Реализовать привод векторного управления синхронным двигателем постоянного магнита (PMSM)
Блок PM Synchronous Motor Drive (AC6) представляет классический привод векторного управления для постоянных синхронных двигателей. Этот привод имеет замкнутый контур управления скоростью, основанный на способе векторного управления. Контур управления скоростью выдает опорный электромагнитный крутящий момент машины. Опорная прямая и квадратурная (dq) составляющие тока статора, соответствующие управляемому крутящему моменту, выводятся на основе стратегии векторного управления. Опорные компоненты dq тока статора затем используются для получения требуемых сигналов затвора для инвертора через контроллер тока полосы гистерезиса.
Основным преимуществом этого диска по сравнению со скалярными дисками является его быстрый динамический отклик. Внутренний эффект сцепления между крутящим моментом и потоком в машине управляется посредством развязки (ориентация статорного потока) управления, которое позволяет управлять крутящим моментом и потоком независимо. Однако из-за сложности вычислений реализация этого диска требует быстрых вычислительных процессоров или DSP.
Примечание
В программном обеспечении Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems премьер-министр Синхронный блок Электропривода обычно называют AC6 МОТОРНЫЙ ПРИВОД.
Блок синхронного привода PM использует следующие блоки из библиотеки электрических приводов/основных приводов:
Контроллер скорости (AC)
Векторный контроллер (PMSM)
Шина постоянного тока
Инвертор (трехфазный)
Модель является дискретной. Хорошие результаты моделирования были получены с шагом времени 2 мкс. Для моделирования цифрового контроллера система управления имеет два различных времени выборки:
Время отбора проб регулятором скорости
Время выборки контроллера вектора
Время дискретизации контроллера скорости должно быть кратным времени дискретизации контроллера вектора. Последнее время выборки должно быть кратным временному шагу моделирования. Инвертор среднего значения позволяет использовать большие временные шаги моделирования, поскольку он не генерирует малые временные константы (из-за RC-привязок), присущие подробному преобразователю. Для времени выборки контроллера вектора 75 мкс были получены хорошие результаты моделирования для шага времени моделирования 75 мкс. Шаг времени моделирования, конечно, не может быть выше шага времени контроллера вектора.
Компонент постоянного тока статора id * устанавливается в нуль внутри блока векторного контроллера, поскольку поток ротора подается постоянными магнитами.
Выберите способ организации выходных переменных. При выборе Multiple output buses (по умолчанию) блок имеет три отдельные шины вывода для переменных двигателя, преобразователя и контроллера. При выборе Single output bus, все переменные выводятся на одной шине.
Выберите между подробным инвертором и инвертором среднего значения. По умолчанию: Detailed.
Выберите между моментом нагрузки, частотой вращения двигателя и механическим поворотным отверстием в качестве механического входного сигнала. По умолчанию: Torque Tm
Если выбран и применен крутящий момент нагрузки, на выходе отображается частота вращения двигателя в соответствии со следующим дифференциальным уравнением, которое описывает динамику механической системы:
F, r + Tm
Эта механическая система включена в модель двигателя.
Если в качестве механического ввода выбрана скорость двигателя, то в качестве выхода получается электромагнитный крутящий момент, позволяющий представлять внешне динамику механической системы. Внутренняя механическая система не используется при этом выборе механического ввода, и параметры инерции и вязкого трения не отображаются.
Для механического поворотного порта, соединительный порт S отсчитывается для механического входа и выхода. Он обеспечивает прямое подключение к среде Simscape. Механическая система двигателя также включена в привод и основана на том же дифференциальном уравнении.
См. раздел Механическая муфта двух приводов двигателя.
При установке этого флажка Motor, Conv, и Ctrl выходные сигналы измерения используют имена сигналов для идентификации меток шины. Эта опция используется для приложений, для которых метки сигналов шины должны содержать только буквенно-цифровые символы.
Если флажок снят (по умолчанию), на выходе измерения используется определение сигнала для идентификации меток шины. Метки содержат неальфанумерные символы, несовместимые с некоторыми приложениями Simulink ®.
На вкладке Синхронная машина постоянного магнита отображаются параметры блока Синхронная машина постоянного магнита библиотеки основных блоков (powerlib).
В разделе «Выпрямитель» вкладки «Преобразователи и шина постоянного тока» отображаются параметры блока «Универсальный мост» библиотеки «Основные блоки» (powerlib). Дополнительные сведения о параметрах универсального моста см. на справочной странице универсального моста.
Емкость шины постоянного тока (F). По умолчанию: 2000e-6.
Сопротивление тормозного рубильника, используемое для предотвращения перенапряжения шины во время замедления двигателя или когда крутящий момент нагрузки имеет тенденцию к ускорению двигателя (Ом). По умолчанию: 8.
Частота тормозного рубильника (Гц). По умолчанию: 4000.
Динамическое торможение активируется, когда напряжение шины достигает верхнего предела полосы гистерезиса. На следующем рисунке показана логика гистерезиса тормозного рубильника. По умолчанию: 320.
Динамическое торможение отключается, когда напряжение шины достигает нижнего предела полосы гистерезиса. По умолчанию: 310. Логика гистерезиса прерывателя показана на следующем рисунке.
В разделе «Инвертор» вкладки «Преобразователи и шина постоянного тока» отображаются параметры блока «Универсальный мост» библиотеки «Основные блоки» (powerlib). Дополнительные сведения о параметрах универсального моста см. на справочной странице универсального моста.
Инвертор среднего значения использует следующие параметры.
Частота трехфазного источника напряжения (Гц). По умолчанию: 60.
Включенное сопротивление инверторных устройств (Ом). По умолчанию: 1e-3.
Это всплывающее меню позволяет выбирать между регулировкой скорости и крутящего момента. По умолчанию: Speed regulation
Выберите гистерезис или пространственную векторную модуляцию. Тип модуляции по умолчанию: Hysteresis.
При нажатии этой кнопки появляется диаграмма, иллюстрирующая схему контроллеров скорости и вектора.
Максимальное изменение скорости, допускаемое при разгоне двигателя (об/мин). Чрезмерно большое положительное значение может привести к понижению напряжения шины постоянного тока. Этот параметр используется только в режиме регулирования скорости. По умолчанию: 1000.
Максимальное изменение скорости, допускаемое при замедлении двигателя (об/мин). Чрезмерно большое отрицательное значение может вызвать перенапряжение шины постоянного тока. Этот параметр используется только в режиме регулирования скорости. По умолчанию: -1000.
Частота отсечки фильтра нижних частот первого порядка измерения скорости (Гц). Этот параметр используется только в режиме регулирования скорости. По умолчанию: 100.
Время (а) выборки контроллера скорости. Время выборки должно быть кратным временному шагу моделирования. По умолчанию: 7*20e-6.
Пропорциональный коэффициент усиления регулятора скорости. Этот параметр используется только в режиме регулирования скорости. По умолчанию: 5.
Интегральный коэффициент усиления контроллера скорости. Этот параметр используется только в режиме регулирования скорости. По умолчанию: 100.
Максимальный отрицательный требуемый крутящий момент, приложенный к двигателю регулятором тока (N.m). По умолчанию: -17.8.
Максимальный положительный требуемый крутящий момент, приложенный к двигателю регулятором тока (N.m). По умолчанию: 17.8.
Время выборки контроллера вектора. Время выборки должно быть кратным временному шагу моделирования. По умолчанию: 20e-6.
Текущая полоса пропускания гистерезиса. По умолчанию: 0.1. Это значение представляет собой общую полосу пропускания, распределенную симметрично вокруг текущей уставки (A). На следующем рисунке показан случай, когда текущая уставка равна Is *, а текущая полоса пропускания гистерезиса установлена в dx.
Этот параметр не используется при использовании инвертора среднего значения.
Примечание
Эта полоса пропускания может быть превышена, поскольку используется моделирование с фиксированным шагом. Блок перехода скорости необходим для передачи данных между различными скоростями дискретизации. Этот блок вызывает задержку в сигналах затвора, так что ток может превышать полосу гистерезиса.
Максимальная частота переключения инвертора (Гц). По умолчанию: 20e3. Этот параметр не используется при использовании инвертора среднего значения.
Щелкните значок, чтобы показать или скрыть параметры инструмента «Управление автоматизацией».
Укажите коэффициент демпфирования, используемый для расчета коэффициентов усиления Kp и Ki блока контроллера скорости (AC). По умолчанию: 0.9.
Укажите требуемое время установки блока контроллера скорости (AC). Это время требуется для того, чтобы ответ контроллера достиг и остался в пределах 5-процентного диапазона от целевого значения. По умолчанию: 0.1.
Укажите соотношение между полосой пропускания и собственной частотой регулятора. По умолчанию: 30.
Вычислите параметры пропорционального усиления и интегрального усиления блока контроллера скорости (AC). Вычисление основано на параметрах Желательное демпфирование, Желательное время отклика @ 5% и Коэффициент полосы пропускания (InureLoop/SpeedLoop). Вычисленные значения отображаются в маске блока Drive. Нажмите кнопку Apply (Применить) или OK (OK), чтобы подтвердить их.
SPУставка скорости или крутящего момента. Уставка скорости может быть функцией шага, но скорость изменения скорости будет следовать за аппарелями ускорения/замедления. Если крутящий момент нагрузки и частота вращения имеют противоположные знаки, то ускоряющий крутящий момент будет суммой электромагнитного крутящего момента и крутящего момента нагрузки.
Tm или WmМеханический ввод: крутящий момент нагрузки (Tm) или частота вращения двигателя (Wm).
A, B, C Трехфазные выводы моторного привода.
Wm или TeМеханический выход: скорость двигателя (Wm) или электромагнитный момент (Te).
Если для параметра Output bus mode установлено значение Multiple output bus, блок имеет следующие три выходных шины:
MotorВектор измерения двигателя. Этот вектор позволяет наблюдать переменные двигателя с помощью блока выбора шины.
ConvВектор измерения трехфазных преобразователей. Этот вектор содержит:
Напряжение шины постоянного тока
Выходной ток выпрямителя
Входной ток инвертора
Следует отметить, что все значения тока и напряжения мостов могут быть визуализированы с помощью блока мультиметра.
CtrlВектор измерения контроллера. Этот вектор содержит:
Опорное значение крутящего момента
Погрешность скорости (разница между эталонным клином скорости и фактической скоростью)
Эталонный клин скорости или эталонный крутящий момент
Если для параметра режима шины вывода установлено значение Single output bus, блок группирует выходные сигналы двигателя, конвейера и Ctrl в один выходной сигнал шины.
Библиотека содержит набор параметров привода мощностью 3 л.с. Технические характеристики привода мощностью 3 л.с. приведены в следующей таблице.
3 Характеристики привода высокого давления
Входное напряжение привода | ||
|---|---|---|
Амплитуда | 220 В | |
Частота | 60 Гц | |
Номинальные значения двигателя | ||
Власть | 3 л.с. | |
Скорость | 1800 | |
Напряжение | 300 | |
[1] Бозе, Б. К. Современная силовая электроника и приводы переменного тока. Река Верхнее Седло, Нью-Джерси: Прентис-Холл, 2002.
[2] Краузе, P.C . Анализ электрических машин. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл, 1986.