PM Synchronous Motor Drive

Реализуйте привод управления вектором с синхронным двигателем с постоянными магнитами (PMSM)

Описание

Блок PM Synchronous Motor Drive (AC6) представляет классический вектор управления для постоянных синхронных двигателей. Этот привод имеет регулирование скорости с обратной связью, основанное на методе векторного управления. Скорость цикла управления выводит ссылку электромагнитный крутящий момент машины. Прямые и квадратурные ссылки (dq) составляющие тока статора, соответствующего командному крутящему моменту, получают на основе стратегии вектора управления. Компоненты ссылки dq тока статора затем используются, чтобы получить необходимые сигналы управления ключами для инвертора через токовый контроллер полосы гистерезиса.

Основным преимуществом этого привода по сравнению со скалярно-управляемыми приводами является его быстрая динамическая характеристика. Неотъемлемый эффект связи между крутящим моментом и потоком в машине управляется посредством управления развязкой (ориентация потока статора), которое позволяет управлять крутящим моментом и потоком независимо. Однако из-за сложности расчетов для реализации этого диска требуются быстрые вычислительные процессоры или DSP.

Примечание

В Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems блок PM Synchronous Motor Drive обычно называется AC6 привода мотора.

Блок PM Synchronous Motor Drive использует следующие блоки из библиотеки Electric Drives/Fundamental Drive Blocks:

Контроллер скорости (AC)
Векторный контроллер (PMSM)
Шина постоянного тока
Инвертор (трехфазный)

Замечания

Модель дискретная. Хорошие результаты симуляции были получены с 2 µ х временным шагом. Чтобы симулировать устройство цифрового контроллера, система управления имеет два разных времени дискретизации:

Время дискретизации контроллера скорости
Время дискретизации векторного контроллера

Время дискретизации контроллера скорости должно быть кратным времени дискретизации контроллера вектора. Последнее время дискретизации должно быть кратным временному шагу симуляции. Инвертор со средним значением позволяет использовать большие временные шаги симуляции, поскольку он не генерирует маленькие временные константы (из-за RC snubbers), присущие детальному конвертеру. Для времени дискретизации векторного контроллера 75 мкс были получены хорошие результаты симуляции для временного шага симуляции 75 мкс. Время симуляции может, конечно, не быть выше, чем временной шаг векторного контроллера.

Ток статора, прямой компонент id *, равен нулю внутри блока векторного контроллера, потому что поток ротора подается постоянными магнитами.

Параметры

Общая информация

Output bus mode

Выберите способ организации выходных переменных. Если вы выбираете Multiple output buses (по умолчанию), блок имеет три отдельные выходные шины для переменных motor, converter и controller. Если вы выбираете Single output bus, все переменные выводятся на одну шину.

Model detail level

Выберите между подробным и средним инвертором. По умолчанию это Detailed.

Mechanical input

Выберите в качестве механического входа между крутящим моментом нагрузки, скоростью двигателя и портом механического вращения. По умолчанию это Torque Tm

Если вы выбираете и прикладываете крутящий момент нагрузки, выходом является скорость двигателя согласно следующему дифференциальному уравнению, которое описывает динамику механической системы:

$T_{e} = J \frac{d}{d t} ω_{r} + F ω_{r} + T_{m}$

Эта механическая система включена в модель электродвигателя.

Если вы выбираете скорость двигателя как механический вход, тогда вы получаете электромагнитный крутящий момент как выход, позволяя вам представлять внешне динамику механической системы. Внутренняя механическая система не используется с этим выбором механического входа, и параметры инерции и вязкого трения не отображаются.

Для механического вращательного порта порт S соединения отсчитывает механический вход и выход. Это позволяет прямое соединение со окружением Simscape. Механическая система двигателя также включена в привод и основана на том же дифференциальном уравнении.

См. «Механическое сцепление двух приводов с двигателем».

Use signal names as labels

Когда вы устанавливаете этот флажок, Motor, Conv, и Ctrl выходы измерения используют имена сигналов для идентификации меток шины. Выберите эту опцию для приложений, которые требуют, чтобы метки сигналов шины имели только алфавитно-цифровые символы.

Когда этот флажок снят (по умолчанию), выход измерения использует определение сигнала для идентификации меток шины. Метки содержат неалфавитно-цифровые символы, которые несовместимы с некоторыми Simulink^® приложения.

Вкладка синхронной машины с постоянными магнитами

На вкладке Permanent Magnet Synchronous Machine отображаются параметры блока Permanent Magnet Synchronous Machine библиотеки Fundamental Blocks (powerlib).

Вкладка «Преобразователи и шина постоянного тока»

Секция выпрямителя

В Rectifier разделе вкладки Converters and DC Bus отображаются параметры блока Universal Bridge библиотеки Fundamental Blocks (powerlib). Для получения дополнительной информации о параметрах Универсального моста см. страницу с описанием Универсального моста.

Секция шины постоянного тока

Capacitance: Емкость шины постоянного тока (F). По умолчанию это 2000e-6.

Секция тормозного шоппера

Resistance: Сопротивление тормозного измельчителя, используемое для предотвращения перенапряжения шины во время замедления двигателя или когда крутящий момент нагрузки имеет тенденцию ускорять двигатель (ом). По умолчанию это 8.
Chopper frequency: Частота тормозного измельчителя (Гц). По умолчанию это 4000.
Activation voltage: Динамическое торможение активируется, когда напряжение шины достигает верхнего предела полосы гистерезиса. Следующий рисунок иллюстрирует логику гистерезиса тормозного измельчителя. По умолчанию это 320.
Shutdown voltage: Динамическое торможение прекращается, когда напряжение шины достигает нижнего предела полосы гистерезиса. По умолчанию это 310. Логика гистерезиса шоппера показана на следующем рисунке.

Секция инвертора

В Inverter разделе вкладки Converters and DC Bus отображаются параметры блока Universal Bridge библиотеки Fundamental Blocks (powerlib). Для получения дополнительной информации о параметрах Универсального моста см. страницу с описанием Универсального моста.

Инвертор среднего значения использует следующие параметры.

Source frequency: Частота трехфазного источника напряжения (Гц). По умолчанию это 60.
On-state resistance: Сопротивление инвертора (ом) в состоянии включения. По умолчанию это 1e-3.

Вкладка Контроллер

Regulation type: Это всплывающее меню позволяет вам выбирать между скоростью и регулированием крутящего момента. По умолчанию это Speed regulation
Modulation type: Выберите гистерезис или векторную модуляцию пространства. Тип модуляции по умолчанию Hysteresis.
Schematic: При нажатии этой кнопки появляется схема, иллюстрирующая схемы контроллеров скорости и векторов.

Секция контроллера скорости

Speed ramps — Acceleration: Максимальное изменение скорости, допустимое во время ускорения мотора (об/мин/с). Чрезмерно большое положительное значение может вызвать понижение напряжения шины постоянного тока. Этот параметр используется только в режиме регулировки скорости. По умолчанию это 1000.
Speed ramps — Deceleration: Максимальное изменение скорости, допустимое во время замедления двигателя (об/мин/с). Чрезмерно большое отрицательное значение может вызвать перенапряжение шины постоянного тока. Этот параметр используется только в режиме регулировки скорости. По умолчанию это -1000.
Speed cutoff frequency: Частота отключения lowpass (Гц) для измерения скорости первого порядка. Этот параметр используется только в режиме регулировки скорости. По умолчанию это 100.
Speed controller sampling time: Время (ы) дискретизации контроллера скорости. Время дискретизации должно быть кратным временному шагу симуляции. По умолчанию это 7*20e-6.
PI regulator — Proportional gain: Контроллер скорости пропорциональной составляющей. Этот параметр используется только в режиме регулировки скорости. По умолчанию это 5.
PI regulator — Integral gain: Интегральная составляющая контроллера скорости. Этот параметр используется только в режиме регулировки скорости. По умолчанию это 100.
Torque output limits — Negative: Максимальный отрицательный требуемый крутящий момент, приложенный к мотору токовым контроллером (N.m). По умолчанию это -17.8.
Torque output limits — Positive: Максимальный положительный требуемый крутящий момент, приложенный к мотору токовым контроллером (N.m). По умолчанию это 17.8.

Вектор векторного контроллера

Sampling time

Время (ы) дискретизации векторного контроллера. Время дискретизации должно быть кратным временному шагу симуляции. По умолчанию это 20e-6.

Current controller hysteresis band

Текущая полоса пропускания гистерезиса. По умолчанию это 0.1. Это значение является общей шириной полосы пропускания, распределенной симметрично вокруг текущей заданной точки (A). Следующий рисунок иллюстрирует случай, когда текущая точка набора является Is^* и текущая ширина полосы гистерезиса установлена на dx.

Этот параметр не используется при использовании инвертора со средним значением.

Примечание

Эта полоса пропускания может быть превышена, потому что используется симуляция с фиксированным шагом. Блок перехода скорости необходим для передачи данных между различными частотами дискретизации. Этот блок вызывает задержку в сигналах управления ключами, поэтому ток может превысить полосу гистерезиса.

Maximum switching frequency

Максимальная частота переключения инвертора (Гц). По умолчанию это 20e3. Этот параметр не используется при использовании инвертора со средним значением.

Show/Hide Autotuning Control

Щелкните значок, чтобы показать или скрыть параметры инструмента «Автоматическое управление».

Автосечение циклов ПИ

Desired damping [zeta]: Задайте коэффициент затухания, используемый для вычисления коэффициентов усиления Kp и Ki блока Speed Controller (AC). По умолчанию это 0.9.
Desired response time @ 5% [Trd (sec)]: Задайте требуемое время урегулирования блока Speed Controller (AC). Это время требуется для того, чтобы реакция контроллера достигла и находилась в области значений от целевого значения. По умолчанию это 0.1.
Bandwidth ratio (InnerLoop/SpeedLoop): Задайте отношение между пропускной способностью и собственной частотой регулятора. По умолчанию это 30.
Calculate PI regulator gains: Вычислите параметры Proportional gain и Integral gain блока Speed Controller (AC). Расчет основан на Desired damping [zeta], Desired response time @ 5% и Bandwidth ratio (InnerLoop/SpeedLoop) параметрах. Вычисленные значения отображаются в маске блока Drive. Щелкните Apply или OK, чтобы подтвердить их.

Блочные входы и выходы

SP: Скорость или крутящий момент точки. Уставка скорости может быть функцией шага, но скорость изменения скорости будет следовать за шагами ускорения/замедления. Если крутящий момент нагрузки и скорость имеют противоположные знаки, ускоряющий крутящий момент будет суммой электромагнитных и крутящих моментов нагрузки.
Tm или Wm: Механический вход: крутящий момент нагрузки (Tm) или скорость двигателя (Wm).
A, B, C: Три фазы клеммы привода мотора.
Wm или Te: Механический выход: скорость двигателя (Wm) или электромагнитный крутящий момент (Te).

Когда параметр Output bus mode установлен в Multiple output buses, блок имеет следующие три выхода шины:

Motor

Вектор измерения двигателя. Этот вектор позволяет вам наблюдать переменные двигателя с помощью блока Bus Selector.

Conv

Трехфазный вектор измерения преобразователей. Этот вектор содержит:

Напряжение шины постоянного тока
Выходной ток выпрямителя
Входной ток инвертора

Обратите внимание, что все значения тока и напряжения мостов могут быть визуализированы с помощью блока Multimeter.

Ctrl

Вектор измерения контроллера. Этот вектор содержит:

Крутящий момент ссылки
Ошибка скорости (различие между ссылкой скорости и фактической скоростью)
Скорость ссылки наклон или крутящий момент ссылки

Когда параметр Output bus mode установлен в Single output bus, блок группирует выходы Motor, Conv и Ctrl в одну шину выхода.

Спецификации модели

Библиотека содержит набор параметров привода мощностью 3 л.с. Спецификации привода мощностью 3 л.с. показаны в следующей таблице.

3 Спецификации привода ВД

Напряжение Входа привода
	Амплитуда	220 В
	Частота	60 Гц
Номинальные значения двигателя
	Степень	3 л.с.
	Скорость	1800
	Напряжение	300

Примеры

The ac6_example пример иллюстрирует симуляцию AC6 привода с стандартным условием нагрузки.

Ссылки

[1] Bose, B. K. Modern Power Electronics and AC Drives. Верхняя Седл-Ривер, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2002.

[2] Krause, P. C. Анализ электрической техники. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1986.

Введенный в R2006a

Документация