Создание собственного диска

Введение

Несмотря на то, что библиотека Electric Drives содержит модели электроприводов, широко используемых в промышленности, у вас могут быть некоторые конкретные требования, ведущие вас, чтобы создать вашу собственную модель электропривода. Следующая информация описывает, как создать модель электропривода использование Simulink^® и Simscape™ Electrical™ Специализированные блоки Энергосистем. Вы создадите электропривод "ориентированное управление поля", очень похожий на модель AC3. Следующий рисунок показывает блок-схему диска.

Ориентированный на поле диск асинхронного двигателя переменной частоты

Описание диска

Асинхронный двигатель питается управляемым текущим образом инвертором PWM, который действует в качестве трехфазного синусоидального текущего источника. Частота вращения двигателя ω сравнивается со ссылкой ω*, и ошибка обрабатывается контроллером скорости, чтобы произвести команду крутящего момента Te*.

Как показано ниже, потоком ротора и крутящим моментом может отдельно управлять прямая ось статора текущие _{идентификаторы} и квадратурная ось текущие _IQ, соответственно.

Ориентированный на поле принцип управления

Математические принципы этого диска AC были обсуждены в Библиотеке Электроприводов. Здесь, мы только перепишем основные уравнения. Квадратурная ось статора текущие ссылочные _IQ* вычисляется из ссылки крутящего момента _Те* как

$i_{q s} * = \frac{2}{3} \cdot \frac{2}{p} \cdot \frac{L_{r}}{L_{m}} \cdot \frac{T_{e} *}{| ψ_{r} |_{e s t}}$

где _Lr является индуктивностью ротора, _Lm является взаимной индуктивностью, и | _ψr|est является предполагаемым потокосцеплением ротора, данным

$| ψ_{r} |_{e s t} = \frac{L_{m} \cdot i_{d s}}{1 + τ_{r} \cdot s}$

где _τr = _Lr/ _RR является постоянной времени ротора.

Прямая ось статора текущие ссылочные _{идентификаторы}* получена из входа ссылки потока ротора | _ψr |*.

$i_{d s} * = \frac{| ψ_{r} | *}{L_{m}}$

Положение потока ротора _Θe требуемый для преобразования координат сгенерировано от скорости ротора _ωm и частота скольжения _ωsl.

$θ_{e} = \int (ω_{m} + ω_{s l}) d t$

Частота скольжения вычисляется из ссылки статора текущие _IQ* и параметры двигателя.

$ω_{s l} = \frac{L_{m}}{| ψ_{r} |_{e s t}} \cdot \frac{R_{r}}{L_{r}} \cdot i_{q s} *$

_IQ* и _{идентификаторы}* текущие ссылки преобразованы в фазу текущий _ia ссылок*, _ib*, _ic* для текущих регуляторов. Регуляторы обрабатывают измеренные и ссылочные токи, чтобы произвести сигналы пропускания инвертора.

Роль контроллера скорости должна сохранить частоту вращения двигателя равной входу ссылки скорости в устойчивом состоянии и обеспечить пользу, динамическую во время переходных процессов. Контроллер может быть пропорциональным целочисленным типом.

Моделирование диска асинхронного двигателя

Откройте power_acdrive модель и сохраняет его как case3 в вашей рабочей директории так, чтобы можно было сделать дальнейшие модификации, не изменяя исходный файл.

Следующий рисунок показывает power_acdrive модель, в которых блоках из Simscape Electrical Специализированные Энергосистемы и Библиотеки Simulink используются, чтобы смоделировать диск асинхронного двигателя.

Векторное управление диска электродвигателя переменного тока (power_acdrive)

Асинхронный двигатель моделируется блоком Asynchronous Machine. Двигатель, используемый в этом тематическом исследовании, составляет 50 л. с., 460 В, четырехполюсный, двигатель на 60 Гц, имеющий следующие параметры:

RS	0.087 Ω
Lls	`0.8 mH`
Lm	`34.7 mH`
RR	0.228 Ω
Llr	`0.8 mH`

Задающая скорость и крутящий момент нагрузки применились к валу двигателя, может быть оба выбран блоком Manual Switch для того, чтобы использовать или постоянное значение или ступенчатую функцию. Первоначально задающая скорость установлена в постоянное значение 120 рад/с, и крутящий момент нагрузки также обеспечен постоянный в 0 N.m

Ориентированное на поле управление моделируется Векторным Блоком управления, как показано в Векторном Управлении Диска электродвигателя переменного тока (power_acdrive). Этот блок состоит из блоков Simulink, показанных в следующем рисунке.

Векторный блок управления

Инвертор IGBT моделируется блоком Universal Bridge, в котором Power Electronic device и опции Port configuration выбраны как IGBT/Diode и ABC как выходные терминалы соответственно. Входное напряжение ссылки DC представлено 780-вольтовым источником напряжения постоянного тока.

Текущий регулятор состоит из трех гистерезисных контроллеров и создается с блоками Simulink. Моторные токи обеспечиваются измерением выход блока Asynchronous Machine.

Преобразования между abc и dq системами координат выполняются блоками dq0_to_abc Transformation и abc_to_dq0 Transformation

abc_dq

dq_abc

Поток ротора вычисляется блоком Flux_Calculation.

Положение потока ротора (Θe) вычисляется Teta Calculation в Векторном Блоке управления. Частота вращения двигателя обеспечивается измерением выход блока Asynchronous Machine.

Квадратурная ось статора текущая ссылка (IQ*) вычисляется блоком iqs*_Calculation.

Прямая ось статора текущая ссылка (идентификаторы*) вычисляется блоком id*_Calculation.

Контроллер скорости имеет пропорциональный целочисленный тип и реализован с помощью блоков Simulink.

Симуляция диска асинхронного двигателя

Для того, чтобы увеличить скорость симуляции, эта модель дискретизируется с помощью шага расчета 2 мкс. Переменная Ts = 2e-6 автоматически загрузки в вашу рабочую область, когда вы открываете эту модель. Этот шаг расчета Ts используется оба для силовой цепи (Ts заданный в Powergui) и система управления.

Запустите симуляцию.

Моторное напряжение и формы тока, а также частота вращения двигателя и крутящий момент отображены на четырех осях осциллографа, соединенного с переменными Vab, Iabc, ωm, и Те.

Запуск диска

Можно запустить диск путем определения [1,0,0,0,0,0,0,0] как начальные условия для блока Asynchronous Machine (начальная буква уменьшаются = 1 и никакие токи, текущие в этих трех фазах). Ссылка скорости составляет 120 рад/с.

Частоту вращения двигателя, электромеханический крутящий момент и токи, наблюдаемые во время запуска диска асинхронного двигателя, показывают в Запуске Диска Асинхронного двигателя.

Обратите внимание на то, что можно сохранить итоговый системный вектор состояния и использовать его в качестве начального состояния в последующей симуляции так, чтобы симуляция могла запуститься при установившихся условиях.

Запуск диска асинхронного двигателя

Установившееся напряжение и формы тока

Когда устойчивое состояние достигнуто, можно остановить симуляцию и изменение масштаба на сигналах осциллографа.

Этот рисунок показывает моторное напряжение, текущее, и формы волны крутящего момента, полученные, когда двигатель не запускается ни при какой загрузке (крутящий момент = 0 N.m) со скоростью 120 рад/с.

Полоса на 20 А, наложенная гистерезисным текущим регулятором, ясно замечена на трех моторных токах.

Установившийся моторный ток, напряжение и формы волны крутящего момента

Динамические характеристики регулирования скорости

Можно изучить динамические характеристики диска (эффективность регулирования скорости по сравнению с изменениями ссылочного и крутящего момента нагрузки) путем применения двух изменяющихся условий работы к диску: ступенчатое изменение в ссылке скорости и ступенчатое изменение в крутящем моменте нагрузки.

Используйте переключатель выбора Задающей скорости, и выбор Крутящего момента переключаются, чтобы установить шаги ссылки скорости от 120 рад/с до 160 рад/с в t = 0,2 с и шаги крутящего момента нагрузки от 0 N.m до 200 N.m в t = 1,8 с. Вектор конечного состояния, полученный с предыдущей симуляцией, может использоваться в качестве начального условия так, чтобы симуляция начала с устойчивого состояния. Загрузите power_acdrive_init.mat файл, который создает xInitial переменная. Во вкладке Simulation нажмите Model Settings. Выберите Data Import/Export. Выберите Initial state и затем нажмите OK. Перезапустите симуляцию.

Ответ диска асинхронного двигателя к последовательным изменениям в ссылке скорости и крутящем моменте нагрузки показывают здесь.

Динамические характеристики диска асинхронного двигателя

Ссылки

[1] Леонхард, W., управление электрических дисков, Springer-Verlag, Берлина, 1996.

[2] Мерфи, J. Доктор медицины и Тернбулл, F. G. электронное управление степени электродвигателей переменного тока, Pergamon Press, Оксфорд, 1985.

[3] Bose, B. K. силовая электроника и диски AC, Prentice Hall, Englewood Cliffs, Нью-Джерси, 1986.

Документация