PMSM на основе потока

Синхронный двигатель постоянного магнита на основе потока

Библиотека:
Блок силового агрегата/движитель/электродвигатели и инверторы

Описание

Блок PMSM на основе потока реализует трехфазный синхронный двигатель постоянного магнита на основе потока (PMSM) с электродвижущей силой на основе таблицы. Блок использует трехфазные входные напряжения для регулирования индивидуальных фазных токов, что позволяет регулировать крутящий момент или частоту вращения двигателя.

Модели двигателей на основе потока учитывают магнитное насыщение и потери железа. Для расчета магнитного насыщения и потерь железа блок PMSM на основе потока использует обратную связь потока. Для получения параметров блока можно использовать конечноэлементный анализ (МКЭ) или измерять фазовые напряжения с помощью динамометра.

По умолчанию блок устанавливает для параметра «Тип моделирования» значение Continuous для использования непрерывного времени выборки во время моделирования. Если требуется создать код для целей с двойной и одинарной точностью с фиксированным шагом, рекомендуется установить для параметра значение Discrete. Затем укажите параметр Sample Time, Ts.

Чтобы включить вычисления потерь мощности, подходящие для целей генерации кода, ограничивающих объем памяти, выберите Включить оптимизированную память 2D LUT.

Трехфазная синусоидальная модель электрической системы

Блок реализует уравнения, которые выражены в неподвижном опорном (dq) кадре ротора. Ось d выравнивается по оси A. Все величины в системе отсчета ротора относятся к статору.

Блок использует эти уравнения.

Вычисление	Уравнение
q- и d-осевое напряжение	$\begin{array}{l} _{vd} \frac{=_{}}{} {dü ddt}_{} +_{}_{} {Rsid}_{} \\ -_{} \frac{_{}}{}_{}_{}_{}_{} \end{array}$
q- и d-осевой ток	$\begin{array}{l} _{id} = f_{} («_{d»}, « \\ _{} q»)_{iq} =_{} g \end{array}$ («d», «q»)
Электромеханический крутящий момент	$_{Te} = {1,5P}_{}_{}_{}_{}$ [

Уравнения используют эти переменные.

_ωm	Механическая частота вращения ротора
_ωe	Электрическая частота вращения ротора
_Θda	dq электрический угол статора относительно оси а ротора
_Rs, _Rr	Сопротивление обмоток статора и ротора соответственно
_iq, _id	q- и d-осевой ток соответственно
_vq, _vd	q- и d-осевое напряжение соответственно
_{Λ q}, _{Λ d}	магнитный поток по оси q- и d соответственно
P	Количество пар полюсов
_Те	Электромагнитный момент

Преобразовывает

Для вычисления напряжений и токов в сбалансированных трехфазных (a, b) величинах, квадратурных двухфазных (α, β) величинах и вращающихся (d, q) опорных кадрах блок использует преобразования Кларка и Парка.

В уравнениях преобразования.

$\begin{array}{l} _{starte} =_{} \\ \frac{_{}}{} Pstartmdstartedt_{=} \end{array}$ starte

Преобразовать	Описание	Уравнения
Кларк	Преобразует сбалансированные трехфазные величины (a, b) в сбалансированные двухфазные квадратурные величины (α, β).	$\begin{array}{l} _{xα} = \frac{}{}_{} 23xa \frac{−}{}_{} 13xb \frac{}{−}_{} \\ _{} \frac{\sqrt{13xxxβ}}{} =_{} \frac{\sqrt{}}{32xb}_{-} \end{array}$ 32xc
Парк	Преобразует сбалансированные двухфазные ортогональные стационарные величины (α, β) в ортогональный вращающийся опорный кадр (d, q).	$\begin{array}{l} _{xd} =_{}_{} xαcosstarte +_{}_{} \\ _{} xβsinü exq =_{} -_{}_{xαsinstarte} +_{} \end{array}$ xβcosstarte
Обратный Кларк	Преобразует сбалансированные двухфазные квадратурные величины (α, β) в сбалансированные трехфазные величины (a, b).	$\begin{array}{l} _{xa} =_{} \\ _{} xaxb = \frac{}{−}_{} \frac{\sqrt{12xα}}{} +_{} \\ _{} \frac{32xβxc}{} =_{} - \frac{\sqrt{}}{}_{12xα} \end{array}$ − 32xβ
Обратный парк	Преобразует ортогональный вращающийся опорный кадр (d, q) в сбалансированные двухфазные ортогональные стационарные величины (α, β).	$\begin{array}{l} _{xα} =_{}_{} xdcosstarte -_{}_{} \\ _{} xqsinü exβ_{=}_{} {xdsinstarte}_{} +_{} \end{array}$ xqcosstarte

