Векторное управление поверхностным синхронным двигателем с постоянными магнитами

Откройте модель

Этот пример показывает регулирование скорости поверхностного синхронного двигателя с постоянными магнитами (PMSM) с использованием векторного управления (FOC).

Описание

PMSM являются синхронными двигателями переменного тока с постоянными магнитами, установленными на их поверхностях ротора (PMSM с поверхностной установкой) или заглубленными в ротор (PMSM с внутренней установкой). В то время как двигатель BLDC имеет трапециевидный обратный ЭДС, PMSM имеют синусоидальный обратный ЭДС.

Двигатели PMSM обычно управляются с помощью векторной схемы управления и питаются синусоидальными токами.

Электрическая модель

Шина постоянного тока, смоделированная как идеальный источник постоянного тока 400 В, соединяется с трехфазным двухуровневым конвертером. Этот преобразователь генерирует соответствующие трехфазные напряжения для регулирования скорости 3 кВт, 3000 об/мин PMSM двигателя.

Преобразователем управляет контроллер FOC, который генерирует ссылки напряжения на векторный модулятор ШИМ.

Векторная теория управления

FOC является схемой управления, в которой d-q координат опорной системы координат, которая заблокирована на векторе пространства потока двигателя, используется для достижения развязки между потоком двигателя и крутящим моментом. Следовательно, они могут отдельно управляться токами прямой оси и квадратурной оси статора, соответственно.

Крутящий момент максимален, когда поток, создаваемый магнитами, перпендикулярен потоку статора, создаваемому токами статора. В векторной схеме управления угол между этими двумя потоками поддерживается на уровне 90 °, чтобы получить максимальный крутящий момент.

Крутящий момент, развиваемый двигателем, задается:

$$T_e = \frac{3}{2} \: p \:[ \lambda \: i_{q} + (L_{d}-L_{q})\: i_{d}\: i_{q}]$$

где

  • $p$ - количество пар полюсов.

  • $\lambda$ - поток, вызываемый постоянными магнитами в обмотках статора.

  • $L_{d}$ и$L_{q}$ являются d-составляющими и q-составляющими индуктивности.

  • $i_{d}$ и$i_{q}$ являются токами статора по оси D и по оси Q.

Обратите внимание, что уравнение выражено в исходной системе координат ротора (dq кадр), и все величины в исходной системе координат ротора относятся к статору.

Поскольку постоянные магниты двигателя установлены на поверхности ротора, индуктивность прямой и квадратурной осей имеет одно и то же значение (Ld = Lq в нашем примере). Приведенное выше уравнение можно затем упростить до:

$$T_e = \frac{3}{2} \: p \:[ \lambda \: i_{q}]$$

Это новое уравнение показывает, что компонент Id тока с прямой осью не влияет на крутящий момент. Крутящий крутящий момент двигателя может затем управляться компонентом Iq статора.

Векторная система управления

На основе положения ротора (представленного сигналом theta в модели электродвигателя), измеренные трехфазные токи статора преобразуются в их d-q координаты в системе координат ротора.

Скорость двигателя$\omega_{m}$ и ссылка скорости$\omega_{ref}$ подаются на регулятор скорости, чтобы получить ссылку тока,. $Iq_{ref}$Роль регулятора скорости состоит в том, чтобы поддерживать скорость двигателя равной ссылке скорости путем создания более или менее крутящего момента для ускорения или замедления двигателя.

$Iq_{ref}$Ток ссылки$Id_{ref}$ и ток ссылки (которые установлены на нуль, когда ослабление поля не требуется) подаются в токовые регуляторы. Регуляторы обрабатывают измеренный и уставочный токи, чтобы получить трехфазные уставки. Сигналы соединяются с модулятором PWM, который генерирует импульсы для инвертора двигателя. Модулятор использует метод PWM вектора пространства со средним импульсом и частотой переключения 8 кГц.

Симуляция

Запустите симуляцию и наблюдайте форму волны на блоках возможностей. Двигатель быстро достигает задающей скорости 2000 об/мин. На уровне 0,25 с вращение мотора преобразуется назад путем установки ссылки скорости -2800 об/мин. Чтобы соответствовать этому новому набору точки, система управления создает большой отрицательный крутящий момент. Заметьте, что активная степень передается обратно источнику постоянного тока во время замедления. На 0,65 с к мотору прикладывается крутящий момент отрицательной нагрузки -8 Н.м. Для порядка скорости двигателя на уровне -2800 об/мин система управления изменяет уставочный ток, получая отрицательный крутящий момент около -10 Н.м.

Симуляция в реальном времени

Если у вас есть Simulink Real-Time и цель Speedgoat, можно запустить эту модель в реальном времени.

  1. Откройте окно Configuration Parameters (или нажмите Ctrl + E), нажмите Генерация Кода и установите Системный целевой файл равным slrealtime.tlc .

  2. Подключитесь к целевому объекту и на вкладке Real-Time нажмите Run on Target.

Затем ваша модель будет автоматически построена, развернута и выполнена на цели. В зависимости от целевой потоковой полосы, вам, вероятно, придется уменьшить количество сигналов, переданных в реальном времени от цели к хосту-компьютеру.

Ссылки

Циринционе, М., М. Пуччи, Г. Витале. Степени и электроприводы переменного тока с линейными нейронными сетями. CRC Press, 2012.

Описание

Simscape Electrical документация

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте