Synchronous Reluctance Machine

Синхронная реактивная машина с синусоидальным распределением потока

Библиотека:
Simscape / Электрический / Электромеханический / Reluctance & Stepper

Описание

Блок Synchronous Reluctance Machine представляет синхронную машину нежелания (SynRM) синусоидальным распределением потока. Рисунок показывает эквивалентную электрическую схему для обмоток статора.

Моторная конструкция

Схема показывает моторную конструкцию с однополюсно-парным на роторе. Для показанного 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

Объединенное напряжение через обмотки статора

$[\begin{matrix} v_{a} \\ v_{b} \\ v_{c} \end{matrix}] = [\begin{matrix} R_{s} & 0 & 0 \\ 0 & R_{s} & 0 \\ 0 & 0 & R_{s} \end{matrix}] [\begin{matrix} i_{a} \\ i_{b} \\ i_{c} \end{matrix}] + [\begin{matrix} \frac{d ψ_{a}}{d t} \\ \frac{d ψ_{b}}{d t} \\ \frac{d ψ_{c}}{d t} \end{matrix}],$

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.
_ψa, _ψb и _ψc являются магнитными потоками, которые соединяют каждую обмотку статора.

Постоянный магнит, обмотка возбуждения и три обмотки статора способствуют потоку, который соединяет каждую обмотку. Общий поток задан как

$[\begin{matrix} ψ_{a} \\ ψ_{b} \\ ψ_{c} \end{matrix}] = [\begin{matrix} L_{a a} & L_{a b} & L_{a c} \\ L_{b a} & L_{b b} & L_{b c} \\ L_{c a} & L_{c b} & L_{c c} \end{matrix}] [\begin{matrix} i_{a} \\ i_{b} \\ i_{c} \end{matrix}]$

где:

_Laa, _Lbb и _Lcc являются самоиндукциями обмоток статора.
_Lab, _Lac, _Lba, _Lbc, _Lca и _Lcb являются взаимной индуктивностью обмоток статора.

$θ_{e} = N θ_{r} + r o t o r o f f s e t$

$L_{a a} = L_{s} + L_{m} cos (2 θ_{e}),$

$L_{b b} = L_{s} + L_{m} cos (2 (θ_{e} - 2 π / 3)),$

$L_{c c} = L_{s} + L_{m} cos (2 (θ_{e} + 2 π / 3)),$

$L_{a b} = L_{b a} = - M_{s} - L_{m} \cos (2 (θ_{e} + π / 6)),$

$L_{b c} = L_{c b} = - M_{s} - L_{m} \cos (2 (θ_{e} + π / 6 - 2 π / 3)),$

$L_{c a} = L_{a c} = - M_{s} - L_{m} \cos (2 (θ_{e} + π / 6 + 2 π / 3)),$

где:

_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 амплитудой колебания самоиндукции и взаимной индуктивности с изменяющимся углом ротора.
_Ms является статором взаимная индуктивность. Это значение является средней взаимной индуктивностью между обмотками статора.

Упрощенные уравнения

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

Преобразование Парка, P, задано как

$P = \frac{2}{3} [\begin{matrix} \cos θ_{e} & \cos (θ_{e} - \frac{2 π}{3}) & \cos (θ_{e} + \frac{2 π}{3}) \\ - \sin θ_{e} & - \sin (θ_{e} - \frac{2 π}{3}) & - \sin (θ_{e} + \frac{2 π}{3}) \\ \frac{1}{2} & \frac{1}{2} & \frac{1}{2} \end{matrix}],$

где _θe является электрическим углом. Электрический угол зависит от угла механического устройства ротора, и количество полюса соединяется таким образом что

$θ_{e} = N θ_{r} + r o t o r o f f s e t$

где:

N является количеством пар полюса.
_θr является углом механического устройства ротора.

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

$v_{d} = R_{s} i_{d} + L_{d} \frac{d i_{d}}{d t} - N ω i_{q} L_{q},$

$v_{q} = R_{s} i_{q} + L_{q} \frac{d i_{q}}{d t} + N ω i_{d} L_{d},$

$v_{0} = R_{s} i_{0} + L_{0} \frac{d i_{0}}{d t},$

$T = \frac{3}{2} N (i_{q} i_{d} L_{d} - i_{d} i_{q} L_{q})$

$J \frac{d ω}{d t} = T - T_{L} - B_{m} ω,$

где:

_id, _iq и _i0 является d - ось, q - ось и токи нулевой последовательности, заданные

$[\begin{matrix} i_{d} \\ i_{q} \\ i_{0} \end{matrix}] = P [\begin{matrix} i_{a} \\ i_{b} \\ i_{c} \end{matrix}],$
где _ia, _ib и _ic являются токами статора.
_vd, _vq и _v0 является d - ось, q - ось и токи нулевой последовательности, заданные

$[\begin{matrix} v_{d} \\ v_{q} \\ v_{0} \end{matrix}] = P [\begin{matrix} v_{a} \\ v_{b} \\ v_{c} \end{matrix}],$
где _va, _vb и _vc являются токами статора.
Индуктивность dq0 задана, соответственно как
- $L_{d} = L_{s} + M_{s} + \frac{3}{2} L_{m}$
- $L_{q} = L_{s} + M_{s} - \frac{3}{2} L_{m}$
- $L_{0} = L_{s} - 2 M_{s}$ .
_Rs является сопротивлением статора на фазу.
N является количеством пар полюса ротора.
T является крутящим моментом ротора. Для блока Synchronous Reluctance Machine крутящий момент течет из случая машины (порт C сохранения блока) к ротору машины (порт R сохранения блока).
_TL является крутящим моментом нагрузки.
_Bm является затуханием ротора.
ω является скоростью вращательного механического устройства ротора.
J является инерцией 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

`R` — Ротор машины
вращательное механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с ротором машины.

`C` — Случай машины
вращательное механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен со случаем машины.

`~` — Трехфазный составной объект
электрический

Расширяемый трехфазный порт сопоставлен с обмотками статора.

`n` — Нейтральная фаза
электрический

Электрический порт сохранения сопоставлен с нейтральной фазой.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Zero sequence на Include.

`HA` — Обмотка теплового порта
тепловой

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.

`HB` — Обмотка B тепловой порт
тепловой

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.

`HC` — Обмотка C тепловой порт
тепловой

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.

`HR` — Ротор тепловой порт
тепловой

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

`Number of pole pairs` — Пары полюса ротора
6 (значение по умолчанию) | целое число

Количество постоянного магнита подпирает пары шестами на роторе.

`Stator parameterization` — Модель Parameterization
`Specify Ld, Lq and L0` (значение по умолчанию) | `Specify Ls, Lm, and Ms`

Модель параметризации статора.

Зависимости

Установка Stator parameterization влияет на видимость других параметров.

`Modeling fidelity` — Моделирование точности
`Constant Ld and Lq` (значение по умолчанию) | `Tabulated Ld and Lq`

Выберите точность моделирования:

Constant Ld and Lq — Ld и значения Lq являются постоянными и заданы их соответствующими параметрами.
Tabulated Ld and Lq — Ld и значения Lq вычисляются онлайн из текущих интерполяционных таблиц DQ можно следующим образом:

$L_{d} = f_{1} (i_{d}, i_{q})$

$L_{d} = f_{2} (i_{d}, i_{q})$

Зависимости

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

`Stator d-axis inductance, Ld` — Индуктивность
0.0031 `H` (значение по умолчанию)

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 and Lq.

`Stator q-axis inductance, Lq` — Индуктивность
0.004 `H` (значение по умолчанию)

Квадратурная составляющая индукции статора машины.

Зависимости

`Direct-axis current vector, iD` — Прямая ось текущий вектор
[-200, 0, 200] `A` (значение по умолчанию)

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 and Lq.

`Quadrature-axis current vector, iQ` — Квадратурная ось текущий вектор
[-200, 0, 200] `A` (значение по умолчанию)

Квадратурная ось текущий вектор, IQ.

Зависимости

`Ld matrix, Ld(id,iq)` — Матрица Ld
`0.0031 * ones(3, 3)` `H` (значение по умолчанию)

Матрица Ld.

Зависимости

`Lq matrix, Lq(id,iq)` — Матрица Lq
`0.004 * ones(3, 3)` `H` (значение по умолчанию)

Матрица Lq.

Зависимости

`Stator zero-sequence inductance, L0` — Индуктивность
0.0005 `H` (значение по умолчанию)

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.

`Stator self-inductance per phase, Ls` — Индуктивность
0.0025 `H` (значение по умолчанию)

Средняя самоиндукция трех обмоток статора.

Зависимости

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

`Stator inductance fluctuation, Lm` — Индуктивность
-0.0003 `H` (значение по умолчанию)

Амплитуда колебания самоиндукции и взаимной индуктивности с углом ротора.

Зависимости

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

`Stator mutual inductance, Ms` — Индуктивность
0.0010 `H` (значение по умолчанию)

Средняя взаимная индуктивность между обмотками статора.

Зависимости

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

`Stator resistance per phase, Rs` — Сопротивление
0.7 `Ohm` (значение по умолчанию)

Сопротивление каждой из обмоток статора.

