Параметризация синхронного двигателя с постоянными магнитами

Открыть скрипт

Этот пример показов, как оценить коэффициент противо-ЭДС и константы крутящего момента синхронного двигателя с постоянными магнитами (PMSM) с неизвестного редактирования потока. Можно использовать коэффициент противо-ЭДС или константу крутящего момента, чтобы описать редактирование потока и параметризовать блок Simscape™ Electrical™ PMSM. Эта параметризация позволяет вам точно повторить поведение двигателя blackbox в симуляции.

В этом примере количество пар полюсов, сопротивление статора и индуктивность статора PMSM симуляции и блэкбокса уже задано, чтобы соответствовать.

Откройте модель

Откройте модель.

model='ee_pmsm_parameterization';
open_system(model)
set_param(find_system('ee_pmsm_parameterization','FindAll', 'on','type','annotation','Tag','ModelFeatures'),'Interpreter','off')

Задайте Коэффициент противо-ЭДС, постоянная

Выберите заднюю опцию параметризации EMF для PMSM симуляции и инициализируйте ее значение до произвольного значения по умолчанию 0,1 В * с/рад.

Simulation_PMSM = [model,'/Simulation PMSM'];
Ke = 0.1;
set_param(Simulation_PMSM,'pmflux_param','3');

Кроме того, можно задать коэффициент противо-ЭДС опции параметризации и задать его значение из маски блока PMSM, выбрав Задать коэффициент противо-ЭДС в разделе Поток постоянных магнитов редактировании параметризацией и определением Коэффициента противо-ЭДС, постоянная.

Сравнение результатов

Симулируйте модель и постройте график напряжения с течением времени на обмотке A как для экспериментальных, так и для симуляционных PMSM. Заметьте, что существует значительное различие в амплитуде напряжения между экспериментальным и симуляционным PMSMs.

sim(model);
v_a_exp = simlog_ee_pmsm_parameterization.v_Ra_exp.V;
v_a_sim = simlog_ee_pmsm_parameterization.v_Ra_sim.V;
simscape.logging.plot({v_a_exp,v_a_sim},...
    'names',{'Experimental PMSM','Simulation PMSM'});
title('Voltage across a-winding')
ylabel('Voltage, V');

Вычисление постоянной напряжения

Вычислим постоянную напряжения $K_e$ блэкбокса экспериментального PMSM при помощи определяющего уравнения

$K_e=\frac{V_{a,pk}}{\omega}$ ,

где $\omega$ - скорость вращения вала PMSM, и $V_{a,pk}$ - падение напряжения на обмотке А мотора. Это уравнение справедливо только, когда ток через обмотки очень мал. Небольшое ограничение тока обеспечивается в модели путем прикрепления каждого из свободных концов обмотки к земле через очень высокое сопротивление, эффективно делая каждую обмотку разомкнутой.

$V_{a,pk}$ вычисляется путем взятия среднего значения из максимального и минимального значений падения напряжения через обмотку а и деления результата на два. Можно улучшить точность этого вычисления, сначала отфильтровав высокую частоту шум измеренного сигнала напряжения:

window_size = 100;
v_a_exp_filt = filter(1/window_size*ones(1,window_size),1,v_a_exp.series.values);
v_a_exp_peak = (max(v_a_exp_filt)-min(v_a_exp_filt))/2;

Скорость вращения может быть измерена непосредственно из исходного блока:

angular_velocity_exp = mean(simlog_ee_pmsm_parameterization.Experiment_Angular_Velocity_Source.w.series.values);

Теперь обратная константа ЭДС может быть вычислена из вышеописанных результатов:

Ke = v_a_exp_peak / angular_velocity_exp;
disp(Ke);

    0.1803

Изменение Коэффициента противо-ЭДС, постоянная

Измените коэффициент противо-ЭДС, постоянная для симуляционного двигателя на расчетное значение, $K_e$ рассчитанное в предыдущем разделе.

Simulation_PMSM = [model,'/Simulation PMSM'];
set_param(Simulation_PMSM,'pmflux_param','3');

Сравнение новых результатов

Резимулируйте модель и постройте график напряжения на обмотке А. Новая параметризация постоянной напряжения улучшает способность PMSM симуляции тиражировать поведение экспериментального PMSM.

sim(model);
v_a_exp = simlog_ee_pmsm_parameterization.v_Ra_exp.V;
v_a_sim = simlog_ee_pmsm_parameterization.v_Ra_sim.V;
simscape.logging.plot({v_a_exp,v_a_sim},...
    'names',{'Experimental PMSM','Simulation PMSM'});
title('Voltage across a-winding')
ylabel('Voltage, V');

Вычисление константы крутящего момента

Вычислите константу крутящего момента $K_t$ blackbox PMSM с помощью определяющего уравнения:

$K_t = \frac{2}{3}\left(\frac{T}{I_{a,pk}}\right)$ ,

где $I_{a,pk}$ является пиковым током через обмотку a и $T$ является общим механическим крутящим моментом, приводящим в действие PMSM.

i_a_exp = simlog_ee_pmsm_parameterization.Ra_exp.i;
i_a_sim = simlog_ee_pmsm_parameterization.Ra_sim.i;

T = abs(mean(simlog_ee_pmsm_parameterization.Experiment_Angular_Velocity_Source.t.series.values));

window_size = 100;
i_a_exp_filt = filter(1/window_size*ones(1,window_size),1,i_a_exp.series.values);
i_a_exp_peak = (max(i_a_exp_filt)-min(i_a_exp_filt))/2;

Kt = 2/3*T/i_a_exp_peak;
disp(Kt);

simscape.logging.plot({i_a_exp,i_a_sim},...
    'names',{'Experimental PMSM','Simulation PMSM'});
title('Current across a-winding')
ylabel('Current, A');

    0.1797

Сравнение параметров редактирования

Как ожидалось, измеренный крутящий момент и коэффициенты противо-ЭДС, постоянная имеют приблизительно одинаковое значение (0,18) и связаны с редактированием постоянных магнитов $\psi_m$ через количество пар полюсов $N$ двигателя:

$K_e=K_t=N\psi_m .$

Можно параметризовать редактирование двигателя с постоянными магнитами путем определения любого из $K_e$ $K_t$ или в $\psi_m$ маске блока Simulation PMSM. Коэффициенты противо-ЭДС и константы крутящего момента чаще задаются, чем поток постоянных магнитов, редактирования на таблицах данных о двигателе.

Подробнее

Для получения дополнительной информации см. страницу блока PMSM.

Документация