Синхронная машина с нежелательной связью

Синхронная катапультированная машина с синусоидальным распределением потока

Библиотека:
Simscape/Электрические/Электромеханические/Нежелательные и шаговые

Описание

Блок машины синхронного сопротивления представляет машину синхронного сопротивления (SynRM) с синусоидальным распределением потока. На рисунке показана эквивалентная электрическая цепь для обмоток статора.

Конструкция двигателя

На схеме показана конструкция двигателя с одной полюсной парой на роторе. Для показанного 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

Суммарное напряжение на обмотках статора составляет

$[\begin{matrix} _{} \\ _{} \\ _{vavbvc} \end{matrix}] = \begin{matrix} _{[} \\ _{} \\ _{} \end{matrix} Rs000Rs000Rs \begin{matrix} ]_{} \\ [_{} \\ _{} \end{matrix} iaibic \begin{matrix} \frac{]_{+}}{[} \\ \frac{_{}}{} \\ \frac{_{}}{} \end{matrix}$ 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} магнитных потоков, связывающих каждую обмотку статора.

Постоянный магнит, обмотка возбуждения и три обмотки статора вносят вклад в поток, который связывает каждую обмотку. Общий поток определяется как

$[\begin{matrix} _{} \\ _{} \\ _{λ a/b/c} \end{matrix}] = \begin{matrix} _{[} & _{} & _{} \\ _{} & _{} & _{} \\ _{} & _{} & _{} \end{matrix} LaaLabLacLbbLb/LcaLcbLcc \begin{matrix} ]_{} \\ [_{} \\ _{} \end{matrix}$ iaibic]

где:

_Laa, _Lbb и _Lcc являются самоиндукциями обмоток статора.
_Lab, _Lac, _Lba, _Lbc, _Lca и _Lcb являются взаимными индуктивами обмоток статора.

$_{starte} =_{} Nstartr +$ 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:

_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 амплитудой флуктуации собственной индуктивности и взаимной индуктивности с изменением угла ротора.
_Ms - взаимная индуктивность статора. Это значение представляет собой среднюю взаимную индуктивность между обмотками статора.

Упрощенные уравнения

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

Преобразование Park, P, определяется как

$P \frac{=}{} \begin{matrix} 23 [_{} & _{cosunecos} \frac{(}{starte} & - {2ā3}_{)} \frac{}{cos} \\ (starte +_{} & 2ā3) -_{} \frac{}{} sinü e & - \sin_{} (\frac{starte}{} - \\ \frac{}{} & \frac{}{2ā3} & \frac{)}{} \end{matrix} -$ sin (starte + 2ā3) 121212],

где _starte - электрический угол. Электрический угол зависит от механического угла ротора и количества пар полюсов, так что

$_{starte} =_{} Nstartr +$ смещение ротора

где:

N - число пар полюсов.
_startr - механический угол ротора.

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

$_{vd} =_{}_{} {Rsid}_{} \frac{+_{}}{} {Lddiddt}_{} -_{}$ NstartiqLq,

$_{vq} =_{}_{} {Rsiq}_{} \frac{+_{}}{} {Lqdiqdt}_{} +_{}$ NstartidLd,

$_{}_{}_{}_{} \frac{_{}}{v0=Rsi0+L0di0dt},$

$T \frac{=}{} {32N}_{} (_{}_{}_{iqidLd}_{-}_{}$ idiqLq)

$\frac{}{Jdü dt} = T_{} -_{} TL$ − Bmλ,

где:

_id, _iq и _i0 - токи d-оси, q-оси и нулевой последовательности, определяемые

$[\begin{matrix} _{} \\ _{} \\ _{idiqi0} \end{matrix}] = \begin{matrix} P_{} \\ [_{} \\ _{} \end{matrix}$ iaibic],
где _ia, _ib и _ic - токи статора.
_vd, _vq и _v0 - токи d-оси, q-оси и нулевой последовательности, определяемые

$[\begin{matrix} _{} \\ _{} \\ _{vdvqv0} \end{matrix}] = \begin{matrix} P_{} \\ [_{} \\ _{} \end{matrix}$ vavbvc],
где _va, _vb и _vc - токи статора.
Индуктивности dq0 определяются соответственно как
- $_{Ld} =_{} {Ls}_{} + \frac{}{} {Ms}_{}$ + 32Lm
- $_{Lq} =_{} {Ls}_{} + \frac{}{} {Ms}_{}$ − 32Lm
- $_{L0} =_{} Ls_{-}$ 2Ms.
_Rs - сопротивление статора на фазу.
N - число пар полюсов ротора.
T - крутящий момент ротора. Для блока синхронной машины с нежелательным сопротивлением крутящий момент течет от корпуса машины (порт C сохранения блоков) к ротору машины (порт R сохранения блоков).
_TL - момент нагрузки.
_Bm - демпфирование ротора.
λ - механическая частота вращения ротора.
J - инерция 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 является синусоидальным.

Порты

Сохранение

развернуть все

`R` - Ротор машины
механическое вращение

Механическое отверстие для сохранения вращения, связанное с ротором машины.

`C` - Корпус машины
механическое вращение

Механическое поворотное защитное отверстие, связанное с корпусом машины.

`~` - Трехфазный композит
электрический

Расширяемый трехфазный порт, связанный с обмотками статора.

`n` - Нейтральная фаза
электрический

Электрический консервационный порт, связанный с нейтральной фазой.

Зависимости

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

`HA` - Тепловой порт обмотки A
тепловой

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.

`HB` - Тепловой порт обмотки B
тепловой

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.

`HC` - Тепловой порт обмотки C
тепловой

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.

`HR` - Тепловой порт ротора
тепловой

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

`Number of pole pairs` - Пары полюсов ротора
`6` (по умолчанию) | целое число

Количество пар полюсов постоянных магнитов на роторе.

`Stator parameterization` - Модель параметризации
`Specify Ld, Lq and L0` (по умолчанию) | `Specify Ls, Lm, and Ms`

Модель параметризации статора.

Зависимости

Настройка параметризации статора влияет на видимость других параметров.

`Modeling fidelity` - Точность моделирования
`Constant Ld and Lq` (по умолчанию) | `Tabulated Ld and Lq`

Выберите точность моделирования:

Constant Ld and Lq - значения Ld и Lq являются постоянными и определяются их соответствующими параметрами.
Tabulated Ld and Lq - Значения Ld и Lq вычисляются в режиме онлайн из справочных таблиц токов DQ следующим образом:

$_{Ld} =_{} {f1}_{} (_{id},$ iq)

$_{Ld} =_{} {f2}_{} (_{id},$ iq)

Зависимости

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

`Stator d-axis inductance, Ld` - Индуктивность
`0.0031` `H` (по умолчанию)

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 and Lq.

`Stator q-axis inductance, Lq` - Индуктивность
`0.004` `H` (по умолчанию)

Квадратурная индуктивность статора машины.

Зависимости

`Direct-axis current vector, iD` - Вектор тока по прямой оси
`[-200, 0, 200]` `A` (по умолчанию)

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 and Lq.

`Quadrature-axis current vector, iQ` - Вектор тока квадратурной оси
`[-200, 0, 200]` `A` (по умолчанию)

Вектор тока квадратурной оси, iQ.

Зависимости

`Ld matrix, Ld(id,iq)` - Матрица Ld
`0.0031 * ones(3, 3)` `H` (по умолчанию)

Матрица Ld.

Зависимости

`Lq matrix, Lq(id,iq)` - Матрица Lq
`0.004 * ones(3, 3)` `H` (по умолчанию)

Матрица Lq.

Зависимости

`Stator zero-sequence inductance, L0` - Индуктивность
`0.0005` `H` (по умолчанию)

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.

`Stator self-inductance per phase, Ls` - Индуктивность
`0.0025` `H` (по умолчанию)

Средняя самоиндуктивность трех обмоток статора.

Зависимости

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

`Stator inductance fluctuation, Lm` - Индуктивность
`-0.0003` `H` (по умолчанию)

Амплитуда флуктуации 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.

`Stator mutual inductance, Ms` - Индуктивность
`0.0010` `H` (по умолчанию)

Средняя взаимная индуктивность между обмотками статора.

Зависимости

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

`Stator resistance per phase, Rs` - Сопротивление
`0.7` `Ohm` (по умолчанию)

Сопротивление каждой из обмоток статора.

`Zero sequence` - Модель нулевой последовательности
`Include` (по умолчанию) | `Exclude`

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

`Rotor inertia` - Инерция
`0.01` `kg*m^2` (по умолчанию)

Инерция ротора, присоединенного к механическому поступательному порту R.

`Rotor Damping` - Демпфирование
`0` `N*m/(rad/s)` (по умолчанию)

Ротационное демпфирование.

`Rotor angle definition` - Угол
`Angle between the a-phase magnetic axis and the d-axis` (по умолчанию) | `Angle between the a-phase magnetic axis and the q-axis`

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.

`Measurement temperature` - Температура измерения
`298.15` `K` (по умолчанию)

Температура, для которой указаны параметры двигателя.

`Resistance temperature coefficient` - Температурный коэффициент сопротивления
`3.93e-3` `1/K` (по умолчанию)

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

`Thermal mass for each stator winding` - Тепловая масса для каждой обмотки статора
`100` `J/K` (по умолчанию)

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

`Rotor thermal mass` - Тепловая масса ротора
`200` `J/K` (по умолчанию)

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

Примеры модели

Synchronous Reluctance Machine Torque Control

Контроль крутящего момента синхронной машины

Управление крутящим моментом в электроприводе на базе синхронной машины с сопротивлением (SynRM). Высоковольтная батарея питает SynRM через управляемый трехфазный преобразователь. 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 эталоны с использованием максимального крутящего момента на стратегию Ампера. Текущий элемент управления основан на PI. При моделировании используются шаги крутящего момента как в двигателе, так и в генераторе. Подсистема визуализации содержит области, которые позволяют просматривать результаты моделирования.

Synchronous Reluctance Machine Velocity Control

Синхронное управление скоростью машины с нежелательной связью

Управление угловой скоростью ротора в электроприводе на базе синхронной машины с сопротивлением (SynRM). Высоковольтная батарея питает SynRM через управляемый трехфазный преобразователь. Идеальный источник крутящего момента обеспечивает нагрузку. Подсистема управления включает многоскоростную структуру каскадного управления на основе PI. Управляющая структура содержит внешний контур регулирования угловой скорости и два внутренних контура регулирования тока. 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] Андерсон, П. М. Анализ неисправных энергосистем. Хобокен, Нью-Джерси: Wiley-IEEE Press, 1995.

[3] Могаддам, Р. Машина синхронного нежелания (SynRM) в приложениях приводов с переменной скоростью (VSD) - теоретическая и экспериментальная переоценка. KTH Школа электротехники, Стокгольм, Швеция, 2011.

Расширенные возможности

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

См. также

Блоки Simscape

BLDC | Гибридное возбуждение PMSM | PMSM | Машина с переключаемым сопротивлением | Цепь поля синхронной машины | Измерение синхронной машины

Представлен в R2017b

Документация

Синхронная машина с нежелательной связью

Описание

Конструкция двигателя

Уравнения

Упрощенные уравнения

Тепловые порты

Переменные

Предположения

Порты

Сохранение

R - Ротор машины механическое вращение

C - Корпус машины механическое вращение

~ - Трехфазный композит электрический

n - Нейтральная фаза электрический

Зависимости

HA - Тепловой порт обмотки A тепловой

HB - Тепловой порт обмотки B тепловой

HC - Тепловой порт обмотки C тепловой

HR - Тепловой порт ротора тепловой

Параметры

Главный

Number of pole pairs - Пары полюсов ротора 6 (по умолчанию) | целое число

Stator parameterization - Модель параметризации Specify Ld, Lq and L0 (по умолчанию) | Specify Ls, Lm, and Ms

Зависимости

Modeling fidelity - Точность моделирования Constant Ld and Lq (по умолчанию) | Tabulated Ld and Lq

Зависимости

Stator d-axis inductance, Ld - Индуктивность 0.0031 H (по умолчанию)

Зависимости

Stator q-axis inductance, Lq - Индуктивность 0.004 H (по умолчанию)

Зависимости

Direct-axis current vector, iD - Вектор тока по прямой оси [-200, 0, 200] A (по умолчанию)

Зависимости

Quadrature-axis current vector, iQ - Вектор тока квадратурной оси [-200, 0, 200] A (по умолчанию)

Зависимости

Ld matrix, Ld(id,iq) - Матрица Ld 0.0031 * ones(3, 3) H (по умолчанию)

Зависимости

Lq matrix, Lq(id,iq) - Матрица Lq 0.004 * ones(3, 3) H (по умолчанию)

Зависимости

Stator zero-sequence inductance, L0 - Индуктивность 0.0005 H (по умолчанию)

Зависимости

Stator self-inductance per phase, Ls - Индуктивность 0.0025 H (по умолчанию)

Зависимости

Stator inductance fluctuation, Lm - Индуктивность -0.0003 H (по умолчанию)

Зависимости

Stator mutual inductance, Ms - Индуктивность 0.0010 H (по умолчанию)

Зависимости

Stator resistance per phase, Rs - Сопротивление 0.7 Ohm (по умолчанию)

Zero sequence - Модель нулевой последовательности Include (по умолчанию) | Exclude

Зависимости

Механический

Rotor inertia - Инерция 0.01 kg*m^2 (по умолчанию)

Rotor Damping - Демпфирование 0 N*m/(rad/s) (по умолчанию)

Rotor angle definition - Угол Angle between the a-phase magnetic axis and the d-axis (по умолчанию) | Angle between the a-phase magnetic axis and the q-axis

Тепловой

Measurement temperature - Температура измерения 298.15 K (по умолчанию)

Resistance temperature coefficient - Температурный коэффициент сопротивления 3.93e-3 1/K (по умолчанию)

Thermal mass for each stator winding - Тепловая масса для каждой обмотки статора 100 J/K (по умолчанию)

Rotor thermal mass - Тепловая масса ротора 200 J/K (по умолчанию)

Примеры модели

Контроль крутящего момента синхронной машины

Синхронное управление скоростью машины с нежелательной связью

Ссылки

Расширенные возможности

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

См. также

Блоки Simscape

Документация Simscape Electrical

Поддержка

`R` - Ротор машины
механическое вращение

`C` - Корпус машины
механическое вращение

`~` - Трехфазный композит
электрический

`n` - Нейтральная фаза
электрический

`HA` - Тепловой порт обмотки A
тепловой

`HB` - Тепловой порт обмотки B
тепловой

`HC` - Тепловой порт обмотки C
тепловой

`HR` - Тепловой порт ротора
тепловой

`Number of pole pairs` - Пары полюсов ротора
`6` (по умолчанию) | целое число

`Stator parameterization` - Модель параметризации
`Specify Ld, Lq and L0` (по умолчанию) | `Specify Ls, Lm, and Ms`

`Modeling fidelity` - Точность моделирования
`Constant Ld and Lq` (по умолчанию) | `Tabulated Ld and Lq`

`Stator d-axis inductance, Ld` - Индуктивность
`0.0031` `H` (по умолчанию)

`Stator q-axis inductance, Lq` - Индуктивность
`0.004` `H` (по умолчанию)

`Direct-axis current vector, iD` - Вектор тока по прямой оси
`[-200, 0, 200]` `A` (по умолчанию)

`Quadrature-axis current vector, iQ` - Вектор тока квадратурной оси
`[-200, 0, 200]` `A` (по умолчанию)

`Ld matrix, Ld(id,iq)` - Матрица Ld
`0.0031 * ones(3, 3)` `H` (по умолчанию)

`Lq matrix, Lq(id,iq)` - Матрица Lq
`0.004 * ones(3, 3)` `H` (по умолчанию)

`Stator zero-sequence inductance, L0` - Индуктивность
`0.0005` `H` (по умолчанию)

`Stator self-inductance per phase, Ls` - Индуктивность
`0.0025` `H` (по умолчанию)

`Stator inductance fluctuation, Lm` - Индуктивность
`-0.0003` `H` (по умолчанию)

`Stator mutual inductance, Ms` - Индуктивность
`0.0010` `H` (по умолчанию)

`Stator resistance per phase, Rs` - Сопротивление
`0.7` `Ohm` (по умолчанию)

`Zero sequence` - Модель нулевой последовательности
`Include` (по умолчанию) | `Exclude`

`Rotor inertia` - Инерция
`0.01` `kg*m^2` (по умолчанию)

`Rotor Damping` - Демпфирование
`0` `N*m/(rad/s)` (по умолчанию)

`Rotor angle definition` - Угол
`Angle between the a-phase magnetic axis and the d-axis` (по умолчанию) | `Angle between the a-phase magnetic axis and the q-axis`

`Measurement temperature` - Температура измерения
`298.15` `K` (по умолчанию)

`Resistance temperature coefficient` - Температурный коэффициент сопротивления
`3.93e-3` `1/K` (по умолчанию)

`Thermal mass for each stator winding` - Тепловая масса для каждой обмотки статора
`100` `J/K` (по умолчанию)

`Rotor thermal mass` - Тепловая масса ротора
`200` `J/K` (по умолчанию)

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