Параметризация синхронного двигателя с постоянным магнитом

Открыть сценарий

В этом примере показано, как оценить обратную ЭДС и постоянные крутящего момента синхронного двигателя с постоянным магнитом черного ящика (PMSM) с неизвестной связью потока. Вы можете использовать или обратную эдс или закрутить постоянный, чтобы описать потокосцепление и параметризовать блок Simscape™ Electrical™ PMSM. Эта параметризация позволяет точно воспроизвести поведение двигателя blackbox при моделировании.

В этом примере количество пар полюсов, сопротивление статора и индуктивности статора моделирующих и блэкбоксовых PMSM уже указаны для согласования.

Открыть модель

Откройте модель.

model='ee_pmsm_parameterization';
open_system(model)
set_param(find_system('ee_pmsm_parameterization','FindAll', 'on','type','annotation','Tag','ModelFeatures'),'Interpreter','off')

Установить постоянную ЭДС назад

Выберите опцию обратной параметризации EMF для моделирования PMSM и инициализируйте ее значение произвольным значением по умолчанию 0,1 В * с/рад.

Simulation_PMSM = [model,'/Simulation PMSM'];
Ke = 0.1;
set_param(Simulation_PMSM,'pmflux_param','3');

Кроме того, можно задать опцию обратной параметризации EMF и указать ее значение из маски блока PMSM, выбрав Задать заднюю EMF (Specify back EMF) в разделе Параметризация связи постоянного магнитного потока (Permanent magent fluce linkage parameterization) и задав постоянную заднюю EMF.

Сравнить результаты

Моделирование модели и график напряжения во времени на обмотке a для экспериментальных и имитационных PMSM. Обратите внимание, что имеется значительная разница в амплитуде напряжения между экспериментальной и имитационной PMSM.

sim(model);
v_a_exp = simlog_ee_pmsm_parameterization.v_Ra_exp.V;
v_a_sim = simlog_ee_pmsm_parameterization.v_Ra_sim.V;
simscape.logging.plot({v_a_exp,v_a_sim},...
    'names',{'Experimental PMSM','Simulation PMSM'});
title('Voltage across a-winding')
ylabel('Voltage, V');

Расчет постоянной напряжения

Расчет постоянной напряжения $K_e$ экспериментального PMSM «черного ящика» с помощью определяющего уравнения

$K_e=\frac{V_{a,pk}}{\omega}$ ,

где $\omega$ - угловая скорость вала PMSM и $V_{a,pk}$ - падение напряжения на обмотке двигателя. Это уравнение действует только тогда, когда ток через обмотки очень мал. Небольшое ограничение тока применяется в модели путем присоединения каждого из свободных концов обмотки к заземлению посредством очень высокого сопротивления, что эффективно делает каждую обмотку разомкнутой.

$V_{a,pk}$ вычисляется путем взятия среднего максимального и минимального значений падения напряжения на обмотке а и деления результата на два. Повысить точность этого расчета можно, предварительно отфильтровав высокочастотный шум измеряемого сигнала напряжения:

window_size = 100;
v_a_exp_filt = filter(1/window_size*ones(1,window_size),1,v_a_exp.series.values);
v_a_exp_peak = (max(v_a_exp_filt)-min(v_a_exp_filt))/2;

Угловая скорость может быть измерена непосредственно из блока источника:

angular_velocity_exp = mean(simlog_ee_pmsm_parameterization.Experiment_Angular_Velocity_Source.w.series.values);

Обратная постоянная ЭДС теперь может быть вычислена по приведенным выше результатам:

Ke = v_a_exp_peak / angular_velocity_exp;
disp(Ke);

    0.1803

Изменение постоянной ЭДС назад

Измените обратную постоянную ЭДС для двигателя моделирования на расчетное значение, $K_e$ рассчитанное в предыдущем разделе.

Simulation_PMSM = [model,'/Simulation PMSM'];
set_param(Simulation_PMSM,'pmflux_param','3');

Сравнить новые результаты

Измените размер модели и постройте график напряжения на обмотке. Новая параметризация постоянной напряжения улучшает способность моделирования PMSM воспроизводить поведение экспериментальной PMSM.

sim(model);
v_a_exp = simlog_ee_pmsm_parameterization.v_Ra_exp.V;
v_a_sim = simlog_ee_pmsm_parameterization.v_Ra_sim.V;
simscape.logging.plot({v_a_exp,v_a_sim},...
    'names',{'Experimental PMSM','Simulation PMSM'});
title('Voltage across a-winding')
ylabel('Voltage, V');

Расчет постоянной крутящего момента

Вычислите постоянную крутящего момента $K_t$ блэкбокса PMSM, используя определяющее уравнение:

$K_t = \frac{2}{3}\left(\frac{T}{I_{a,pk}}\right)$ ,

где $I_{a,pk}$ - пиковый ток через a-обмотку и $T$ - общий механический крутящий момент, приводящий в действие PMSM.

i_a_exp = simlog_ee_pmsm_parameterization.Ra_exp.i;
i_a_sim = simlog_ee_pmsm_parameterization.Ra_sim.i;

T = abs(mean(simlog_ee_pmsm_parameterization.Experiment_Angular_Velocity_Source.t.series.values));

window_size = 100;
i_a_exp_filt = filter(1/window_size*ones(1,window_size),1,i_a_exp.series.values);
i_a_exp_peak = (max(i_a_exp_filt)-min(i_a_exp_filt))/2;

Kt = 2/3*T/i_a_exp_peak;
disp(Kt);

simscape.logging.plot({i_a_exp,i_a_sim},...
    'names',{'Experimental PMSM','Simulation PMSM'});
title('Current across a-winding')
ylabel('Current, A');

    0.1797

Сравнение параметров связи потоков

Как и ожидалось, измеренные постоянные крутящего момента и обратной ЭДС имеют приблизительно одно и то же значение (0,18) и связаны со связью постоянного магнитного потока $\psi_m$ через число пар полюсов $N$ двигателя:

$K_e=K_t=N\psi_m .$

Можно параметризовать связь постоянного магнитного потока двигателя, указав любой из $K_e$ $K_t$ них или в $\psi_m$ маске блока моделирования PMSM. Обратная ЭДС и постоянные крутящего момента чаще даются, чем связь постоянного магнитного потока на листах данных двигателя.

Подробнее

Дополнительные сведения см. на странице блока PMSM.

Документация