PMSM (Five-Phase)

Пятифазный синхронный двигатель с постоянными магнитами с синусоидальным распределением потока

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

  • PMSM (Five-Phase) block

Описание

Блок PMSM (Five-Phase) моделирует синхронный двигатель с постоянными магнитами с пятифазным статором со звездной обмоткой. Рисунок показывает эквивалентную электрическую схему для статорных обмоток со звездочкой.

Можно также смоделировать синхронный двигатель с постоянными магнитами или в конфигурации с пятиугольником, или в строении с пятиугольником путем установки Winding type на Pentagon-wound или Pentacle-wound.

Моторная Конструкция

Этот рисунок показывает конструкцию мотора с одной парой полюсов на роторе.

Постоянные магниты генерируют магнитное поле ротора, которое создает синусоидальную скорость изменения потока с углом ротора.

Для соглашения о осях на предыдущем рисунке a-фазы и потоки постоянных магнитов выравниваются, когда механический угол ротора, θr, равен нулю. Блок поддерживает определение второй оси ротора, в котором механический угол ротора задан как угол между a магнитной осью -фазы и осью q ротора -.

Уравнения

Напряжения на обмотках статора определяются:

[vavbvcvdve]=[Rs00000Rs00000Rs00000Rs00000Rs][iaibicidie]+[dψadtdψbdtdψcdtdψddtdψedt],

где:

  • va, vb, vc, vd, и ve являются отдельными напряжениями фазы через обмотки статора.

  • Rs - эквивалентное сопротивление каждой обмотки статора.

  • ia, ib, ic, id, и ie являются током, текущим в обмотках статора.

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

Постоянные магниты и пять обмоток способствуют общему потоку, связывающему каждую обмотку. Общий поток определяется:

[ψaψbψcψdψe]=[LaaLabLacLadLaeLbaLbbLbcLbdLbeLcaLcbLccLcdLceLdaLdbLdcLddLdeLeaLebLecLedLee][iaibicidie]+[ψamψbmψcmψdmψem],

где:

  • ψa, ψb, ψc, ψd, и ψe являются полными потоками, которые связывают каждую обмотку статора.

  • Laa, Lbb, Lcc, Ldd, и Lee являются самоиндукциями обмоток статора.

  • Lab, Lac, Lba и так далее являются взаимными индуктивностями обмоток статора.

  • ψam, ψbm, ψcm, ψdm, и ψem являются потоками постоянного магнита, связывающими обмотки статора.

Индуктивности в обмотках статора являются функциями электрического угла ротора, заданными как:

θe=Nθr+rotoroffset

Laa=Ls+Lmcos(2θe),

Lbb=Ls+Lmcos(2(θe2π/5)),

Lcc=Ls+Lmcos(2(θe4π/5)),

Ldd=Ls+Lmcos(2(θe+4π/5)),

Lee=Ls+Lmcos(2(θe+2π/5)),

Lab=Lba=Lce=Lec=Ms+Lmcos(2θe2π/5),

Lbc=Lcb=Ms+Lmcos(2θe6π/5),

Lcd=Ldc=Lbe=Leb=Ms+Lmcos(2θe),

Lde=Led=Ms+Lmcos(2θe+6π/5),

Lea=Lae=Lbd=Ldb=Ms+Lmcos(2θe+2π/5),

Lac=Lca=Ms+Lmcos(2θe4π/5),

и

Lad=Lda=Ms+Lmcos(2θe+4π/5),

где:

  • θr - механический угол ротора.

  • θe - электрический угол ротора.

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

Обмотка связи с постоянными магнитами a-a' на максимуме, когда θe = 0 ° и нули, когда θe = 90 °. Поэтому связанный поток мотора определяется:

[ψamψbmψcmψdmψem]=[ψmcosθeψmcos(θr2π/5)ψmcos(θr4π/5)ψmcos(θr+4π/5)ψmcos(θr+2π/5)],

где ψm - редактирование потока постоянных магнитов.

