exponenta event banner

Гибридное возбуждение PMSM

ГИБРИДНАЯ СИНХРОННАЯ МАШИНА ВОЗБУЖДЕНИЯ СО СТАТОРОМ ТРЕХФАЗНОЙ НАМОТКИ

  • Библиотека:
  • Simscape/Электрический/Электромеханический/Постоянный магнит

  • Hybrid Excitation PMSM block

Описание

Блок PMSM гибридного возбуждения представляет собой гибридную синхронную машину возбуждения с трехфазным статором с намоткой. Постоянные магниты и обмотки возбуждения обеспечивают возбуждение машины. На рисунке показана эквивалентная электрическая цепь для обмоток статора и ротора.

Конструкция двигателя

На схеме показана конструкция двигателя с одной полюсной парой на роторе. Для условного обозначения осей, когда механический угол λ r ротора равен нулю, потоки α - фазы и постоянного магнита выравниваются. Блок поддерживает определение второй оси ротора, для которой механический угол ротора определяется как угол между α - фазной магнитной осью и q-осью ротора.

Уравнения

Напряжения на обмотках статора определяются

[vavbvc] = [Rs000Rs000Rs] [iaibic] + [d

где:

  • va, vb и vc - индивидуальные фазные напряжения на обмотках статора.

  • Rs - эквивалентное сопротивление каждой обмотки статора.

  • ia, ib и ic - токи, протекающие в обмотках статора.

  • В качестве скорости изменения магнитного потока в каждой обмотке статора используются d

Напряжение на обмотке поля выражается как

vf = Rfif + dstartfdt,

где:

  • vf - индивидуальное фазное напряжение на обмотке поля.

  • Rf - эквивалентное сопротивление обмотки возбуждения.

  • если - ток, протекающий в обмотке поля.

  • dstartfdt - скорость изменения магнитного потока в обмотке поля.

Постоянный магнит, обмотка возбуждения и три обмотки статора со звездообразной обмоткой вносят вклад в поток, связывающий каждую обмотку. Общий поток определяется как

[λ a b c] = [LaaLabLacLbbLbbLcaLcaLcbLcc] [iaibic] + [λ am bmcm] + [LamfLbmfLcmf], если,

где:

  • в качестве общих потоков, связывающих каждую обмотку статора.

  • Laa, Lbb и Lcc являются самоиндукциями обмоток статора.

  • Lab, Lac, Lba, Lbc, Lca и Lcb являются взаимными индуктивами обмоток статора.

  • В качестве потоков намагничивания, связывающих обмотки статора, используются (в качестве потоков намагничивания).

  • Lamf, Lbmf и Lcmf - взаимные индуктивности обмотки поля.

Индуктивности в обмотках статора являются функциями электрического угла ротора и определяются

starte = Nstartr + смещение ротора

Laa = Ls + Lmcos (2starte),

Lbb = Ls + Lmcos (2 (starte 2δ/3)),

Lcc = Ls + Lmcos (2 (

Lab = Lba = Ms Lmcos (2 (

Lbc = Lcb = Ms Lmcos (2 (

Lca = Lac = Ms Lmcos (2 (

где:

  • N - число пар полюсов ротора.

  • startr - механический угол ротора.

  • starte - электрический угол ротора.

  • смещение ротора - 0 если вы определяете электрический угол ротора относительно оси d, или -pi/2 при определении электрического угла ротора относительно оси q.

  • Ls - самоиндуктивность статора на фазу. Это значение представляет собой среднюю самоиндуктивность каждой из обмоток статора.

  • Lm - флуктуация индуктивности статора. Это значение является флуктуацией собственной индуктивности и взаимной индуктивности с изменением угла ротора.

  • Ms - взаимная индуктивность статора. Это значение представляет собой среднюю взаимную индуктивность между обмотками статора.

Поток намагниченности, связывающий обмотку, a-a "- это максимум, когда (e) = 0 °, и ноль, когда (e) = 90 °. Поэтому:

λ m = [λ amü bmpcicm] = [λ mcosü eü mcos (starte 2δ/3) λ mcos (starte + 2λ/3)],

Lmf = [LamfLbmfLcmf] = [LmfcosstarteLmfcos (

и

Λ f = Lfif + LmfT [iaibic],

где:

  • λ м - связанный поток двигателя.

  • Lmf - индуктивность якоря взаимного поля.

  • λ f - поток, связывающий обмотку поля.

  • Lf - индуктивность обмотки возбуждения.

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

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

Упрощенные уравнения

Применение преобразования Park к уравнениям электрического определения блока создает выражение для крутящего момента, которое не зависит от угла ротора.

Преобразование Park определяется

P = 2/3 [cosstartecos (starte 2λ/3) cos ((,,

При применении преобразования парка к первым двум электрическим определяющим уравнениям формируются уравнения, определяющие поведение блока:

vd = Rsid + Lddiddt + Lmfdifdt NstartiqLq,

vq = Rsiq + Lqdiqdt + N,

v0=Rsi0+L0di0dt,

vf = Rfif + Lfdifdt + 32Lmfdiddt,

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

и

Jdü dt = T = TL − Bmλ.

где:

  • vd, vq и v0 - напряжения d-оси, q-оси и нулевой последовательности. Эти напряжения определяются

    [vdvqv0] = P [vavbvc].

  • id, iq и i0 - токи d-оси, q-оси и нулевой последовательности, определяемые

    [idiqi0] = P [iaibic].

  • Ld - индуктивность d-оси статора. Ld = Ls + Ms + 3/2 Lm.

  • λ - механическая скорость вращения.

  • Lq - индуктивность по оси q статора. Lq = Ls + Ms − 3/2 Lm.

  • L0 - индуктивность нулевой последовательности статора. L0 = Ls - 2Ms.

  • T - крутящий момент ротора. Для блока PMSM гибридного возбуждения крутящий момент течет от корпуса машины (порт C сохранения блока) к ротору машины (порт R сохранения блока).

  • J - инерция ротора.

  • TL - момент нагрузки.

  • Bm - демпфирование ротора.

Тепловые порты

Блок имеет четыре дополнительных тепловых порта, по одному для каждой из трех обмоток статора и по одному для ротора. По умолчанию эти порты скрыты. Чтобы открыть тепловые порты, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, выберите Simscape > Block choices, а затем выберите требуемый вариант блока с тепловыми портами: Composite theral-phase ports | Show thermal port или Expanded threase-phase ports | Show thermal port. Это действие отображает тепловые порты на значке блока и отображает тепловые параметры. Эти параметры описаны далее на этой справочной странице.

Используйте тепловые порты для моделирования влияния сопротивления меди и потерь железа, которые преобразуют электроэнергию в тепло. Дополнительные сведения об использовании тепловых портов в блоках привода см. в разделе Моделирование тепловых эффектов во вращательных и поступательных приводах.

Переменные

Параметры «Переменные» используются для задания приоритетов и начальных целевых значений для переменных блока перед моделированием. Дополнительные сведения см. в разделе Установка приоритета и начальной цели для переменных блока.

Предположения

Распределение потока синусоидальное.

Порты

Сохранение

развернуть все

Механическое отверстие для сохранения вращения, связанное с ротором машины.

Механическое поворотное защитное отверстие, связанное с корпусом машины.

Расширяемый трехфазный порт, связанный с обмотками статора.

Электрический консервационный порт, связанный с нейтральной фазой.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите нулевую последовательность в значение Include.

Порт экономии электроэнергии, связанный с положительным выводом обмотки возбуждения.

Порт экономии электроэнергии, связанный с отрицательным выводом обмотки возбуждения.

Тепловой консервационный порт, связанный с обмоткой A. Чтобы открыть тепловые порты, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, выберите «Simscape» > «Выбор блока», а затем выберите требуемый вариант блока с тепловыми портами. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловые порты.

Тепловой консервационный порт, связанный с обмоткой B. Чтобы открыть тепловые порты, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, выберите «Simscape» > «Выбор блока», а затем выберите требуемый вариант блока с тепловыми портами. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловые порты.

Тепловой консервационный порт, связанный с обмоткой C. Чтобы открыть тепловые порты, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, выберите «Simscape» > «Выбор блока», а затем выберите требуемый вариант блока с тепловыми портами. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловые порты.

Теплосберегающее отверстие, связанное с ротором. Чтобы открыть тепловые порты, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, выберите «Simscape» > «Block choices», а затем выберите требуемый вариант блока с тепловыми портами. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловые порты.

Параметры

развернуть все

Главный

Выберите точность моделирования:

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

  • Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM - Значения Ld, Lq, Lmf, Lf и PM вычисляются в режиме онлайн из таблиц поиска токов DQ и полей следующим образом:

    Ld = f1 (id, iq, если)

    Lq = f2 (id, iq, если)

    Lmf = f3 (id, iq, если)

    λ PM = f4 (id, iq, если)

    Lf = f5 (если)

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ld, Lq, and L0.

Количество пар полюсов постоянных магнитов на роторе.

Пиковая связь постоянного магнитного потока для любой из обмоток статора.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра точности моделирования задано значение Constant Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Модель параметризации статора.

Зависимости

Настройка параметризации статора влияет на видимость других параметров.

Индуктивность статора машины по прямой оси.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ld, Lq, and L0 и параметр точности моделирования для Constant Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Квадратурная индуктивность статора машины.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ld, Lq, and L0 и параметр точности моделирования для Constant Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Вектор тока по прямой оси, iD.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ld, Lq, and L0 и параметр точности моделирования для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Вектор тока квадратурной оси, iQ.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ld, Lq, and L0 и параметр точности моделирования для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Вектор тока возбуждения, iF.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ld, Lq, and L0 и параметр точности моделирования для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Матрица Ld.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ld, Lq, and L0 и параметр точности моделирования для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Матрица Lq.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ld, Lq, and L0 и параметр точности моделирования для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Индуктивность якоря взаимного поля.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ld, Lq, and L0 и параметр точности моделирования для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Связь постоянного магнитного потока.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ld, Lq, and L0, параметр точности моделирования для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Вектор Lf.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ld, Lq, and L0, параметр точности моделирования для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Индуктивность нулевой оси статора машины.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ld, Lq and L0 и нулевая последовательность установлена в Include.

Средняя самоиндуктивность трех обмоток статора.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ls, Lm, and Ms.

Флуктуация собственной индуктивности и взаимной индуктивности с углом ротора.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ls, Lm, and Ms.

Средняя взаимная индуктивность между обмотками статора.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ls, Lm, and Ms.

Индуктивность обмотки возбуждения.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ld, Lq, and L0 и параметр точности моделирования для Constant Ld, Lq, Lmf, Lf and PM или параметр параметризации статора для Specify Ls, Lm, and Ms

Взаимная индуктивность якоря-поля.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация статора имеет значение Specify Ld, Lq, and L0 и параметр точности моделирования для Constant Ld, Lq, Lmf, Lf and PM или параметр параметризации статора для Specify Ls, Lm, and Ms

Сопротивление каждой из обмоток статора.

Сопротивление обмотки возбуждения.

Модель нулевой последовательности:

  • Include - Расставить приоритеты верности модели. Ошибка возникает при включении терминов нулевой последовательности для моделирования, использующих решатель секционирования. Дополнительные сведения см. в разделе Увеличение скорости моделирования с помощью решателя секционирования.

  • Exclude - Определение приоритетов скорости моделирования для моделирования рабочего стола или развертывания в режиме реального времени.

Зависимости

Если для этого параметра установлено значение:

  • Include а параметризация статора имеет значение Specify Ld, Lq и L0 - индуктивность нулевой последовательности статора, L0 параметр виден.

  • Exclude - индуктивность нулевой последовательности статора, L0 параметр не виден.

Контрольная точка для измерения угла ротора. Если выбрано значение по умолчанию, ротор и фазовые потоки выравниваются для нулевого угла ротора. В противном случае фазовый ток генерирует максимальное значение крутящего момента для нулевого угла ротора.

Механический

Инерция ротора, присоединенного к механическому поступательному порту R.

Ротационное демпфирование.

Тепловой

Эти параметры отображаются только для блоков с открытыми тепловыми портами. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловые порты.

Температура, для которой указаны параметры двигателя.

Коэффициент α в уравнении, связывающем сопротивление с температурой, как описано в Тепловой модели для блоков привода. Значение по умолчанию - медь.

Дробная скорость изменения плотности потока постоянного магнита с температурой. Он используется для линейного уменьшения крутящего момента и индуцированной обратной ЭДС по мере повышения температуры.

Значение тепловой массы для обмоток A, B и C. Тепловая масса - это энергия, необходимая для повышения температуры на один градус.

Тепловая масса ротора, то есть энергия, необходимая для повышения температуры ротора на один градус.

Примеры модели

HESM Torque Control

Управление крутящим моментом HESM

Управление крутящим моментом в гибридной синхронной машине (HESM) на основе электротяги. Постоянные магниты и обмотка возбуждения возбуждают HESM. Высоковольтная батарея питает ПЛ через управляемый трехфазный преобразователь для обмоток статора и через управляемый четырехквадрантный прерыватель для обмотки ротора. Идеальный источник угловой скорости обеспечивает нагрузку. Подсистема управления использует подход с разомкнутым контуром для управления крутящим моментом и подход с замкнутым контуром для управления током. В каждый момент времени выборки запрос крутящего момента преобразуется в соответствующие текущие ссылки. Текущий элемент управления основан на PI. При моделировании используется несколько этапов крутящего момента как в двигателе, так и в генераторе. Подсистема визуализации содержит области, которые позволяют просматривать результаты моделирования.

Ссылки

[1] Kundur, P. Стабильность и управление энергосистемой. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Макгроу Хилл, 1993.

[2] Мбайед, Р. Анализ неисправных энергосистем. Хобокен, Нью-Джерси: Wiley-IEEE Press, 1995.

[3] Андерсон, П. М. Вклад в управление гибридной синхронной машиной возбуждения для встраиваемых систем. Universite de Cergy Pontoise, 2012.

[4] Ло, Х. и Т. А. Липо. «Синхронная гибридная машина переменного тока с постоянным магнитом». IEEE Транзакции преобразования энергии. Том 15, № 2 (2000), стр. 203-210.

Расширенные возможности

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

.
Представлен в R2017b