Преобразования используют эти переменные.

_ωm	Механическая частота вращения ротора
P	Пары полюсов двигателя
_ωe	Электрическая частота вращения ротора
_Θe	Электрический угол ротора
x	Фазный ток или напряжение

Механическая система

Угловая скорость ротора определяется:

$\begin{matrix} \frac{}{}_{ddtü m} \frac{=}{} {1J}_{} (_{Te} -_{} Tf_{-} \\ \frac{_{Fü m}}{-}_{Tm} \end{matrix}$ ) d

Уравнения используют эти переменные.

J	Комбинированная инерция ротора и нагрузки
F	Комбинированное вязкое трение ротора и нагрузки
_θm	Механическое угловое положение ротора
_TM	Крутящий момент вала ротора
_Те	Электромагнитный момент
_Tf	Комбинированный момент трения ротора и нагрузки
_ωm	Механическая частота вращения ротора

Учет мощности

Для учета мощности блок реализует эти уравнения.

Сигнал шины			Описание	Переменная	Уравнения
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd` - Мощность, передаваемая между блоками Положительные сигналы указывают на поток в блок Отрицательные сигналы указывают на выход потока из блока	`PwrMtr`	Механическая мощность	_Pmot	$_{Pmot} = -_{}_{}$ startmTe
		`PwrBus`	Электроэнергия	_Pbus	$_{Pbus} =_{}_{} vania +_{}_{} {vbnib}_{+}_{}$ vcnic
	`PwrNotTrnsfrd` - Мощность, пересекающая границу блока, но не передаваемая Положительные сигналы указывают на вход Отрицательные сигналы указывают на потерю	`PwrElecLoss`	Потеря резистивной мощности	_Pelec	$_{Пелек} = \frac{−}{} 32_{} (_{}^{}_{Rsisd2}_{+}^{}$ Rsisq2)
		`PwrMechLoss`	Потеря механической мощности	_Pmech	Если для параметра Port Configuration установлено значение `Torque`: $_{Pmech} = -_{(}^{} startm2F +_{} \|_{}$ startm 'Tf) Если для параметра Port Configuration установлено значение `Speed`: $_{Pmech} =$ 0
	`PwrStored` - Скорость изменения накопленной энергии Положительные сигналы указывают на увеличение Отрицательные сигналы указывают на снижение	`PwrMtrStored`	Накопленная мощность двигателя	_Pstr	$_{Pstr} =_{} Pbus +_{} Pmot_{+} Pelec_{+}$ Pmech

Уравнения используют эти переменные.

_RS	Сопротивление статора
_ia, _ib, _ic	Статорный ток фаз a, b и c
_isq, _isd	Токи q- и d-оси статора
_фургон, _vbn, _vcn	Напряжение фазы a, b и c статора
_ωm	Угловая механическая скорость ротора
F	Комбинированный двигатель и вязкое демпфирование нагрузки
_Те	Электромагнитный момент
_Tf	Комбинированный момент трения двигателя и нагрузки

Оптимизация памяти таблицы подстановки

Данные для Соответствующих токов d-оси, id и Соответствующих токов q-оси, таблиц поиска iq являются функциями потока d-оси и q-оси.

Чтобы включить текущие вычисления, подходящие для целей создания кода, ограничивающих объем памяти, выберите Включить оптимизированную память 2D LUT. Блок использует линейную интерполяцию для оптимизации текущих значений таблицы поиска для генерации кода. В этой таблице приводится сводная информация о реализации оптимизации.

Сценарий использования		Внедрение
Поток d- и q-оси выравнивается со значениями точки останова таблицы поиска.		Ток, оптимизированный для памяти, является текущим значением таблицы поиска на пересечении значений потока.
Поток по осям d- и q не выравнивается со значениями точки останова таблицы поиска, но находится в пределах диапазона.		Ток, оптимизированный для памяти, представляет собой линейную интерполяцию между соответствующими значениями потока.
Поток по осям d- и q не выравнивается со значениями точки останова таблицы поиска и выходит за пределы диапазона.		Не удается вычислить ток, оптимизированный для памяти. Блок использует экстраполированные данные.

Экстраполяция

Таблицы поиска, оптимизированные для создания кода, не поддерживают экстраполяцию данных, находящихся вне допустимого диапазона. Однако предварительно рассчитанные значения экстраполяции можно включить в таблицу поиска потерь мощности, выбрав команду Указать экстраполяцию (Specify Extrapolation).

Блок использует параметры конечной точки для изменения размера табличных данных.

Ввод данных пользователем	Экстраполяция

Порты

Вход

развернуть все

`LdTrq` - Крутящий момент вала ротора
`scalar`

Входной крутящий момент вала ротора, _Tm, в Н· м.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Torque для параметра Port Configuration.

`Spd` - Частота вращения вала ротора
`scalar`

Угловая скорость ротора, _{λ м}, в рад/с.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Speed для параметра Port Configuration.

`PhaseVolt` - Напряжение на клеммах статора
`1`около-`3` множество

Напряжение на клеммах статора, _Va, _Vb и _Vc, в В.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Speed или Torque для параметра Port Configuration.

Продукция

развернуть все

`Info` - Сигнал шины
автобус

Сигнал шины содержит эти блочные вычисления.

Сигнал			Описание	Переменная	Единицы
`IaStator`			Ток фазы статора А	_ia	A
`IbStator`			Ток фазы статора B	_ib	A
`IcStator`			Фазный ток статора C	_ic	A
`IdSync`			Постоянный ток оси	_{я бы}	A
`IqSync`			Ток квадратурной оси	_IQ	A
`VdSync`			Напряжение по прямой оси	_vd	V
`VqSync`			Напряжение квадратурной оси	_vq	V
`MtrSpd`			Угловая механическая скорость ротора	_ωm	рад/с
`MtrPos`			Механическое угловое положение ротора	_θm	радиус
`MtrTrq`			Электромагнитный момент	_Те	Н· м
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd`	`PwrMtr`	Механическая мощность	_Pmot	W
	`PwrTrnsfrd`	`PwrBus`	Электроэнергия	_Pbus	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrElecLoss`	Потеря резистивной мощности	_Pelec	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrMechLoss`	Потеря механической мощности	_Pmech	W
	`PwrStored`	`PwrMtrStored`	Накопленная мощность двигателя	_Pstr	W

`PhaseCurr` - Ток фазы a, b, c
`1`около-`3` множество

Фазы a, b, c тока, _ia, _ib и _ic, в А.

`MtrTrq` - Крутящий момент двигателя
`scalar`

Крутящий момент двигателя, _Tmtr, в Н· м.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Speed для параметра конфигурации Port.

`MtrSpd` - Частота вращения двигателя
`scalar`

Угловая скорость мотора, _startmtr, в рад/с.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Torque для параметра конфигурации Port.

Параметры

развернуть все

Параметры блока

`Simulation type` - Выберите тип моделирования
`Continuous` (по умолчанию) | `Discrete`

По умолчанию блок использует непрерывное время выборки во время моделирования. Если требуется создать код для целей с одинарной точностью, рекомендуется установить для параметра значение Discrete.

Зависимости

Установка для типа моделирования значения Discrete создает параметр Sample Time, Ts.

`Sample time, Ts` - Время выборки для дискретной интеграции
`0.001` (по умолчанию) | `scalar`

Время интеграционной выборки для дискретного моделирования, в с.

Зависимости

Установка для типа моделирования значения Discrete создает параметр Sample Time, Ts.

`Port Configuration` - Выбор конфигурации порта
`Torque` (по умолчанию) | `Speed`

В этой таблице представлены конфигурации портов.

Конфигурация порта	Создание входного порта	Создание выходного порта
`Torque`	`LdTrq`	`MtrSpd`
`Speed`	`Spd`	`MtrTrq`

`Enable memory optimized 2D LUT` - Выбор
`off` (по умолчанию) | `on`

Позволяет создавать оптимизированные таблицы поиска, подходящие цели создания кода, ограничивающие объем памяти.

`Vector of d-axis flux, flux_d` - Точки останова потока
`1`около-`M` вектор

d-осевой флюс, _{Λ d}, точки останова, в Wb.

`Resample storage size for flux_d, n1` - Размер разрядов флюса
`2` (по умолчанию) | `4` | `8` | `16` | `32` | `64` | `128` | `256`

Размер хранилища точек останова потока, n1, безразмерный. Блок производит повторную выборку соответствующего тока d-оси, id и соответствующего тока q-оси, iq данных на основе размера хранилища.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Включить оптимизированную память 2D LUT.

`Vector of q-axis flux, flux_q` - Точки останова потока
`1`около-`N` вектор

q-осевой поток, _{Λ q}, точки останова, в Wb.

`Resample storage size for flux_q, n2` - Размер разрядов флюса
`2` (по умолчанию) | `4` | `8` | `16` | `32` | `64` | `128` | `256`

Размер хранилища точек останова потока, n2, безразмерный. Блок производит повторную выборку соответствующего тока d-оси, id и соответствующего тока q-оси, iq данных на основе размера хранилища.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Включить оптимизированную память 2D LUT.

`Corresponding d-axis current, id` - таблица поиска 2D
`M`около-`N` множество

Массив значений для тока d-оси, _id, как функции M d-потоки, N q-fluxes, _{Λ q}, in A. Каждое значение задает ток для конкретной комбинации потока по оси d- и q. Размер массива должен соответствовать размерам, определенным векторами потока.

Если установлен флажок «Включить память, оптимизированную 2D LUT», блок преобразует данные в единую точность.

`Corresponding q-axis current, iq` - таблица поиска 2D
`M`около-`N` множество

Массив значений тока по оси q, _id, как функция M d-потоки, N q-fluxes, _{Λ q}, in A. Каждое значение задает ток для конкретной комбинации потока по оси d- и q. Размер массива должен соответствовать размерам, определенным векторами потока.

`flux_d max endpoint, u1max` - Точка останова потока
`0.22457` (по умолчанию) | `scalar`

Конечная точка максимальной экстраполяции точки останова потока u1max в Wb.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Включить оптимизированную память 2D LUT и Указать экстраполяцию.

`flux_d min endpoint, u1min` - Точка останова потока
`-0.22607` (по умолчанию) | `scalar`

Минимальная конечная точка экстраполяции точки останова потока, u1min, в Wb.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Включить оптимизированную память 2D LUT и Указать экстраполяцию.

`flux_q max endpoint, u2max` - Точка останова потока
`0.42959` (по умолчанию) | `scalar`

Конечная точка максимальной экстраполяции точки останова потока u2max в Wb.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Включить оптимизированную память 2D LUT и Указать экстраполяцию.

`flux_q min endpoint, u2min` - Точка останова потока
`-0.4296` (по умолчанию) | `scalar`

Минимальная конечная точка экстраполяции точки останова потока, u2min, в Wb.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Включить оптимизированную память 2D LUT и Указать экстраполяцию.

`Stator phase resistance, Rs` - Сопротивление
`0.02` (по умолчанию) | `scalar`

Сопротивление фазы статора, _Rs, в Ом.

`Number of pole pairs, P` - пары полюсов
`4` (по умолчанию) | `scalar`

Пары полюсов двигателей, П.

`Initial flux, fluxdq0` - Флюс
`[0 0]` (по умолчанию) | `vector`

Начальный поток по осям d- и q, _Ψq0 и _Ψd0, в Wb.

`Initial mechanical position, theta_init` - Угол
`0` (по умолчанию) | `scalar`

Исходная угловая позиция ротора, _startm0, в рад.

`Initial mechanical speed, omega_init` - Скорость
`0` (по умолчанию) | `scalar`

Исходная угловая скорость ротора, _{λ m0}, в рад/с.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите Torque параметр конфигурации.

`Physical inertia, viscous damping, and static friction, mechanical` - Инерция, демпфирование, трение
`[0.0027, 4.924e-4, 0]` (по умолчанию) | `vector`

Механические свойства ротора:

Инерция, Дж, в кгм ^ 2
Вязкое демпфирование, F, в Н· м/( рад/с)
Статическое трение, _Tf, в Н· м

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите Torque параметр конфигурации.

Ссылки

[1] Ху, Дакай, Язан Алсмади и Лунъя Сюй. «Высокоточное нелинейное моделирование IPM на основе измеренной связи потока обмотки статора». Транзакции IEEE ® по отраслевым приложениям, том 51, № 4, июль/август 2015 г.

[2] Чэнь, Сяо, Цзябинь Ван, Бхаскар Сен, Панагиотис Ласари, Тяньфу Сунь. «Модель высокой точности и вычислительной эффективности для внутренних машин с постоянными магнитами, учитывающая магнитное насыщение, пространственную гармонику и эффект потерь железа». IEEE Transactions on Industrial Electronics, том 62, № 7, июль 2015 года.

[3] Оттоссон, Дж., М. Алакула. «Компактная реализация контроллера ослабления поля». Международный симпозиум по силовой электронике, электрическим приводам, автоматизации и движению, июль 2006 года.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Контроллер PM на основе потока | Асинхронный двигатель | Внутренняя PMSM | Сопоставленный двигатель | Поверхностное крепление PMSM

Темы

Создание параметров для блоков на основе флюса

Представлен в R2017b

Документация

PMSM на основе потока

Описание

Трехфазная синусоидальная модель электрической системы

Преобразовывает

Механическая система

Учет мощности

Оптимизация памяти таблицы подстановки

Порты

Вход

LdTrq - Крутящий момент вала ротора scalar

Зависимости

Spd - Частота вращения вала ротора scalar

Зависимости

PhaseVolt - Напряжение на клеммах статора 1около-3 множество

Зависимости

Продукция

Info - Сигнал шины автобус

PhaseCurr - Ток фазы a, b, c 1около-3 множество

MtrTrq - Крутящий момент двигателя scalar

Зависимости

MtrSpd - Частота вращения двигателя scalar

Зависимости

Параметры

Simulation type - Выберите тип моделирования Continuous (по умолчанию) | Discrete

Зависимости

Sample time, Ts - Время выборки для дискретной интеграции 0.001 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

Port Configuration - Выбор конфигурации порта Torque (по умолчанию) | Speed

Enable memory optimized 2D LUT - Выбор off (по умолчанию) | on

Vector of d-axis flux, flux_d - Точки останова потока 1около-M вектор

Resample storage size for flux_d, n1 - Размер разрядов флюса 2 (по умолчанию) | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256

Зависимости

Vector of q-axis flux, flux_q - Точки останова потока 1около-N вектор

Resample storage size for flux_q, n2 - Размер разрядов флюса 2 (по умолчанию) | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256

Зависимости

Corresponding d-axis current, id - таблица поиска 2D Mоколо-N множество

Corresponding q-axis current, iq - таблица поиска 2D Mоколо-N множество

flux_d max endpoint, u1max - Точка останова потока 0.22457 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

flux_d min endpoint, u1min - Точка останова потока -0.22607 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

flux_q max endpoint, u2max - Точка останова потока 0.42959 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

flux_q min endpoint, u2min - Точка останова потока -0.4296 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

Stator phase resistance, Rs - Сопротивление 0.02 (по умолчанию) | scalar

Number of pole pairs, P - пары полюсов 4 (по умолчанию) | scalar

Initial flux, fluxdq0 - Флюс [0 0] (по умолчанию) | vector

Initial mechanical position, theta_init - Угол 0 (по умолчанию) | scalar

Initial mechanical speed, omega_init - Скорость 0 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

Physical inertia, viscous damping, and static friction, mechanical - Инерция, демпфирование, трение [0.0027, 4.924e-4, 0] (по умолчанию) | vector

Зависимости

Ссылки

Расширенные возможности

Создание кода C/C + + Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Темы

Документация по блокам силового агрегата

Поддержка

`LdTrq` - Крутящий момент вала ротора
`scalar`

`Spd` - Частота вращения вала ротора
`scalar`

`PhaseVolt` - Напряжение на клеммах статора
`1`около-`3` множество

`Info` - Сигнал шины
автобус

`PhaseCurr` - Ток фазы a, b, c
`1`около-`3` множество

`MtrTrq` - Крутящий момент двигателя
`scalar`

`MtrSpd` - Частота вращения двигателя
`scalar`

`Simulation type` - Выберите тип моделирования
`Continuous` (по умолчанию) | `Discrete`

`Sample time, Ts` - Время выборки для дискретной интеграции
`0.001` (по умолчанию) | `scalar`

`Port Configuration` - Выбор конфигурации порта
`Torque` (по умолчанию) | `Speed`

`Enable memory optimized 2D LUT` - Выбор
`off` (по умолчанию) | `on`

`Vector of d-axis flux, flux_d` - Точки останова потока
`1`около-`M` вектор

`Resample storage size for flux_d, n1` - Размер разрядов флюса
`2` (по умолчанию) | `4` | `8` | `16` | `32` | `64` | `128` | `256`

`Vector of q-axis flux, flux_q` - Точки останова потока
`1`около-`N` вектор

`Resample storage size for flux_q, n2` - Размер разрядов флюса
`2` (по умолчанию) | `4` | `8` | `16` | `32` | `64` | `128` | `256`

`Corresponding d-axis current, id` - таблица поиска 2D
`M`около-`N` множество

`Corresponding q-axis current, iq` - таблица поиска 2D
`M`около-`N` множество

`flux_d max endpoint, u1max` - Точка останова потока
`0.22457` (по умолчанию) | `scalar`

`flux_d min endpoint, u1min` - Точка останова потока
`-0.22607` (по умолчанию) | `scalar`

`flux_q max endpoint, u2max` - Точка останова потока
`0.42959` (по умолчанию) | `scalar`

`flux_q min endpoint, u2min` - Точка останова потока
`-0.4296` (по умолчанию) | `scalar`

`Stator phase resistance, Rs` - Сопротивление
`0.02` (по умолчанию) | `scalar`

`Number of pole pairs, P` - пары полюсов
`4` (по умолчанию) | `scalar`

`Initial flux, fluxdq0` - Флюс
`[0 0]` (по умолчанию) | `vector`

`Initial mechanical position, theta_init` - Угол
`0` (по умолчанию) | `scalar`

`Initial mechanical speed, omega_init` - Скорость
`0` (по умолчанию) | `scalar`

`Physical inertia, viscous damping, and static friction, mechanical` - Инерция, демпфирование, трение
`[0.0027, 4.924e-4, 0]` (по умолчанию) | `vector`

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™