`Zero sequence` — Модель нулевой последовательности
`Include` (значение по умолчанию) | `Exclude`

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

`Rotor inertia` — Инерция
0.01 `kg*m^2` (значение по умолчанию)

Инерция ротора присоединяется к механическому поступательному порту R.

`Rotor Damping` — Затухание
0 `N*m/(rad/s)` (значение по умолчанию)

Ротационное затухание.

`Rotor angle definition` \angle
`Angle between the a-phase magnetic axis and the d-axis` (значение по умолчанию) | `Angle between the a-phase magnetic axis and the q-axis`

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.

`Measurement temperature` — Температура измерения
298.15 `K` (значение по умолчанию)

Температура, для которой заключаются в кавычки параметры двигателя.

`Resistance temperature coefficient` — Коэффициент температуры сопротивления
`3.93e-3` `1/K` (значение по умолчанию)

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

`Thermal mass for each stator winding` — Количество тепла для каждой обмотки статора
100 `J/K` (значение по умолчанию)

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

`Rotor thermal mass` — Количество тепла ротора
200 `J/K` (значение по умолчанию)

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

Примеры модели

Synchronous Reluctance Machine Torque Control

Синхронное управление крутящим моментом машины нежелания

Управляйте крутящим моментом в синхронной машине нежелания базирующийся электрический диск (SynRM). Высоковольтная батарея питает SynRM через управляемый трехфазный конвертер. Идеальный источник скорости вращения обеспечивает загрузку. Подсистема Управления использует подход разомкнутого контура, чтобы управлять крутящим моментом и подходом с обратной связью, чтобы управлять током. В каждый демонстрационный момент запрос крутящего момента преобразован в соответствующие текущие ссылки с помощью максимального крутящего момента на стратегию Ампера. Текущее управление основано на PI. Симуляция использует шаги крутящего момента и в режимах двигателя и в генератора. Подсистема Визуализации содержит осциллографы, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

Synchronous Reluctance Machine Velocity Control

Синхронное скоростное управление машиной нежелания

Управляйте скоростью вращения ротора в синхронной машине нежелания базирующийся электрический диск (SynRM). Высоковольтная батарея питает SynRM через управляемый трехфазный конвертер. Идеальный источник крутящего момента обеспечивает загрузку. Подсистема Управления включает многоскоростную основанную на PI структуру каскадного регулирования. Структура управления имеет внешний цикл управления скорости вращения и два внутренних контура управления током. Подсистема Визуализации 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] Moghaddam, R. Синхронная машина нежелания (SynRM) в приложениях Дисков переменной скорости (VSD) - теоретическая и экспериментальная переоценка. K-АЯ школа электротехники, Стокгольма, Швеция, 2011.

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Блоки Simscape

BLDC | Hybrid Excitation PMSM | PMSM | Switched Reluctance Machine | Synchronous Machine Field Circuit | Synchronous Machine Measurement

Введенный в R2017b

Документация

Synchronous Reluctance Machine

Описание

Моторная конструкция

Уравнения

Упрощенные уравнения

Тепловые порты

Переменные

Предположения

Порты

Сохранение

R — Ротор машины вращательное механическое устройство

C — Случай машины вращательное механическое устройство

~ — Трехфазный составной объект электрический

n — Нейтральная фаза электрический

Зависимости

HA — Обмотка теплового порта тепловой

HB — Обмотка B тепловой порт тепловой

HC — Обмотка C тепловой порт тепловой

HR — Ротор тепловой порт тепловой

Параметры

Основной

Number of pole pairs — Пары полюса ротора6 (значение по умолчанию) | целое число

Stator parameterization — Модель Parameterization Specify Ld, Lq and L0 (значение по умолчанию) | Specify Ls, Lm, and Ms

Зависимости

Modeling fidelity — Моделирование точности Constant Ld and Lq (значение по умолчанию) | Tabulated Ld and Lq

Зависимости

Stator d-axis inductance, Ld — Индуктивность0.0031 H (значение по умолчанию)

Зависимости

Stator q-axis inductance, Lq — Индуктивность0.004 H (значение по умолчанию)

Зависимости

Direct-axis current vector, iD — Прямая ось текущий вектор[-200, 0, 200] A (значение по умолчанию)

Зависимости

Quadrature-axis current vector, iQ — Квадратурная ось текущий вектор[-200, 0, 200] A (значение по умолчанию)

Зависимости

Ld matrix, Ld(id,iq) — Матрица Ld 0.0031 * ones(3, 3) H (значение по умолчанию)

Зависимости

Lq matrix, Lq(id,iq) — Матрица Lq 0.004 * ones(3, 3) H (значение по умолчанию)

Зависимости

Stator zero-sequence inductance, L0 — Индуктивность0.0005 H (значение по умолчанию)

Зависимости

Stator self-inductance per phase, Ls — Индуктивность0.0025 H (значение по умолчанию)

Зависимости

Stator inductance fluctuation, Lm — Индуктивность-0.0003 H (значение по умолчанию)

Зависимости

Stator mutual inductance, Ms — Индуктивность0.0010 H (значение по умолчанию)

Зависимости

Stator resistance per phase, Rs — Сопротивление0.7 Ohm (значение по умолчанию)

Zero sequence — Модель нулевой последовательности Include (значение по умолчанию) | Exclude

Зависимости

Механическое устройство

Rotor inertia — Инерция0.01 kg*m^2 (значение по умолчанию)

Rotor Damping — Затухание0 N*m/(rad/s) (значение по умолчанию)

Rotor angle definition \angle Angle between the a-phase magnetic axis and the d-axis (значение по умолчанию) | Angle between the a-phase magnetic axis and the q-axis

Тепловой

Measurement temperature — Температура измерения298.15 K (значение по умолчанию)

Resistance temperature coefficient — Коэффициент температуры сопротивления 3.93e-3 1/K (значение по умолчанию)

Thermal mass for each stator winding — Количество тепла для каждой обмотки статора100 J/K (значение по умолчанию)

Rotor thermal mass — Количество тепла ротора200 J/K (значение по умолчанию)

Примеры модели

Синхронное управление крутящим моментом машины нежелания

Синхронное скоростное управление машиной нежелания

Ссылки

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Блоки Simscape

Документация Simscape Electrical

Поддержка

`R` — Ротор машины
вращательное механическое устройство

`C` — Случай машины
вращательное механическое устройство

`~` — Трехфазный составной объект
электрический

`n` — Нейтральная фаза
электрический

`HA` — Обмотка теплового порта
тепловой

`HB` — Обмотка B тепловой порт
тепловой

`HC` — Обмотка C тепловой порт
тепловой

`HR` — Ротор тепловой порт
тепловой

`Number of pole pairs` — Пары полюса ротора
6 (значение по умолчанию) | целое число

`Stator parameterization` — Модель Parameterization
`Specify Ld, Lq and L0` (значение по умолчанию) | `Specify Ls, Lm, and Ms`

`Modeling fidelity` — Моделирование точности
`Constant Ld and Lq` (значение по умолчанию) | `Tabulated Ld and Lq`

`Stator d-axis inductance, Ld` — Индуктивность
0.0031 `H` (значение по умолчанию)

`Stator q-axis inductance, Lq` — Индуктивность
0.004 `H` (значение по умолчанию)

`Direct-axis current vector, iD` — Прямая ось текущий вектор
[-200, 0, 200] `A` (значение по умолчанию)

`Quadrature-axis current vector, iQ` — Квадратурная ось текущий вектор
[-200, 0, 200] `A` (значение по умолчанию)

`Ld matrix, Ld(id,iq)` — Матрица Ld
`0.0031 * ones(3, 3)` `H` (значение по умолчанию)

`Lq matrix, Lq(id,iq)` — Матрица Lq
`0.004 * ones(3, 3)` `H` (значение по умолчанию)

`Stator zero-sequence inductance, L0` — Индуктивность
0.0005 `H` (значение по умолчанию)

`Stator self-inductance per phase, Ls` — Индуктивность
0.0025 `H` (значение по умолчанию)

`Stator inductance fluctuation, Lm` — Индуктивность
-0.0003 `H` (значение по умолчанию)

`Stator mutual inductance, Ms` — Индуктивность
0.0010 `H` (значение по умолчанию)

`Stator resistance per phase, Rs` — Сопротивление
0.7 `Ohm` (значение по умолчанию)

`Zero sequence` — Модель нулевой последовательности
`Include` (значение по умолчанию) | `Exclude`

`Rotor inertia` — Инерция
0.01 `kg*m^2` (значение по умолчанию)

`Rotor Damping` — Затухание
0 `N*m/(rad/s)` (значение по умолчанию)

`Rotor angle definition` \angle
`Angle between the a-phase magnetic axis and the d-axis` (значение по умолчанию) | `Angle between the a-phase magnetic axis and the q-axis`

`Measurement temperature` — Температура измерения
298.15 `K` (значение по умолчанию)

`Resistance temperature coefficient` — Коэффициент температуры сопротивления
`3.93e-3` `1/K` (значение по умолчанию)

`Thermal mass for each stator winding` — Количество тепла для каждой обмотки статора
100 `J/K` (значение по умолчанию)

`Rotor thermal mass` — Количество тепла ротора
200 `J/K` (значение по умолчанию)

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