Упрощенные электрические уравнения

Чтобы удалить зависимость угла ротора для индуктивных членов, вы выполняете преобразование, T, на уравнениях мотора.

Преобразование T определяется:

T(θe)=25[sinθesin(θe2π/5)sin(θe4π/5)sin(θe+4π/5)sin(θe+2π/5)cosθecos(θe2π/5)cos(θe4π/5)cos(θe+4π/5)cos(θe+2π/5)sinθesin(θe+4π/5)sin(θe2π/5)sin(θe+2π/5)sin(θe4π/5)cosθecos(θe+4π/5)cos(θe2π/5)cos(θe+2π/5)cos(θe4π/5)1/21/21/21/21/2],

где θe - электрический угол, заданный как Nθr. N - количество пар полюсов.

Матрица преобразования имеет следующее псевдоортогональное свойство:

T1(θe)=52Tt(θe).

Использование преобразования T на напряжениях и токах обмотки статора преобразует их в системы координат dq0 и xy, которые не зависят от угла ротора:

[vdsvqsvxvyv0]=T[vavbvcvdve]

и

[idsiqsixiyi0]=T[iaibicidie].

Применение этого преобразования к первым двум электрическим уравнениям приводит к следующим уравнениям, которые определяют поведение блоков:

vds=Rsids+LddidsdtNωiqsLq,

vqs=Rsiqs+Lqdiqsdt+Nω(idsLd+ψm),

vx=Rsix+Lddixdt,

vy=Rsiy+Lddiydt,

v0=Rsi0+L0di0dt,

и

T=52N(iqs(idsLd+ψm)idsiqsLq),


где:

  • Ld = Ls + Ms + 5/2 <reservedrangesplaceholder2>. Ld - индуктивность d оси статора.

  • Lq = Ls + <reservedrangesplaceholder3> − 5/2 <reservedrangesplaceholder2>. Lq - индуктивность q оси статора.

  • L0 = Ls – 4 Ms. L0 - индуктивность нулевой последовательности статора.

  • ω - механическая скорость вращения ротора.

  • N - количество пар полюсов постоянных магнитов ротора.

Альтернативный поток Редактирования параметризация

Можно параметризовать двигатель с помощью констант коэффициента противо-ЭДС или крутящего момента, которые чаще всего приводятся в таблицах данных электродвигателя, с помощью опции Permanent magnet flux linkage.

Коэффициент противо-ЭДС, постоянная определяется как пиковое напряжение, индуцируемое постоянными магнитами в каждой из скоростей вращения фазы в относительных единицах. Это связано с пиковым потоком постоянных магнитов, редактирования:

ke=Nψm.

Из этого определения следует, что коэффициент противо-ЭДС, eph, для одной фазы задаётся:

eph=keω.

Константа крутящего момента определяется как пиковый крутящий момент, вызываемый током каждой из фаз в относительных единицах. Он численно идентичен по значению коэффициента противо-ЭДС, постоянная, когда оба выражены в модули СИ:

kt=Nψm.

Когда Ld = Lq, и когда токи во всех пяти фазах сбалансированы, из этого следует, что объединенный T крутящего момента задается:

T=52ktiq=52ktIpk,

где Ipk - пиковый ток в любой из трех обмоток.

Коэффициент 5/2 вычисляется из установившейся суммы крутящих моментов из всех фаз. Поэтому kt крутящего момента также может быть определено как:

kt=25(TIpk),

где T - измеренный суммарный крутящий момент при испытании сбалансированным трехфазным током с пиковым напряжением линии Ipk. Напряжение линии RMS измеряется как:

kt=25(Tiline,rms).

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.

Порты

Сохранение

расширить все

Электрический порт сопоставлен с a -фазой.

Электрический порт сопоставлен с b -фазой.

Электрический порт сопоставлен с c -фазой.

Электрический порт сопоставлен с d -фазой.

Электрический порт сопоставлен с e -фазой.

Электрический порт сопоставлен с нейтральной фазой.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Winding Type равным Star-wound и Zero sequence к Include.

Механический вращательный порт сопоставлен с ротором мотора.

Механический вращательный порт сопоставлен с корпусом мотора.

Параметры

расширить все

Главный

Строение обмоток:

  • Star-wound - Обмотки со звездной обмоткой.

  • Pentagon-wound - Обмотки пятиугольные. a - фаза связана между портами a и b, b - фаза между портами b и c, c - фаза между портами c и d, d - фаза между портами d и e, и e - фаза между портами e и a.

  • Pentacle-wound - Обмотки выполнены с обмоткой пентакля. a - фаза связана между портами a и d, b - фаза между портами b и e, c - фаза между портами c и a, d - фаза между портами d и b, и e - фаза между портами e и c.

Количество пар полюсов постоянных магнитов на роторе.

Редактирование с постоянными магнитами, заданное как Specify flux linkage, Specify torque constant, или Specify back EMF constant.

Пик потока постоянных магнитов, редактирования с любой из обмоток статора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Permanent magnet flux linkage равным Specify flux linkage.

Крутящий момент, константа для любой из обмоток статора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Permanent magnet flux linkage равным Specify torque constant.

Коэффициент противо-ЭДС, постоянная с любой из обмоток статора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Permanent magnet flux linkage равным Specify back EMF constant.

Параметризация статора, заданная как Specify Ld, Lq, and L0 или Specify Ls, Lm, and Ms.

d индуктивность оси.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization равным Specify Ld, Lq, and L0.

q индуктивность оси .

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization равным Specify Ld, Lq, and L0.

Индуктивность нулевой последовательности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, либо:

  • Установите Winding Type значение Star-wound, Zero sequence к Include, и Stator parameterization к Specify Ld, Lq, and L0.

  • Установите Winding Type значение Pentagon-wound.

  • Установите Winding Type значение Pentacle-wound.

Средняя индуктивность каждой из пяти обмоток статора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization равным Specify Ls, Lm, and Ms.

Колебания самоиндуктивности и взаимной индуктивности обмоток статора с углом ротора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization равным Specify Ls, Lm, and Ms.

Средняя взаимная индуктивность между обмотками статора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization равным Specify Ls, Lm, and Ms.

Сопротивление каждой из обмоток статора.

Следует ли включать или исключать условия нулевой последовательности.

  • Include - Включите условия нулевой последовательности. Чтобы расставить приоритеты для точности модели, используйте эту настройку по умолчанию. Использование этой опции:

  • Exclude - Исключить условия нулевой последовательности. Чтобы определить приоритеты скорости симуляции для симуляции рабочего стола или развертывания приложений, выберите эту опцию.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Winding Type равным Star-wound.

Контрольная точка для измерения угла ротора. Значение по умолчанию Angle between the a-phase magnetic axis and the d-axis. Это определение показано на рисунке Конструкции. Когда вы выбираете это значение, потоки ротора и a-фазы выравниваются, когда угол ротора равен нулю.

Другое значение, которое можно выбрать для этого параметра Angle between the a-phase magnetic axis and the q-axis. Когда вы выбираете это значение, ток a-фазы генерирует максимальный крутящий момент, когда угол ротора равен нулю.

Механический

Инерция ротора, прикрепленного к механическому переводному порту R. Значение может быть нулем.

Вращательное демпфирование.

Ссылки

[1] Л. Парса и Х. А. Толият. Бездатчиковое прямое управление крутящим моментом приводов с пятифазным внутренним приводом с постоянными магнитами. Транзакции IEEE по отраслевым приложениям, том 43, № 4, стр. 952-959, июль-август 2007.

[2] Андерсон, П. М. Анализ неисправных степеней. IEEE Press Power Systems Engineering Series, 1995. ISBN 0-7803-1145-0.

Расширенные возможности

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

.
Введенный в R2020a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте