Hybrid Excitation PMSM

Синхронная машина гибридного возбуждения с трехфазным статором с соединением обмоток в «звезду»

  • Библиотека:
  • Simscape/Электрический/Электромеханический/Постоянный магнит

  • Hybrid Excitation PMSM block

Описание

Блок Hybrid Excitation PMSM представляет собой синхронную машину гибридного возбуждения с трехфазным статором с соединением обмоток в «звезду». Постоянные магниты и обмотки возбуждения обеспечивают возбуждение машины. Рисунок показывает эквивалентную электрическую схему для обмоток статора и ротора.

Моторная Конструкция

Схема показывает конструкцию мотора с одной парой полюсов на роторе. Для соглашения о осях, когда θr механического угла ротора равен нулю, потоки a-фазы и постоянных магнитов выравниваются. Блок поддерживает определение второй оси ротора, для которого механический угол ротора определяется как угол между a магнитной осью -фазы и осью q ротора -.

Уравнения

Напряжения на обмотках статора определяются

[vavbvc]=[Rs000Rs000Rs][iaibic]+[dψadtdψbdtdψcdt],

где:

  • va, vb и vc являются отдельными фазными напряжениями на обмотках статора.

  • Rs - эквивалентное сопротивление каждой обмотки статора.

  • ia, ib и ic являются токами, текущими в обмотках статора.

  • dψadt,dψbdt, и dψcdt - скорости изменения магнитного потока в каждой обмотке статора.

Напряжение на обмотке возбуждения выражается как

vf=Rfif+dψfdt,

где:

  • vf - индивидуальное фазовое напряжение на обмотке возбуждения.

  • Rf - эквивалентное сопротивление обмотки возбуждения.

  • if - ток, протекающий в обмотке возбуждения.

  • dψfdt - скорость изменения магнитного потока в обмотке возбуждения.

Постоянные магниты, обмотка возбуждения и три обмотки статора со звездной обмоткой способствуют потоку, связывающему каждую обмотку. Общий поток определяется

[ψaψbψc]=[LaaLabLacLbaLbbLbcLcaLcbLcc][iaibic]+[ψamψbmψcm]+[LamfLbmfLcmf]if,

где:

  • ψa, ψb и ψc являются суммарными потоками, связывающими каждую обмотку статора.

  • Laa, Lbb и Lcc являются самоиндуктивностями обмоток статора.

  • Lab, Lac, Lba, Lbc, Lca, и Lcb являются взаимной индуктивностью обмоток статора.

  • ψam, ψbm и ψcm являются потоками намагниченности, связывающими обмотки статора.

  • Lamf, Lbmf и Lcmf являются взаимными индуктивностями обмотки возбуждения.

Индуктивности в обмотках статора являются функциями электрического угла ротора и заданы как

θe=Nθr+rotoroffset

Laa=Ls+Lmcos(2θe),

Lbb=Ls+Lmcos(2(θe2π/3)),

Lcc=Ls+Lmcos(2(θe+2π/3)),

Lab=Lba=MsLmcos(2(θe+π/6)),

Lbc=Lcb=MsLmcos(2(θe+π/62π/3)),

Lca=Lac=MsLmcos(2(θe+π/6+2π/3)),

где:

  • N - количество пар полюсов ротора.

  • θr - механический угол ротора.

  • θe - электрический угол ротора.

  • rotor offset 0 если вы задаете электрический угол ротора относительно оси D, или -pi/2 если вы задаете электрический угол ротора относительно оси q.

  • Ls является самоиндуктивностью статора на фазу. Это значение является средней индуктивностью каждой из обмоток статора.

  • Lm - индуктивность статора. Это значение является колебанием самоиндуктивности и взаимной индуктивности с изменением угла ротора.

  • Ms является взаимной индуктивностью статора. Это значение является средней взаимной индуктивностью между обмотками статора.

Намагниченный поток, связывающий обмотку, a-a’ является максимальным, когда θe = 0 ° и нули, когда θe = 90 °. Поэтому:

ψm=[ψamψbmψcm]=[ψmcosθeψmcos(θe2π/3)ψmcos(θe+2π/3)],

Lmf=[LamfLbmfLcmf]=[LmfcosθeLmfcos(θe2π/3)Lmfcos(θe+2π/3)],

и

Ψf=Lfif+LmfT[iaibic],

где:

  • ψm - связанный поток мотора.

  • Lmf - взаимная индуктивность якоря возбуждения.

  • ψf - поток, связывающий обмотку возбуждения.

  • Lf - индуктивность обмотки возбуждения.

  • [Lmf]T - преобразование вектора Lmf, то есть,

    [Lmf]T=[LamfLbmfLcmf]T=[LamfLbmfLcmf].

Упрощенные уравнения

Применение преобразования Park к определяющим уравнения электрическим блокам создает выражение для крутящего момента, которое не зависит от угла ротора.

Преобразование Парка определяется

P=2/3[cosθecos(θe2π/3)cos(θe+2π/3)sinθesin(θe2π/3)sin(θe+2π/3)0.50.50.5]

Применение преобразования Park к первым двум электрическим определяющим уравнениям приводит к уравнениям, которые определяют поведение блоков:

vd=Rsid+Lddiddt+LmfdifdtNωiqLq,

vq=Rsiq+Lqdiqdt+Nω(idLd+ψm+ifLmf),

v0=Rsi0+L0di0dt,

vf=Rfif+Lfdifdt+32Lmfdiddt,

T=32N(iq(idLd+ψm+ifLmf)idiqLq),

и

Jdωdt=T=TLBmω.

где:

  • vd, vq и v0 являются d осью, q осью и напряжениями нулевой последовательности. Эти напряжения заданы как

    [vdvqv0]=P[vavbvc].

  • id, iq и i0 являются d -осью, q -осью и токами нулевой последовательности, заданными как

    [idiqi0]=P[iaibic].

  • Ld - индуктивность d оси статора. Ld = Ls + Ms + 3/2 <reservedrangesplaceholder0>.

  • ω - механическая скорость вращения.

  • Lq - индуктивность q оси статора. Lq = Ls + <reservedrangesplaceholder1> − 3/2 <reservedrangesplaceholder0>.

  • L0 - индуктивность нулевой последовательности статора. L0 = Ls – 2 Ms.

  • T - крутящий момент ротора. Для блока Hybrid Excitation PMSM крутящий момент течет от корпуса машины (порт C блока) к ротору машины (порт R блока).

  • J - инерция ротора.

  • TL - крутящий 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. Эти порты по умолчанию 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 three-phase ports | Show thermal port или Expanded three-phase ports | Show thermal port. Это действие отображает тепловые порты на значке блока и отображает параметры Thermal. Эти параметры описаны далее на этой странице с описанием.

Используйте тепловые порты, чтобы симулировать эффекты сопротивления меди и потерь в железе, которые преобразуют электрические степени в тепло. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов в блоках привода, смотрите Симуляция термальных эффектов во Вращательном и Поступательном приводах.

Переменные

Используйте настройки Variables, чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для основных переменных перед симуляцией. Для получения дополнительной информации смотрите Задать приоритет и Начальный целевой объект для основных переменных.

Предположения

Распределение потока синусоидально.

Порты

Сохранение

расширить все

Механический вращательный порт сопоставлен с ротором машины.

Механический вращательный порт сопоставлен с корпусом машины.

Расширяемый трехфазный порт сопоставлен с обмотками статора.

Электрический порт сопоставлен с нейтральной фазой.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Zero sequence равным Include.

Электрический порт сопоставлен с положительным контактом обмотки возбуждения.

Электрический порт сопоставлен с отрицательным выводом обмотки возбуждения.

Тепловой порт, сопоставленный с обмоткой А. Чтобы открыть тепловые порты, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, выберите Simscape > Block choices, а затем выберите требуемый вариант блока с тепловыми портами. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тепловые порты»

Тепловой порт, сопоставленный с обмоткой B. Чтобы открыть тепловые порты, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, выберите Simscape > Block choices, а затем выберите требуемый вариант блока с тепловыми портами. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тепловые порты»

Тепловой порт, сопоставленный с обмоткой C. Чтобы открыть тепловые порты, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, выберите Simscape > Block choices, а затем выберите требуемый вариант блока с тепловыми портами. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тепловые порты»

Тепловой порт сопоставлен 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. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тепловые порты»

Параметры

расширить все

Главный

Выберите точность моделирования:

  • Constant Ld, Lq, Lmf, Lf and PM - Ld, Lq, Lmf, Lf, и PM величины постоянные и определены их соответствующими параметрами.

  • Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM - Ld, Lq, Lmf, Lf, и PM значения вычислены онлайн из DQ и полевых текущих интерполяционных таблиц следующим образом:

    Ld=f1(id,iq,if)

    Lq=f2(id,iq,if)

    Lmf=f3(id,iq,if)

    λPM=f4(id,iq,if)

    Lf=f5(if)

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization равным Specify Ld, Lq, and L0.

Количество пар полюсов постоянных магнитов на роторе.

Пик потока постоянных магнитов редактирования для любой из обмоток статора.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Modeling fidelity равным Constant Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Модель параметризации статора.

Зависимости

Настройка Stator parameterization влияет на видимость других параметров.

Индуктивность статора машины по прямой оси.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization равным Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity для Constant Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Квадратурная индуктивность статора машины.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization равным Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity для Constant Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Вектор тока прямой оси, iD.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization равным Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Вектор тока с квадратурной осью, iQ.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization равным Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Вектор тока возбуждения, iF.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization равным Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Матрица Ld.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization равным Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Матрица Lq.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization равным Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Взаимная индуктивность якоря возбуждения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization равным Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Поток постоянных магнитов редактирования.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization равным Specify Ld, Lq, and L0, параметр Modeling fidelity для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Вектор Lf.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization равным Specify Ld, Lq, and L0, параметр Modeling fidelity для Tabulated Ld, Lq, Lmf, Lf and PM.

Индуктивность нулевой оси для статора машины.

Зависимости

Этот параметр видим, только если Stator parameterization установлено на Specify Ld, Lq and L0 и Zero sequence установлено на Include.

Средняя самоиндуктивность трех обмоток статора.

Зависимости

Этот параметр видим, только если Stator parameterization установлено на Specify Ls, Lm, and Ms.

Колебания индуктивности и взаимной индуктивности с углом ротора.

Зависимости

Этот параметр видим, только если Stator parameterization установлено на Specify Ls, Lm, and Ms.

Средняя взаимная индуктивность между обмотками статора.

Зависимости

Этот параметр видим, только если Stator parameterization установлено на Specify Ls, Lm, and Ms.

Индуктивность обмотки возбуждения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization равным Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity для Constant Ld, Lq, Lmf, Lf and PM или Stator parameterization параметр в Specify Ls, Lm, and Ms

Взаимная индуктивность якоря-поля.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Stator parameterization равным Specify Ld, Lq, and L0 и параметр Modeling fidelity для Constant Ld, Lq, Lmf, Lf and PM или Stator parameterization параметр в Specify Ls, Lm, and Ms

Сопротивление каждой из обмоток статора.

Сопротивление обмотки возбуждения.

Модель нулевой последовательности:

  • Include - Приоритезируйте верность модели. Ошибка возникает, если вы Включите условия нулевой последовательности для симуляций, которые используют решатель Разбиения. Для получения дополнительной информации смотрите Увеличение скорости симуляции с помощью решателя секционирования.

  • Exclude - Приоритет скорости симуляции для симуляции рабочего стола или развертывания приложений.

Зависимости

Если для этого параметра задано значение:

  • Include и Stator parameterization установлено на Specify Ld, Lq, and L0 - параметр Stator zero-sequence inductance, L0 видим.

  • Exclude - Параметр Stator zero-sequence inductance, L0 не отображается.

Контрольная точка для измерения угла ротора. Если вы выбираете значение по умолчанию, потоки ротора и a-фазы выравниваются для нулевого угла ротора. В противном случае ток a-фазы генерирует максимальное значение крутящего момента для нулевого угла ротора.

Механический

Инерция ротора, прикрепленного к механическому переводному порту R.

Вращательное демпфирование.

Тепловой

Эти параметры появляются только для блоков с открытыми тепловыми портами. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тепловые порты»

Температура, для которой приведены параметры двигателя.

Коэффициент α в уравнении, относящем сопротивление температуре, как описано в Тепловой модели для блоков привода. Значение по умолчанию для меди.

Дробная скорость изменения плотности потока постоянных магнитов с температурой. Он используется для линейного уменьшения крутящего момента и индуцированного обратного ЭДС при повышении температуры.

Значение тепловой массы для обмоток A, B и C. Тепловая масса является энергией, необходимой для повышения температуры на одну степень.

Тепловая масса ротора, то есть энергия, необходимая для повышения температуры ротора на одну степень.

Примеры моделей

HESM Torque Control

Управление крутящим моментом HESM

Управляйте крутящим моментом в тяговом приводе с синхронной машиной гибридного возбуждения (HESM). Постоянные магниты и обмотка возбуждения возбуждают HESM. Высоковольтная батарея подает SM через управляемый трехфазный преобразователь для обмоток статора и через управляемый четырехквадрантный измельчитель для обмотки ротора. Идеальный источник скорости вращения обеспечивает нагрузку. Подсистема управления использует разомкнутый подход для управления крутящим моментом и замкнутый подход для управления током. В каждый момент выборки запрос крутящего момента преобразуется в соответствующие ссылки на токи. Текущее управление основано на ПИ. В симуляции используется несколько шагов крутящего момента как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Подсистема визуализации содержит возможности, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

Ссылки

[1] Кундур, П. Устойчивость системы Степени и Управление. Нью-Йорк, Нью-Йорк: McGraw Hill, 1993.

[2] Mbayed, R. Анализ неисправных степеней. Hoboken, NJ: Wiley-IEEE Press, 1995.

[3] Андерсон, П. М. Вклад в управление синхронной машиной гибридного возбуждения для встраиваемых приложений. Universite de Cergy Pontoise, 2012.

[4] Luo, X. and T. A. Lipo. Синхронная/гибридная машина переменного тока с постоянными магнитами. Транзакции преобразования энергии IEEE. Том 15, № 2 (2000), стр. 203-210.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

.
Введенный в R2017b
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте