Synchronous Machine Model 1.0

Синхронная машина с цепью возбуждения и без демпфера

  • Библиотека:
  • Simscape/Электрический/Электромеханический/Синхронный

  • Synchronous Machine Model 10 block

Описание

Блок Synchronous Machine Model 1.0 использует упрощенную модель параметризации для синхронных машин. Используйте блок для моделирования синхронных машин с обмоткой возбуждения и без демпферов.

Рисунок показывает эквивалентную электрическую схему для обмоток статора и ротора.

Моторная Конструкция

Схема показывает конструкцию мотора с одной полюсной парой 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:

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

и

Ψf=Lfif+LmfT[iaibic],

где:

  • 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+ifLmf),

v0=Rsi0+L0di0dt,

vf=Rfif+Lfdifdt+32Lmfdiddt,

T=32N(iq(idLd+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 Synchronous Machine Model 1.0 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 and Lf - Ld, Lq, Lmf, Lf, и PM величины постоянные и определены их соответствующими параметрами.

  • Tabulated Ld, Lq, Lmf and Lf - 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)

    Lf=f4(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.

Метод 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 and Lf.

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 and Lf.

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 and Lf.

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 and Lf.

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 and Lf.

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 and Lf.

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 and Lf.

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 and Lf.

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 and Lf.

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. Этот параметр должен быть:

  • Больше 0.

  • Больше, чем величина Stator inductance fluctuation, Lm.

  • Больше, чем величина Stator mutual inductance, Ms.

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 and Lf 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 and Lf 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.

Механический

Инерция ротора.

Демпфирование ротора.

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.

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.

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

Synchronous Machine State-Space Control

Управление состоянием синхронной машины - Пространство

Управляйте токами в тяговом приводе на основе синхронной машины (SM), используя управление пространством состояний. Высоковольтная батарея подает SM через управляемый трехфазный преобразователь для обмоток статора и через управляемый двухквадрантный измельчитель для обмотки ротора. Идеальный источник скорости вращения обеспечивает нагрузку. SM работает ниже номинальной скорости. В каждый момент выборки запрос крутящего момента преобразуется в соответствующие ссылки тока с помощью подхода управления осью нуля d-составляющей. Контроллер обратной связи состояния управляет токами в исходной системе координат ротора. Наблюдатель Luenberger получает зависящие от скорости условия предварительного контроля с feedforward. В симуляции используется несколько шагов крутящего момента как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Планирование задач реализовано как конечный автомат Stateflow ®. Подсистема Возможностей 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] Андерсон, П. М. Анализ неисправных степеней. IEEE Press, Power Systems Engineering, 1995.

[3] Retif, J. M., X. Lin-Shi, A. M. Llor, and F. Morand «New hybrid direct-torque control for a намотка ротора синхронной машины». 2004 IEEE 35-я ежегодная конференция специалистов по степени. Том 2 (2004): 1438-1442.

[4] Степень инженерное общество IEEE. IEEE Std 1110-2002. Руководство IEEE по методикам моделирования синхронных генераторов и применениям в анализе устойчивости системы степеней. Piscataway, NJ: IEEE, 2002.

Расширенные возможности

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

.
Введенный в R2018a