exponenta event banner

Трехфазный инвертор источника напряжения

Трехфазный инвертор источника напряжения

  • Библиотека:
  • Блок силового агрегата/движитель/электродвигатели и инверторы

  • Three-Phase Voltage Source Inverter block

Описание

Блок трехфазного инвертора источника напряжения реализует трехфазный инвертор источника напряжения, который генерирует команды нейтрального напряжения для сбалансированной трехфазной нагрузки. Сконфигурируйте функцию переключения напряжения для непрерывной векторной модуляции или входных сигналов переключателя инвертора. Блок можно включить в модель с замкнутым контуром для моделирования инвертора питания. Блок управляет идеальными состояниями переключения.

Чтобы включить вычисления потерь мощности, подходящие для целей генерации кода, ограничивающих объем памяти, выберите Включить оптимизированную память 2D LUT. Щелкните Калибровка карт (Calibrate Maps), чтобы виртуально откалибровать таблицу поиска потерь мощности инвертора как функцию крутящего момента и частоты вращения двигателя.

Если выбран параметр Температура входного инвертора (Input inverter temperature), щелкните Калибровка карт (Calibrate Maps), чтобы виртуально откалибровать таблицу потерь мощности как функцию крутящего момента двигателя, частоты вращения двигателя и температуры инвертора. Невозможно включить оптимизацию памяти для 3D таблицы поиска потерь питания.

Используйте параметр Switching voltage function для установки функции switching voltage.

Настройка

Внедрение

Иллюстрация

Управляемое фазное напряжение

Фаза a, b, c ввода команды «напряжение линии-нейтрали». Подходит для непрерывных входных сигналов синусоидальной или пространственно-векторной модуляции.

Переключить входы (по умолчанию)

Команда ввода переключателя инвертора. Подходит для аппаратного моделирования в контуре (HIL).

Инвертор переключает S1, S3 и S5 с помощью дополнительного управления для S2, S4 и S6.

Виртуальная калибровка

При наличии Toolbox™ Калибровка на основе модели (Model-Based Calibration) щелкните Калибровка карт (Calibrate Maps), чтобы виртуально откалибровать таблицы поиска с использованием измеренных данных. В диалоговом окне выполняются эти задачи.

Задача

Описание

Импорт данных о потерях

Импортировать эти данные потери из файла. Например, открыть <matlabroot>/toolbox/autoblks/autoblksshared/mbctemplates/MappedInverterDataset.xlsx.

Дополнительные сведения см. в разделе Использование данных (панель инструментов калибровки на основе модели).

Настройка температуры входного инвертора

Требуемые данные

off
  • Частота вращения двигателя, рад/с

  • Крутящий момент двигателя, Н· м

  • Потеря питания, Вт

on
  • Частота вращения двигателя, рад/с

  • Крутящий момент двигателя, Н· м

  • Температура двигателя, К

  • Потеря питания, Вт

Сбор данных инвертора в установившихся рабочих условиях. Данные должны охватывать рабочий диапазон частоты вращения, крутящего момента и температуры инвертора.

Для фильтрации или редактирования данных выберите «Изменить в приложении». Откроется редактор данных панели инструментов калибровки на основе модели.

Создание моделей ответа

Панель инструментов калибровки на основе модели использует планы испытаний для соответствия данных гауссовым моделям процессов (GPM).

Чтобы оценить или скорректировать соответствие модели ответа, выберите Править в приложении. Откроется обозреватель модели Панель инструментов калибровки на основе модели (Model-Based Calibration Toolbox Model Browser). Дополнительные сведения см. в разделе Оценка модели (панель инструментов калибровки на основе модели).

Создать калибровку

Панель инструментов калибровки на основе модели откалибрует модели отклика и генерирует откалиброванные таблицы.

Чтобы оценить или скорректировать калибровку, выберите Изменить в приложении. Откроется обозреватель CAGE панели инструментов калибровки на основе модели. Дополнительные сведения см. в разделе Таблицы поиска калибровки (панель инструментов калибровки на основе модели).

Обновление параметров блока

Обновите эти параметры с помощью калибровки.

Настройка температуры входного инвертора

Параметры

off
  • Вектор скоростей (w) для табличных потерь, w_eff_bp

  • Вектор крутящих моментов (Т) для табличных потерь, T_eff_bp

  • Соответствующие потери мощности, ploss_table

on
  • Вектор скоростей (w) для табличных потерь, w_eff_bp

  • Вектор крутящих моментов (Т) для табличных потерь, T_eff_bp

  • Вектор температур для табличных потерь, Temp_eff_bp

  • Соответствующие потери мощности, ploss_table_3d

Функция переключения

Для напряжения переключателя реализация блока зависит от настройки функции Switching voltage.

НастройкаВычислениеУравнения
Commanded phase voltage

Команды непрерывного напряжения «линия-нейтраль» устанавливаются в фазу a, b, c ввода команды «линия-нейтраль»

van = va _ cmdvbn = vb _ cmdvcn = vc _ cmd

Напряжение между линиями

vab  = van  vbnvbc =  vbn  vcnvca = vcn − van
Switch inputs

Функция переключения

SFa = {1   S1   на  и   S2 off−1 S1   прочь  и  S2 onSFb = {1 S3 на    и     S4 off−1 S3  прочь и     S4 onSFc = {1 S5 на и       S6 off−1 S5  прочь и S6 на       

Напряжение от линии к центральной точке

vao  =  vbus2 SFavbo =  vbus2  SFbvco =  vbus2 SFc

Напряжение «линия-нейтраль»

van  = vao  vnovbn =  vbo  vnovcn = vco  vnovan +  vbn +  vcn = 0vno = 13 (vao +  vbo +  vco) van =  vao 13 ( vao + vbo +  vco)  vbn = vco     − 13 (vao + vbo + vco

Напряжение между линиями

vab  = van  vbnvbc =  vbn  vcnvca = vcn − van

Уравнения используют эти переменные.

SFa, SFb, SFc

Функции переключения линий фазы a, b, c соответственно

vbus

Напряжение шины источника питания

Вао, Vbo, Vco

Фаза a, b, c напряжения «линия-центр» соответственно

Ван, Vbn, Vcn

Фаза a, b, c напряжения «линия-нейтраль» соответственно

Vab, Vbc, Vca

Фаза ab, bc, напряжение линии к нейтрали, соответственно

Va_cmd, Vb_cmd, Vc_cmd

Команды линейного и нейтрального напряжения фазы a, b, c соответственно

Потеря тока и мощности

Для напряжения «линия-центр», «линия-нейтраль» и «линия-линия» блок реализует эти уравнения.

ВычислениеУравнения
Мощность двигателя и шиныPmtr  = vania + vbnib +  vcnicPbus = vbusbus

Потеря мощности инвертора и ток шины

Pin  = Pbus =  vbusbusPout =  Pmtr = vania + vbnib + vcnic +  PLossInvibus = vania + vbnib + vcnic + PLossInv vbus

Уравнения используют эти переменные.

Pmtr

Мощность, подаваемая на двигатель

Pbus

Питание от входной шины

Ploss

Потеря питания

ibus

Ток шины источника питания

ia, ib, ic

Ток линии фазы a, b, c соответственно

Ван, Vbn, Vcn

Фаза a, b, c напряжения «линия-нейтраль» соответственно

vbus

Напряжение шины источника питания

Учет мощности

Для учета мощности блок реализует эти уравнения.

Сигнал шины ОписаниеПеременнаяУравнение

PwrInfo

PwrTrnsfrd - Мощность, передаваемая между блоками

  • Положительные сигналы указывают на поток в блок

  • Отрицательные сигналы указывают на выход потока из блока

PwrMtr

Мощность, подаваемая на двигатель

PTrnsfrdMtr

PTrnsfrdMtr  = (vania + vbnib + vcnic)

PwrBus

Питание от входной шины

PTrnsfrdBus

PTrnsfrdBus  = Pbus

PwrNotTrnsfrd - Мощность, пересекающая границу блока, но не передаваемая

  • Положительные сигналы указывают на вход

  • Отрицательные сигналы указывают на потерю

PwrLoss

Потеря питания

Отрицательное значение указывает на потерю мощности

PNotTrnsfrd

PNotTrnsfrd  = (PTrnsfrdBus + PTrnsfrdMtr)

PwrStored - Скорость изменения накопленной энергии

  • Положительные сигналы указывают на увеличение

  • Отрицательные сигналы указывают на снижение

Не используется

Оптимизация памяти таблицы подстановки

Параметр таблицы потерь мощности инвертора Соответствующие потери мощности, ploss_table данные являются функцией крутящего момента двигателя и частоты вращения двигателя при различных напряжениях батареи. Положительный ток указывает на разряд батареи. Отрицательный ток указывает на заряд батареи.

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

Сценарий использованияВнедрение

Частота вращения и крутящий момент двигателя выравниваются со значениями контрольной точки таблицы поиска.

Оптимизированная для памяти потеря мощности - это значение таблицы поиска потерь мощности при пересечении частоты вращения двигателя и крутящего момента.

Частота вращения и крутящий момент двигателя не совпадают со значениями контрольной точки таблицы поиска, но находятся в пределах диапазона.

Оптимизированная для памяти потеря мощности представляет собой линейную интерполяцию между соответствующей скоростью двигателя и крутящим моментом.

Значения частоты вращения и крутящего момента двигателя не совпадают со значениями точки останова таблицы поиска и выходят за пределы диапазона.

Невозможно вычислить потерю питания, оптимизированную 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 пользователемЭкстраполяция

Порты

Вход

развернуть все

Фаза a, b, c, команда напряжения «линия-нейтраль», Va_cmd, Vb_cmd и Vc_cmd, в В.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, установите функцию Switching voltage в значение Commanded phase voltage.

Команды переключения, Sa, Sb и Sc, безразмерные.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, установите функцию Switching voltage в значение Switch inputs.

Напряжение шины источника питания, Vbus, в В.

Фазы a, b, c тока, ia, ib и ic, в А.

Крутящий момент двигателя, Tmtr, в Н· м.

Угловая скорость мотора, startmtr, в рад/с.

Рабочая температура инвертора, TempInvrtr, в К.

Зависимости

Для создания этого порта выберите Input inverter temperature (температура входного инвертора).

Продукция

развернуть все

Сигнал шины содержит эти блочные вычисления.

Сигнал ОписаниеПеременнаяЕдиницы

BusCurr

Ток шины источника питания

ibus

A

PwrLossInv

Потеря мощности инвертора

εinv

безразмерный

PwrInfo

PwrTrnsfrd

PwrMtr

Мощность, подаваемая на двигатель

PTrnsfrdMtr

W

PwrBus

Питание от входной шины

PTrnsfrdBus

W

PwrNotTrnsfrd

PwrLoss

Потеря питания

PNotTrnsfrd

W

PwrStored

Не используется

Фаза a, b, c напряжения линии-нейтрали, Van, Vbn и Vcn, в В.

Ток шины источника питания, ibus, в А.

Параметры

развернуть все

Параметры блока

Выберите этот параметр для создания InvrtrTemp входной порт.

Блок позволяет Вам определить справочные таблицы потерь мощности инвертора, которые являются функциями моторного крутящего момента, Tmtr и частоты вращения двигателя, ωmtr. Если выбрана температура входного инвертора, таблицы также являются функцией температуры инвертора TempInvrtr.

Настройка параметров температуры входного инвертора

Включение таблицы эффективности

Функция

off

Соответствующие потери мощности, ploss_table

f (Tmtr, startmtr)

on

Соответствующие потери мощности, ploss_table_3d

f (Tmtr, startmtr, TempInvrtr)

Зависимости

Если выбран параметр Температура входного инвертора (Input inverter temperature), чтобы указать таблицу поиска потерь мощности 3D как функцию крутящего момента двигателя, частоты вращения двигателя и температуры инвертора, нельзя выбрать параметр Включить оптимизированную память (Enable memory optimized 2D LUT), чтобы включить оптимизацию памяти.

Создание таблиц поиска, оптимизированных для памяти, подходящих целевых объектов для создания кода, ограничивающих объем памяти.

Зависимости

Если выбрана опция Enable memory optimized 2D LUT (включить оптимизированную память), нельзя выбрать опцию Input inverter temperature (температура входного инвертора).

При наличии панели инструментов калибровки на основе модели щелкните Калибровка карт (Calibrate Maps), чтобы виртуально откалибровать таблицы поиска с использованием измеренных данных. В диалоговом окне выполняются эти задачи.

Задача

Описание

Импорт данных о потерях

Импортировать эти данные потери из файла. Например, открыть <matlabroot>/toolbox/autoblks/autoblksshared/mbctemplates/MappedInverterDataset.xlsx.

Дополнительные сведения см. в разделе Использование данных (панель инструментов калибровки на основе модели).

Настройка температуры входного инвертора

Требуемые данные

off
  • Частота вращения двигателя, рад/с

  • Крутящий момент двигателя, Н· м

  • Потеря питания, Вт

on
  • Частота вращения двигателя, рад/с

  • Крутящий момент двигателя, Н· м

  • Температура двигателя, К

  • Потеря питания, Вт

Сбор данных инвертора в установившихся рабочих условиях. Данные должны охватывать рабочий диапазон частоты вращения, крутящего момента и температуры инвертора.

Для фильтрации или редактирования данных выберите «Изменить в приложении». Откроется редактор данных панели инструментов калибровки на основе модели.

Создание моделей ответа

Панель инструментов калибровки на основе модели использует планы испытаний для соответствия данных гауссовым моделям процессов (GPM).

Чтобы оценить или скорректировать соответствие модели ответа, выберите Править в приложении. Откроется обозреватель модели Панель инструментов калибровки на основе модели (Model-Based Calibration Toolbox Model Browser). Дополнительные сведения см. в разделе Оценка модели (панель инструментов калибровки на основе модели).

Создать калибровку

Панель инструментов калибровки на основе модели откалибрует модели отклика и генерирует откалиброванные таблицы.

Чтобы оценить или скорректировать калибровку, выберите Изменить в приложении. Откроется обозреватель CAGE панели инструментов калибровки на основе модели. Дополнительные сведения см. в разделе Таблицы поиска калибровки (панель инструментов калибровки на основе модели).

Обновление параметров блока

Обновите эти параметры с помощью калибровки.

Настройка температуры входного инвертора

Параметры

off
  • Вектор скоростей (w) для табличных потерь, w_eff_bp

  • Вектор крутящих моментов (Т) для табличных потерь, T_eff_bp

  • Соответствующие потери мощности, ploss_table

on
  • Вектор скоростей (w) для табличных потерь, w_eff_bp

  • Вектор крутящих моментов (Т) для табличных потерь, T_eff_bp

  • Вектор температур для табличных потерь, Temp_eff_bp

  • Соответствующие потери мощности, ploss_table_3d

Электрическая модель

Используйте параметр Switching voltage function для установки функции switching voltage.

Настройка

Внедрение

Иллюстрация

Управляемое фазное напряжение

Фаза a, b, c ввода команды «напряжение линии-нейтрали». Подходит для непрерывных входных сигналов синусоидальной или пространственно-векторной модуляции.

Переключить входы (по умолчанию)

Команда ввода переключателя инвертора. Подходит для аппаратного моделирования в контуре (HIL).

Инвертор переключает S1, S3 и S5 с помощью дополнительного управления для S2, S4 и S6.

Вектор частоты вращения двигателя, startmtr, точки останова при обесточивании, в рад/с. Если установлен флажок «Включить память, оптимизированную 2D LUT», блок преобразует данные в единую точность.

Размер хранилища точек останова, n1, безразмерный. Блок повторно дискретизирует соответствующие потери мощности, ploss_table данные на основе размера хранилища.

Зависимости

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

Вектор крутящего момента двигателя, Tmtr, точки останова при потере мощности, в Н· м. Если установлен флажок «Включить память, оптимизированную 2D LUT», блок преобразует данные в единую точность.

Размер хранилища точек останова крутящего момента, n2, безразмерный. Блок повторно дискретизирует соответствующие потери мощности, ploss_table данные на основе размера хранилища.

Зависимости

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

Вектор температуры инвертора, TempInvrtr, точки останова при обесточивании, в К.

Зависимости

Для создания этого параметра выберите Входная температура инвертора.

Массив значений для потери мощности как функции M частоты вращения двигателя, startmtr, и N крутящие моменты двигателя, Tmtr, в W. Каждое значение определяет потерю мощности для конкретной комбинации частоты вращения двигателя и крутящего момента двигателя. Размер массива должен соответствовать размерам, определенным векторами скорости и крутящего момента.

При наличии панели инструментов калибровки на основе модели щелкните Калибровка карт (Calibrate Maps), чтобы виртуально откалибровать таблицу поиска с использованием измеренных данных.

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

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, снимите флажок Температура входного инвертора.

Массив значений для потери мощности как функции M обороты двигателя, startmtr, N крутящие моменты двигателя, Tmtr и L температуры двигателя, TempInvrtr, в W. Каждое значение определяет потерю мощности для конкретной комбинации частоты вращения двигателя, крутящего момента двигателя и температуры. Размер массива должен соответствовать размерам, определенным векторами скорости, крутящего момента и температуры.

При наличии панели инструментов калибровки на основе модели щелкните Калибровка карт (Calibrate Maps), чтобы виртуально откалибровать таблицу поиска с использованием измеренных данных.

Зависимости

Для создания этого параметра выберите Входная температура инвертора.

Указать извлечение

Максимальная точка останова скорости, конечная точка экстраполяции, u1max, в рад/с.

Зависимости

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

Минимальная конечная точка экстраполяции точки останова скорости u1min в рад/с.

Зависимости

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

Максимальная конечная точка экстраполяции точки останова крутящего момента u2max в рад/с.

Зависимости

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

Минимальная конечная точка экстраполяции точки останова крутящего момента u2min в рад/с.

Зависимости

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

Ссылки

[1] Ли, Бьюн-Кук и Мехрдад Эхсами. «Упрощенная функциональная модель моделирования для трехфазного инвертора» напряжение-источник «с использованием концепции коммутационных функций». IEEE ® Transactions on Industrial Electronics, том 48, № 2, стр. 309-321, апрель 2001 года.

[2] Зиогас, фойва Д., Эдуардо П. Вихманн и Виктор Р. Стефанович. «Автоматизированный подход к анализу и проектированию статических инверторов источников напряжения». IEEE Transactions on Industrial Electronics Transactions on Industry Applications, том IA-21, № 5, сентябрь/октябрь 1985 года.

Расширенные возможности

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

.
Представлен в R2019a