, and L0.

  • Установите Winding Type на Delta-wound и Stator parameterization к Specify Ld, Lq, and L0.

Средняя самоиндукция каждой из трех обмоток статора.

Зависимости

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

Колебание самоиндукции и взаимной индуктивности обмоток статора 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.

Сопротивление каждой из обмоток статора.

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.

Потери в железе

Задайте вычислительную модель потерь в железе.

Вектор-строка, длины 3, потерь в железе 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.

Вектор-строка, длины 3, потерь в железе 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.

Электрическая частота, на которой были измерены разомкнутая цепь и потери в железе короткой схемы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Iron-loss на Empirical.

Получившаяся фаза RMS короткой схемы, текущая при измерении потерь короткой схемы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Iron-loss на Empirical.

Механическое устройство

Инерция ротора присоединяется к механическому поступательному порту R. Значение может быть нулем.

Ротационное затухание.

Температурная зависимость

Эти параметры появляются только для блоков с осушенными тепловыми портами. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты.

Температура, для которой заключаются в кавычки параметры двигателя.

Коэффициент α в сопротивлении связи уравнения температуре, как описано в Тепловой Модели для Блоков Привода. Значение по умолчанию для меди.

Дробная скорость изменения плотности потока постоянного магнита с температурой. Это используется, чтобы линейно уменьшать крутящий момент и вызванный коэффициент противо-ЭДС, когда температура повышается.

Тепловой порт

Эти параметры появляются только для блоков с осушенными тепловыми портами. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты.

Значение количества тепла для A, B, и обмотки C. Количество тепла является энергией, требуемой для повышения температуры на один градус.

Количество тепла ротора, то есть, энергия, требуемая повысить температуру ротора одной степенью.

Процент основных потерь в железе пути к потоку сопоставлен с магнитным путем через ротор. Это определяет, сколько из нагревания потери в железе 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.

Процент перекрестных зубных потерь в железе пути к потоку сопоставлен с магнитным путем через ротор. Это определяет, сколько из нагревания потери в железе 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.

Примеры модели

BLDC Position Control with Thermal Model

Управление положением BLDC с тепловой моделью

Управляйте углом ротора в базирующемся электрическом диске BLDC. BLDC включает тепловые и эмпирические потери в железе модели. Идеальный источник крутящего момента обеспечивает загрузку. Подсистема Управления использует основанную на PI структуру каскадного регулирования с тремя циклами управления: внешний цикл управления положения, цикл регулировки скорости и внутренний текущий цикл управления. BLDC питается управляемым трехфазным инвертором. Сигналы логического элемента для инвертора получены из сигналов Холла. Симуляция использует ссылки шага. Начальная температура обмоток статора и ротора установлена в 25 градусов Цельсия. Температура окружающей среды составляет 27 градусов Цельсия. Подсистема Осциллографов содержит осциллографы, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

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 модель потери в железе 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™.

Введенный в R2013b
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте