Реализуйте привод управления вектором с синхронным двигателем с постоянными магнитами (PMSM)
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)
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.
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.
Выберите между подробным и средним инвертором. По умолчанию это Detailed.
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:
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.
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.
На вкладке Permanent Magnet Synchronous Machine отображаются параметры блока Permanent Magnet Synchronous Machine библиотеки Fundamental Blocks (powerlib).
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.
Емкость шины постоянного тока (F). По умолчанию это 2000e-6.
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.
Частота тормозного измельчителя (Гц). По умолчанию это 4000.
Динамическое торможение активируется, когда напряжение шины достигает верхнего предела полосы гистерезиса. Следующий рисунок иллюстрирует логику гистерезиса тормозного измельчителя. По умолчанию это 320.
Динамическое торможение прекращается, когда напряжение шины достигает нижнего предела полосы гистерезиса. По умолчанию это 310. Логика гистерезиса шоппера показана на следующем рисунке.
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.
Частота трехфазного источника напряжения (Гц). По умолчанию это 60.
Сопротивление инвертора (ом) в состоянии включения. По умолчанию это 1e-3.
Это всплывающее меню позволяет вам выбирать между скоростью и регулированием крутящего момента. По умолчанию это Speed regulation
Выберите гистерезис или векторную модуляцию пространства. Тип модуляции по умолчанию Hysteresis.
При нажатии этой кнопки появляется схема, иллюстрирующая схемы контроллеров скорости и векторов.
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.
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.
Частота отключения lowpass (Гц) для измерения скорости первого порядка. Этот параметр используется только в режиме регулировки скорости. По умолчанию это 100.
Время (ы) дискретизации контроллера скорости. Время дискретизации должно быть кратным временному шагу симуляции. По умолчанию это 7*20e-6.
Контроллер скорости пропорциональной составляющей. Этот параметр используется только в режиме регулировки скорости. По умолчанию это 5.
Интегральная составляющая контроллера скорости. Этот параметр используется только в режиме регулировки скорости. По умолчанию это 100.
Максимальный отрицательный требуемый крутящий момент, приложенный к мотору токовым контроллером (N.m). По умолчанию это -17.8.
Максимальный положительный требуемый крутящий момент, приложенный к мотору токовым контроллером (N.m). По умолчанию это 17.8.
Время (ы) дискретизации векторного контроллера. Время дискретизации должно быть кратным временному шагу симуляции. По умолчанию это 20e-6.
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.
Максимальная частота переключения инвертора (Гц). По умолчанию это 20e3. Этот параметр не используется при использовании инвертора со средним значением.
Щелкните значок, чтобы показать или скрыть параметры инструмента «Автоматическое управление».
Задайте коэффициент затухания, используемый для вычисления коэффициентов усиления Kp и Ki блока Speed Controller (AC). По умолчанию это 0.9.
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.
Задайте отношение между пропускной способностью и собственной частотой регулятора. По умолчанию это 30.
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.
SPСкорость 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 WmМеханический вход: крутящий момент нагрузки (Tm) или скорость двигателя (Wm).
A, B, C Три фазы клеммы привода мотора.
Wm или TeМеханический 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:
MotorВектор измерения двигателя. Этот вектор позволяет вам наблюдать переменные двигателя с помощью блока Bus Selector.
ConvТрехфазный 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.
CtrlВектор 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.
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 | |
[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.