Synchronous Machine Model 1.0

Синхронная машина с обмоткой возбуждения и без демпфера

  • Библиотека:
  • Simscape / Электрический / Электромеханический / Синхронный

  • Synchronous Machine Model 10 block

Описание

Блок Synchronous Machine Model 1.0 использует упрощенную модель параметризации для синхронных машин. Используйте блок, чтобы смоделировать синхронные машины с обмоткой возбуждения и никакими демпферами.

Рисунок показывает эквивалентную электрическую схему для обмоток ротора и статора.

Моторная конструкция

Схема показывает моторную конструкцию с однополюсной парой на роторе. Для соглашения осей, когда угол механического устройства ротора θr является нулем, a - выравниваются фаза и потоки постоянного магнита. Блок поддерживает второе определение оси ротора, для которого угол механического устройства ротора задан как угол между a - фазой магнитная ось и ротором q - ось.

Уравнения

Напряжения через обмотки статора заданы

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

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.

  • dψadt,dψbdt, и dψcdt скорости изменения магнитного потока в каждой обмотке статора.

Напряжение через обмотку возбуждения описывается как

vf=Rfif+dψfdt,

где:

  • vf является отдельным напряжением фазы через обмотку возбуждения.

  • Rf является эквивалентным сопротивлением обмотки возбуждения.

  • if является текущим течением в обмотке возбуждения.

  • dψfdt скорость изменения магнитного потока в обмотке возбуждения.

Постоянный магнит, обмотка возбуждения и обмотки статора трехзвездочной раны способствуют потоку, соединяющему каждую обмотку. Общий поток задан

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

где:

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

  • Laa, Lbb и Lcc являются самоиндукциями обмоток статора.

  • Lab, Lac, Lba, Lbc, Lca и Lcb являются взаимной индуктивностью обмоток статора.

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

  • Lamf, Lbmf и Lcmf являются взаимной индуктивностью обмотки возбуждения.

Индуктивность в обмотках статора является функциями ротора электрический угол и задана

θe=Nθr+rotoroffset

Laa=Ls+Lmcos(2θe),

Lbb=Ls+Lmcos(2(θe2π/3)),

Lcc=Ls+Lmcos(2(θe+2π/3)),

Lab=Lba=MsLmcos(2(θe+π/6)),

Lbc=Lcb=MsLmcos(2(θe+π/62π/3)),

Lca=Lac=MsLmcos(2(θe+π/6+2π/3)),

где:

  • N является количеством пар полюса ротора.

  • 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.

Обмотка соединения потока намагничивания, a-a’ является максимумом когда θe = 0 ° и нуль когда θe = 90 °. Поэтому:

Lmf=[LamfLbmfLcmf]=[LmfcosθeLmfcos(θe2π/3)Lmfcos(θe+2π/3)]

и

Ψf=Lfif+LmfT[iaibic],

где:

  • Lmf является взаимной полевой индуктивностью якоря.

  • ψf является потоком, соединяющим обмотку возбуждения.

  • Lf является индуктивностью обмотки возбуждения.

  • [Lmf]T преобразование вектора Lmf, то есть,

    [Lmf]T=[LamfLbmfLcmf]T=[LamfLbmfLcmf].

Упрощенные уравнения

Применение преобразования Парка с блоком, электрические уравнения определения производят выражение для крутящего момента, который независим от угла ротора.

Преобразование Парка задано

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

Применение преобразования Парка к первым двум электрическим уравнениям определения производит уравнения, которые задают поведение блока:

vd=Rsid+Lddiddt+LmfdifdtNωiqLq,

vq=Rsiq+Lqdiqdt+Nω(idLd+ifLmf),

v0=Rsi0+L0di0dt,

vf=Rfif+Lfdifdt+32Lmfdiddt,

T=32N(iq(idLd+ifLmf)idiqLq),

и

Jdωdt=T=TLBmω.

где:

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

    [vdvqv0]=P[vavbvc].

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

    [idiqi0]=P[iaibic].

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

  • ω является скоростью вращательного механического устройства.

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

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

  • T является крутящим моментом ротора. Для блока Synchronous Machine Model 1.0 крутящий момент течет из случая машины (порт C сохранения блока) к ротору машины (порт R сохранения блока).

  • J является инерцией ротора.

  • TL является крутящим моментом нагрузки.

  • Bm является затуханием ротора.

Тепловые порты

Блок имеет четыре дополнительных тепловых порта, один для каждой из трех обмоток статора 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. 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.

Предположения

Распределение потока является синусоидальным.

Порты

Сохранение

развернуть все

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с ротором машины.

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен со случаем машины.

Расширяемый трехфазный порт сопоставлен с обмотками статора.

Электрический порт сохранения сопоставлен с нейтральной фазой.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Zero sequence на Include.

Электрический порт сохранения сопоставил с обмоткой возбуждения положительный терминал.

Электрический порт сохранения сопоставил с обмоткой возбуждения отрицательный терминал.

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

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

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

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

Параметры

развернуть все

Основной

Выберите точность моделирования:

  • Constant Ld, Lq, Lmf and LfLd, Lq, Lmf, Lf и значения PM являются постоянными и заданы их соответствующими параметрами.

  • Tabulated Ld, Lq, Lmf and LfLd, Lq, Lmf, Lf и значения PM вычисляются онлайн из DQ и полевых текущих интерполяционных таблиц можно следующим образом:

    Ld=f1(id,iq,if)

    Lq=f2(id,iq,if)

    Lmf=f3(id,iq,if)

    Lf=f4(if)

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0.

Количество постоянного магнита подпирает пары шестами на роторе.

Метод параметризации статора.

Зависимости

Установка Stator parameterization влияет на видимость других параметров.

Прямая составляющая индукции статора машины.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity к Constant Ld, Lq, Lmf and Lf.

Квадратурная составляющая индукции статора машины.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity к Constant Ld, Lq, Lmf and Lf.

Прямая ось текущий вектор, ID.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity к Tabulated Ld, Lq, Lmf and Lf.

Квадратурная ось текущий вектор, IQ.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity к Tabulated Ld, Lq, Lmf and Lf.

Возбуждение текущий вектор, если.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity к Tabulated Ld, Lq, Lmf and Lf.

Матрица Ld.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity к Tabulated Ld, Lq, Lmf and Lf.

Матрица Lq.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity к Tabulated Ld, Lq, Lmf and Lf.

Взаимная полевая индуктивность якоря.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity к Tabulated Ld, Lq, Lmf and Lf.

Вектор Lf.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0, параметр Modeling fidelity к Tabulated Ld, Lq, Lmf and Lf.

Нулевая составляющая индукции для статора машины.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если Stator parameterization установлен в Specify Ld, Lq and L0 и Zero sequence установлен в Include.

Средняя самоиндукция трех обмоток статора. Этот параметр должен быть:

  • Больше, чем 0.

  • Больше, чем величина Stator inductance fluctuation, Lm.

  • Больше, чем величина Stator mutual inductance, Ms.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если Stator parameterization установлен в Specify Ls, Lm, and Ms.

Колебание самоиндукции и взаимной индуктивности с углом ротора.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если Stator parameterization установлен в Specify Ls, Lm, and Ms.

Средняя взаимная индуктивность между обмотками статора.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если Stator parameterization установлен в Specify Ls, Lm, and Ms.

Индуктивность обмотки возбуждения.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity к Constant Ld, Lq, Lmf and Lf или параметр Stator parameterization к Specify Ls, Lm, and Ms

Поле арматуры взаимная индуктивность.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization на Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity к Constant Ld, Lq, Lmf and Lf или параметр Stator parameterization к Specify Ls, Lm, and Ms

Сопротивление каждой из обмоток статора.

Сопротивление обмотки возбуждения.

Модель нулевой последовательности:

  • Include — Приоритизируйте точность модели. Ошибка происходит, если вы Включаете условия нулевой последовательности для симуляций, которые используют решатель Разделения. Для получения дополнительной информации смотрите, что Скорость симуляции Увеличения Использует Решатель Разделения.

  • Exclude — Приоритизируйте скорость симуляции для настольной симуляции или развертывания приложений.

Зависимости

Если этот параметр устанавливается на:

  • Include и Stator parameterization установлен в Specify Ld, Lq, and L0 — параметр Stator zero-sequence inductance, L0 отображается.

  • Exclude — Параметр Stator zero-sequence inductance, L0 не отображается.

Механическое устройство

Инерция ротора.

Затухание ротора.

Контрольная точка для углового измерения ротора. Если вы выбираете значение по умолчанию, ротор и a - потоки фазы выравниваются для угла нулевого ротора. В противном случае a - текущая фаза генерирует максимальное значение крутящего момента для угла нулевого ротора.

Тепловой

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.

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.

Примеры модели

Synchronous Machine State-Space Control

Синхронное управление пространства состояний машины

Управляйте токами в основанном на синхронной машине (SM) диске тяги с помощью управления пространства состояний. Высоковольтная батарея питает SM через управляемый трехфазный конвертер для обмоток статора и через управляемый 2D квадрантный прерыватель для обмотки ротора. Идеальный источник скорости вращения обеспечивает загрузку. SM действует ниже номинальной скорости. В каждый демонстрационный момент запрос крутящего момента преобразован в соответствующие текущие ссылки с помощью нулевого подхода управления d-оси. Контроллер обратной связи состояния управляет токами в системе координат ротора. Наблюдатель Luenberger получает зависимые скоростью условия перед управлением прямого распространения. Симуляция использует несколько шагов крутящего момента и в режимах двигателя и в генератора. Планирование задач реализовано как конечный автомат Stateflow®. 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. Нажатие IEEE, разработка энергосистем, 1995.

[3] Retif, J. M. С. Линь-Ши, утра Llor и Ф. Морэнд “Новое гибридное управление прямого крутящего момента для извилистого ротора синхронная машина”. 2 004 IEEE 35-я Ежегодная Конференция специалистов по Силовой электронике. Издание 2 (2004): 1438–1442.

[4] Общество энергетики IEEE. Станд. IEEE 1110-2002. Руководство IEEE для синхронных методов моделирования генератора и приложения в исследованиях устойчивости энергосистемы. Пискатауэй, NJ: IEEE, 2002.

Расширенные возможности

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

Введенный в R2018a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте