Exponenta Banner
exponenta event banner

PMSM (шестифазный)

Шестифазный синхронный двигатель постоянного магнита с синусоидальным распределением потока

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Электрический/Электромеханический/Постоянный магнит

Описание

Блок PMSM (шестифазный) моделирует синхронную машину с постоянным магнитом (PMSM) со статором с шестифазной звездой.

Шестифазная PMSM имеет две группы трехфазных обмоток статора: группу ABC и группу XYZ. Эти две группы имеют сдвиг фазы на 30 градусов.

На рисунке показана эквивалентная электрическая цепь для обмоток статора.

Уравнения

Напряжения на обмотках статора определяются:

[vavbvcvxvyvz] = [Rs000000Rs000000Rs000000Rs000000Rs000000Rs][iaibicixiyiz] + [dψadtdψbdtdψcdtdψxdtdψydtdψzdt],

где:

  • va, vb и vc - отдельные фазные напряжения от порта _ ABC к нейтральному порту n1.

  • vx, vy и vz - отдельные фазные напряжения от порта ~ XYZ до нейтрального порта n2.

  • Rs - эквивалентное сопротивление каждой обмотки статора.

  • ia, ib и ic - токи, протекающие от порта _ ABC к порту n1.

  • ix, iy и iz - токи, протекающие от порта _ XYZ к порту n2.

  • dψadt, dψbdt, dψcdt dstartxdt, dstartydt, и dstartzdt - скорости изменения магнитного потока в каждой обмотке статора.

Постоянный магнит и шесть обмоток вносят вклад в общий поток, связывающий каждую обмотку. Общий поток определяется следующим образом:

[Objecta/b/b/b] = [LaaLabLacLaxLazLazLbbLbbLbxLbzLcaLccLcLcxLczLczLxaLxbLxLxLxLxLxLZ

где:

  • в качестве общих потоков, связывающих каждую обмотку статора.

  • Laa, Lbb, Lcc, Lxx, Lyy и Lzz являются самоиндукциями обмоток статора.

  • Lab, Lac, Lba и так далее являются взаимными индуктивами обмоток статора.

  • В качестве потоков постоянных магнитов, связывающих обмотки статора, используются, по меньшей мере, λ am, λ bm, (по меньшей мере,

Индуктивности в обмотках статора являются функциями электрического угла ротора, определяемого:

starte = Nstartr + смещение ротора

Laa=Ls+Lmcos (2θe) Lbb=Ls+Lmcos (2 (θe−2π3)) Lcc=Ls+Lmcos (2 (θe+2π3)) Lxx=Ls+Lmcos (2 (θe−π6)) Lyy=Ls+Lmcos (2 (θe−5π6)) Lzz=Ls+Lmcos (2 (θe +π2)) Lab=Lba =−Ms−Lm (2cos (θe +π6)) Lbc=Lcb =−Ms−Lmcos (2 (θe +π6−2π3)) Lca=Lac =−Ms−Lmcos (θe +π6+2π3) Lxy=Lyx =−Ms−Lmcos (2θe) Lyz=Lzy =−Ms−Lmcos (2 (θe−2π3)) Lzx=Lxz =−Ms−Lmcos (2 (θe+2π3)) Lax=Lxa=3Ms+Lmcos (2 (θe−π12)) Lay=Lya =−3Ms+Lmcos (2 (θe−5π12)) Laz=Lza=Lmcos (2 (θe +π4)) Lbx=Lxb=Lmcos (2 (θe−5π12)) Lby=Lyb=3Ms+Lmcos (2 (θe +π4)) Lbz=Lzb =−3Ms+Lmcos (2 (θe−π12)) Lcx=Lxc =−3Ms+Lmcos (2 (θe +π4)) Lcy=Lyc=Lmcos (2 (θe−π12)) Lcz=Lzc=3Ms+Lmcos (2 (θe−5π12))

где:

  • 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 - однофазная самоиндукция статора. Это значение является средней собственной индуктивностью 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 постоянного магнита, связывающий обмотку a-a ', находится на максимуме, когда (е) = 0 °, и нуле, когда (е) = 90 °. Поэтому связанный поток двигателя определяется следующим образом:

[ü amü bmstartcmü xmü ymü zm] = [λ mcosü eü mcos (starte − 2λ/3),

где groupm - связь постоянного магнитного потока.

Упрощенные электрические уравнения

Применение развязанного преобразования к блочным электрическим уравнениям создает выражение для крутящего момента, которое не зависит от угла ротора.

Разъединенное преобразование определяется следующим образом:

P (θe) =13 [cosθecos (θe−2π3), потому что (θe+2π3), потому что (θe−π6), потому что (θe−5π6), потому что (θe +π2) −sinθe−sin (θe−2π3) −sin (θe+2π3) −sin (θe−π6) −sin (θe−5π6) −sin (θe +π2) 1−12−12−323200−32321212−1111000000111].

Матрица преобразования, P, имеет это псевдо-ортогональное свойство:

P − 1 (starte) = 3PT (starte).

С помощью развязанного преобразования на обмотке статора напряжения и токи преобразуют их в кадр dq0, который не зависит от угла ротора.

Чтобы получить напряжения статора d-оси, q-оси и нулевой последовательности и связи потока для групп ABC и XYZ, примените преобразование к уравнениям связи напряжения и потока:

[vdvqvz1vz2v01v02] = [Rs000000Rs000000Rs000000Rs000000Rs000000Rs][idiqiz1iz2i01i02] + [−ψqψd0000]Nω + ddt[ψdψqψz1ψz2ψ01ψ02]

[ψdψqψz1ψz2ψ01ψ02] = [Ld000000Lq000000L0000000L0000000L0000000L0][idiqiz1iz2i01i02] + [ψm00000]

где:

  • vd, vq, vz1, vz2, v01 и v02 - компоненты d, q, z1 и z2 и напряжения статора нулевой последовательности для групп ABC и XYZ, определяемые:

    [vdvqvz1vz2v01v02] = P [vavbvcvxvyvz].

  • id, iq, iz1, iz2, i01 и i02 - токи статоров d-оси, q-оси и нулевой последовательности для групп ABC и XYZ, определяемые:

    [idiqiz1iz2i01i02] = P [iaibicixiyiiz].

  • Ld = Ls + 4Ms + 3Lm - индуктивность d-оси статора.

  • Lq = Ls + 4Ms − 3Lm - индуктивность оси q статора.

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

  • λ - механическая частота вращения ротора.

  • N - число пар полюсов постоянных магнитов ротора.

Уравнение крутящего момента определяется следующим образом:

T = 3N [iq (idLd + λ m) − idiqLq].

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.

Порты

Сохранение

развернуть все

Трехфазный электрический порт, связанный с обмотками статора ABC.

Трехфазный электрический порт, связанный с обмотками статора XYZ.

Порт экономии электроэнергии, связанный с нейтральной точкой конфигурации обмотки ABC.

Зависимости

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

Порт экономии электроэнергии, связанный с нейтральной точкой конфигурации обмотки XYZ.

Зависимости

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

Механическое отверстие для сохранения вращения, связанное с ротором двигателя.

Механическое поворотное защитное отверстие, связанное с корпусом двигателя.

Параметры

развернуть все

Главный

Количество пар полюсов постоянных магнитов на роторе.

Связь постоянного магнитного потока, указанная как Specify flux linkage, Specify torque constant, или Specify back EMF constant.

Пиковая связь постоянного магнитного потока с любой из обмоток статора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию связи постоянного магнитного потока в значение Specify flux linkage.

Постоянный крутящий момент с любой из обмоток статора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию связи постоянного магнитного потока в значение Specify torque constant.

Обратная постоянная ЭДС с любой из обмоток статора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию связи постоянного магнитного потока в значение Specify back EMF constant.

Параметризация статора, указанная как Specify Ld, Lq, and L0 или Specify Ls, Lm, and Ms.

Индуктивность по оси d.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию статора в значение Specify Ld, Lq, and L0.

индуктивность по оси q.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию статора в значение Specify Ld, Lq, and L0.

Индуктивность нулевой последовательности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию статора в значение Specify Ld, Lq, and L0.

Средняя самоиндуктивность каждой из пяти обмоток статора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию статора в значение Specify Ls, Lm, and Ms.

Флуктуация собственной индуктивности и взаимной индуктивности обмоток статора с углом поворота ротора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию статора в значение Specify Ls, Lm, and Ms.

Средняя взаимная индуктивность между обмотками статора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию статора в значение Specify Ls, Lm, and Ms.

Сопротивление каждой из обмоток статора.

Включать или исключать члены нулевой последовательности.

  • Include - Включить термины нулевой последовательности. Чтобы установить приоритет точности модели, используйте этот параметр по умолчанию. Использование этого параметра приводит к ошибке при моделировании с использованием решателя секционирования. Дополнительные сведения см. в разделе Увеличение скорости моделирования с помощью решателя секционирования.

  • Exclude - Исключить члены нулевой последовательности. Для определения приоритета скорости моделирования при моделировании рабочего стола или развертывании в режиме реального времени выберите этот параметр.

Контрольная точка для измерения угла ротора. Значение по умолчанию: Angle between the a-phase magnetic axis and the d-axis. Это определение показано на рисунке конструкции двигателя. При выборе этого значения ротор и фазовые потоки выравниваются, когда угол ротора равен нулю.

Другое значение, которое можно выбрать: Angle between the a-phase magnetic axis and the q-axis. При выборе этого значения фазовый ток генерирует максимальный крутящий момент, когда угол ротора равен нулю.

Механический

Инерция ротора, присоединенного к механическому поступательному порту R. Значение может быть равно нулю.

Ротационное демпфирование.

Примеры модели

Six-Phase PMSM Torque Control

Шестифазное управление крутящим моментом PMSM

Управление крутящим моментом в тяговом электроприводе на базе шестифазной синхронной машины с постоянными магнитами (PMSM). Источник постоянного напряжения питает PMSM через два управляемых трехфазных преобразователя. PMSM работает как в моторном режиме, так и в режиме генерации в соответствии с нагрузкой. 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 соответствующий опорный ток по оси q. Текущий элемент управления основан на PI. В моделировании используется несколько этапов крутящего момента как в двигателе, так и в генераторе. Подсистема «Области» содержит области, которые позволяют просматривать результаты моделирования.

Six-Phase PMSM Velocity Control

Шестифазное управление скоростью PMSM

Управление угловой скоростью ротора в тяговом электроприводе на базе шестифазной синхронной машины с постоянными магнитами (PMSM). Источник постоянного напряжения питает PMSM через два управляемых трехфазных преобразователя. PMSM работает как в моторном режиме, так и в режиме генерации в соответствии с нагрузкой. Идеальный источник крутящего момента обеспечивает нагрузку. Подсистема «Области» содержит области, которые позволяют просматривать результаты моделирования. Подсистема управления включает каскадную структуру управления на основе PI, которая имеет внешний контур управления угловой скоростью и четыре внутренних контура управления током. Во время одного второго моделирования требуемая угловая скорость составляет 0 об/мин, 500 об/мин, 2000 об/мин, а затем 3000 об/мин.

Ссылки

[1] Краузе, Пол, Олег Васынчук, Скотт Судхофф и Стивен Пекарек, eds. Анализ электрических машин и приводных систем. Хобокен, Нью-Джерси, США: John Wiley & Sons, Inc., 2013. https://doi.org/10.1002/9781118524336.

[2] Су, Цзянь Ен, Цзинь Бо Ян и Ги Цзе Ян. Исследование векторного контроля и техники ШИМ шестифазного PMSM. Advanced Materials Research 516-517 (май 2012): 1626-31. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.516-517.1626.

Расширенные возможности

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

.

См. также

|

Представлен в R2020b

Документация Simscape Electrical

Поддержка