Генератор опорных токов PMSM

Генератор опорного тока синхронной машины с постоянным магнитом

Библиотека:
Simscape / Электрический / Контроль / Контроль PMSM

Описание

Блок генератора опорного тока PMSM реализует генератор опорного тока для управления током синхронной машины с постоянными магнитами (PMSM) в опорной раме ротора d-q.

Этот блок обычно используется в ряде блоков, составляющих структуру управления.

Можно создать эталон напряжения в кадре d-q, поместив этот блок перед блоком управления током PMSM или PMSM с блоком предварительного управления.
Управление скоростью можно реализовать, поместив этот блок за блоком контроллера скорости.

В блоке управления PMSM Field-Oriented можно увидеть пример полной структуры управления - от измерений на станке до вводов на станке.

Уравнения

Блок генератора опорного тока PMSM может получить текущий опорный сигнал, используя один из следующих способов:

Управление нулевой d-осью (ZDAC)
Пользовательские таблицы подстановки
Автоматически создаваемые таблицы подстановки

Для метода ZDAC блок устанавливает привязку тока d-оси $_{}^{idref}$ равной нулю и определяет привязку тока q-оси $_{}^{iqref}$ с помощью уравнения крутящего момента:

$_{}^{idref} =$ 0,

$_{}^{iqref} = \frac{_{}}{_{}} 2Tref3pψm$ ,

где:

_Треф - это опорный крутящий момент.
p - число пар полюсов.
_{λ м} - связь постоянного магнитного потока.

Для работы ниже базовой скорости синхронной машины подходящим способом является ZDAC. Выше базовой скорости для регулировки опорного значения d-оси требуется контроллер ослабления поля.

Чтобы предварительно создать оптимальные текущие ссылки для нескольких операционных точек в автономном режиме, определите две таблицы подстановки, используя пользовательский подход к таблице подстановки:

$_{}^{idref} = f_{} (_{нм,}_{Tref},$ vdc),

$_{}^{iqref} = g_{(} {нм}_{,}_{Tref,}$ vdc),

где:

_nm - угловая скорость ротора.
_vdc - напряжение постоянного тока преобразователя.

Чтобы позволить блоку создавать таблицы подстановки, выберите автоматически созданный подход к таблице подстановки. Блок генерирует таблицу подстановки с использованием двух стратегий:

Максимальный крутящий момент на ампер
Ослабление поля

Выбор между двумя стратегиями основан на индексе модуляции, который может быть вычислен следующим образом:

$M \frac{=_{}}{_{VskVph_}}$ max,

где _Vs - амплитуда напряжения статора, k - коэффициент модуляции, а _{Vph_max} - максимально допустимое фазовое напряжение. В случае, когда индекс модуляции больше 1, блок генерирует текущие опорные сигналы, используя процедуру ослабления поля. В противном случае текущие привязки вычисляются с использованием процедуры максимального крутящего момента на ампер.

Максимальный крутящий момент на ампер

С помощью стратегии максимального крутящего момента на ампер (MTPA) можно создать текущие привязки в области постоянного крутящего момента (возникающего ниже номинальной скорости).

Прямая и квадратурная составляющие тока статора записываются по углу и величине как:

$_{id} =_{-}$ Иссинβ,

$_{iq} =_{} Iscosβ$ ,

где:

β - угол вектора тока статора.
_{Является} амплитудой тока статора.

Используя вариант угла-величины токов d-q, уравнение крутящего момента PMSM записывается следующим образом:

$_{Te} \frac{=}{}_{}_{} \frac{3p2ψmIscosβ}{+}_{} 3p4_{(} {Lq}_{}^{−} Ld)$ Is2sin2β,

где _Ld и _Lq - прямая и квадратурная индуктивности соответственно.

Для получения быстрого переходного отклика и максимизации крутящего момента с наименьшей возможной амплитудой тока статора MTPA накладывает (_dTe )/dβ = 0 на уравнение крутящего момента, которое дает

$- \frac{}{}_{}_{} 3p2ψmIssinβ \frac{+}{}_{3p2} (_{} Lq_{-}^{} {Ld)}^{} Is2 (^{} cos2β −$ sin2β) = 0.

_{id_mtpa} тока d-оси MTPA записывается в терминах составляющей q-оси _{iq_mtpa} путём замены токов d-q обратно из их вариантов угла и величины:

$_{} \frac{_{}}{id_mtpa=ψm2 (_{} Lq_{-}} \sqrt{\frac{{Ld}_{)}^{}}{− ({_{} {Lq}_{}}^{}}_{- Ld)}^{2}}$ + iq _ mtpa2.

Наконец, путем вставки предыдущего уравнения в вариант d-q уравнения крутящего момента PMSM получается следующий многочлен:

$^{9p2} {(_{} Lq_{-}}^{} {Ld}_{)}^{}_{}_{}_{}_{}^{}$ 2iq_mtpa4+6Trefpψmiq_mtpa−4Tref2=0.

Составляющая q-оси получается решением этого многочлена.

Ослабление поля

С помощью стратегии ослабления поля (FW) можно создать текущие ссылки в вышеуказанной области номинальной скорости.

Выше номинальной скорости напряжение статора ограничено преобразователем мощности и имеющимся напряжением линии постоянного тока. Максимальное напряжение статора:

$_{} \sqrt{_{}^{}_{}^{}}_{Vs=vd2+vq2≤Vph_max},$

где _{Vph_max} - максимальное доступное напряжение фазы статора.

Уравнения стационарного напряжения для PMSM:

$_{vd} =_{}_{} {Rsid}_{} -_{}_{}$ starteLqiq,

$_{vq} =_{}_{} {Rsiq}_{} +_{}_{}_{}$

Для скоростей ротора выше номинальных сопротивление статора ничтожно мало, и составляющая тока d-оси ослабления поля _{id_fw} получается в терминах составляющей q-оси, _{iq_fw} из _{уравнения} установившегося состояния vq:

$_{} \frac{_{}}{_{}} \frac{}{_{}} \sqrt{\frac{_{}^{}}{_{}^{}} id_fw=-ψmLd+1LdVph_max2ωe2- {(_{}_{} Lqiq_fw}^{)}}$ 2,

Наконец, путем включения уравнения _{id_fw} в уравнение крутящего момента PMSM получается следующий многочлен:

$^{9p2} {(_{} Ld_{-}}^{} {Lq}_{)}^{}_{}^{}_{}^{}^{2Lq2ωe2iq_fw4+}_{(}^{}_{}^{}_{}^{}^{} {9p2ψm2Lq2ωe2_{-}_{} 9p2}^{} (_{Ld -}^{Lq})_{}^{} {2Vph_max2}_{)}_{}_{}_{}_{}^{}_{_{}}_{}^{}_{}^{}_{}^{}$ iq_fw2−12TrefpψmLdLqωe2iqfw+4Tref2Ld2ωe2=0

Составляющая q-оси получается решением этого многочлена.

Предположения

Параметрами машины являются константы.

Ограничения

Автоматически сгенерированные текущие привязки вводят задержку в фазе пресположения. Для дисков PMSM средней мощности задержка составляет около 300 мс.

Порты