exponenta event banner

Синхронная машина модели 1.0

Синхронная машина с полевой цепью и без демпфера

  • Библиотека:
  • Simscape/Электрическая/Электромеханическая/Синхронная

  • Synchronous Machine Model 10 block

Описание

Блок Synchronous Machine Model 1.0 использует упрощенную модель параметризации для синхронных машин. Используйте блок для моделирования синхронных машин с обмоткой возбуждения и без демпферов.

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:

Lmf = [LamfLbmfLcmf] = [LmfcosstarteLmfcos (

и

Λ f = Lfif + LmfT [iaibic],

где:

  • 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 + (idLd + ifLmf),

v0=Rsi0+L0di0dt,

vf = Rfif + Lfdifdt + 32Lmfdiddt,

T = 32N (iq (idLd + 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 Synchronous Machine Model 1.0 крутящий момент передается из корпуса машины (консервационный порт C блока) на ротор машины (консервационный порт R 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.

Электрический консервационный порт, 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 and Lf - значения Ld, Lq, Lmf, Lf и PM являются постоянными и определяются их соответствующими параметрами.

  • Tabulated Ld, Lq, Lmf and Lf - 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)

    Lf = f4 (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.

Метод 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 and Lf.

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 and Lf.

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 and Lf.

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 and Lf.

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 and Lf.

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 and Lf.

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 and Lf.

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 and Lf.

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 and Lf.

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. Этот параметр должен иметь значение:

  • Больше 0.

  • Больше величины флуктуации индуктивности статора, Lm.

  • Больше величины взаимной индуктивности статора, г-жа

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 and Lf 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 and Lf 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.

Механический

Инерция ротора.

Демпфирование ротора.

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.

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.

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

Synchronous Machine State-Space Control

Контроль состояния синхронной машины - пространство

Регулирование токов в тяговом приводе на базе синхронной машины (ПЛ) с помощью государственного-пространственного контроля. Высоковольтная батарея питает ПЛ через управляемый трехфазный преобразователь для обмоток статора и через управляемый двухквадрантный прерыватель для обмотки ротора. Идеальный источник угловой скорости обеспечивает нагрузку. ПЛ работает ниже базовой скорости. В каждый момент времени выборки запрос крутящего момента преобразуется в соответствующие текущие привязки с использованием подхода управления нулевой d-осью. Контроллер состояния с обратной связью управляет токами в опорной раме ротора. Наблюдатель Люенбергера получает зависящие от скорости условия предварительного управления. В моделировании используется несколько этапов крутящего момента как в двигателе, так и в генераторе. Планирование задач реализуется как конечный автомат Stateflow ®. Подсистема «Области» содержит области, которые позволяют просматривать результаты моделирования.

Ссылки

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

[2] Андерсон, П. М. Анализ неисправных энергосистем. IEEE Press, Power Systems Engineering, 1995.

[3] Ретиф, Дж. М., Х. Лин-Ши, А. М. Ллор и Ф. Моранд «Новое гибридное управление прямым крутящим моментом для синхронной машины ротора обмотки». IEEE 35-я ежегодная конференция специалистов по силовой электронике 2004 года. Т. 2 (2004): 1438-1442.

[4] Энергетическое общество IEEE. IEEE Std 1110-2002. Руководство IEEE по методам моделирования синхронных генераторов и применению в анализе стабильности энергосистемы. Пискатауэй, Нью-Джерси: IEEE, 2002.

Расширенные возможности

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

.
Представлен в R2018a