Switched Reluctance Machine (Multi-Phase)

Четыре или пятифазовая коммутируемая машина нежелания (SRM)

Библиотека:
Simscape / Электрический / Электромеханический / Reluctance & Stepper

Описание

Блок Switched Reluctance Machine (Multi-Phase) представляет четыре - или пятифазовая коммутируемая машина нежелания (SRM).

Схема показывает моторную конструкцию для четырехфазовой машины.

Схема показывает моторную конструкцию для пятифазовой машины.

Уравнения

Угол диапазона ротора для многофазной машины

$θ_{s t} = \frac{2 π}{N_{s} N_{r}}$

где:

_θst является топить углом.
_Ns является количеством фаз.
_Nr является количеством полюсов ротора.

Производственная возможность крутящего момента, β, одного полюса ротора

$β = \frac{2 π}{N_{r}} .$

Математическая модель для коммутируемой машины нежелания (SRM) очень нелинейна из-за влияния магнитного насыщения на кривой потокосцепления к углу, λ (_θph). Уравнение напряжения фазы для SRM

$v_{p h} = R_{s} i_{p h} + \frac{d λ_{p h} (i_{p h}, θ_{p h})}{d t}$

где:

_vph является напряжением на фазу.
_Rs является сопротивлением статора на фазу.
_iph является током на фазу.
_λph является потокосцеплением на фазу.
_θph является углом на фазу.

Перезапись уравнения напряжения фазы в терминах частных производных дает к этому уравнению:

$v_{p h} = R_{s} i_{p h} + \frac{\partial λ_{p h}}{\partial i_{p h}} \frac{d i_{p h}}{d t} + \frac{\partial λ_{p h}}{\partial θ_{p h}} \frac{d θ_{p h}}{d t} .$

Переходная индуктивность задана как

$L_{t} (i_{p h}, θ_{p h}) = \frac{\partial λ_{p h} (i_{p h}, θ_{p h})}{\partial i_{p h}},$

или проще как

$\frac{\partial λ_{p h}}{\partial i_{p h}} .$

Противоэлектродвижущая сила задана как

$E_{p h} = \frac{\partial λ_{p h}}{\partial θ_{p h}} ω_{r} .$

Замена этими терминами в переписанное уравнение напряжения дает к этому уравнению напряжения:

$v_{p h} = R_{s} i_{p h} + L_{t} (i_{p h}, θ_{p h}) \frac{d i_{p h}}{d t} + E_{p h} .$

Применение co-энергетической формулы к уравнениям для крутящего момента,

$T_{p h} = \frac{\partial W (θ_{p h})}{\partial θ_{r}},$

и энергия,

$W (i_{p h}, θ_{p h}) = \int_{0}^{i_{p h}} λ_{p h} (i_{p h}, θ_{p h}) d i_{p h}$

дает к интегральному уравнению, которое задает мгновенный крутящий момент на фазу, то есть,

$T_{p h} (i_{p h}, θ_{p h}) = \int_{0}^{i_{p h}} \frac{\partial λ_{p h} (i_{p h}, θ_{p h})}{\partial θ_{p h}} d i_{p h} .$

Интеграция по фазам дает это уравнение, которое задает общий мгновенный крутящий момент как

$T = \sum_{j = 1}^{N_{s}} T_{p h} (j) .$

Уравнение для движения

$J \frac{d ω}{d t} = T - T_{L} - B_{m} ω$

где:

J является инерцией ротора.
ω является скоростью вращательного механического устройства.
T является крутящим моментом ротора. Для блока Switched Reluctance Machine крутящий момент течет из случая машины (порт C сохранения блока) к ротору машины (порт R сохранения блока).
_TL является крутящим моментом нагрузки.
J является инерцией ротора.
_Bm является затуханием ротора.

Для высокочастотной разработки моделирования и управления используйте эмпирические данные и вычисление конечного элемента, чтобы определить кривую потокосцепления в терминах тока и угла, то есть,

$λ_{p h} (i_{p h}, θ_{p h}) .$

Для моделирования низкого качества можно также аппроксимировать кривую с помощью аналитических методов. Один такой метод [2] использование эта показательная функция:

$λ_{p h} (i_{p h}, θ_{p h}) = λ_{s a t} (1 - e^{- i_{p h} f (θ_{p h})}),$

где:

_λsat является влажным потокосцеплением.
f (_θr) получен расширением Фурье.

Для расширения Фурье используйте первые два даже термины этого уравнения:

$f (θ_{p h}) = a + b \cos (N_{r} θ_{p h})$

где a> b,

$a = \frac{L_{\min} + L_{\max}}{2 λ_{s a t}},$

$b = \frac{L_{m a x} - L_{m i n}}{2 λ_{s a t}} .$

Моделирование вариантов

Блок обеспечивает два варианта моделирования. Чтобы выбрать желаемый вариант, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели. Из контекстного меню выберите Simscape> Block choices, и затем один из этих вариантов:

No thermal port — Блок содержит расширенные электрические порты сохранения, сопоставленные с обмотками статора, но не содержит тепловые порты.
Show thermal port — Блок содержит расширенные электрические порты сохранения, сопоставленные с обмотками статора и пятью тепловыми портами сохранения, один для каждой из этих четырех обмоток и один для ротора.

Используйте тепловые порты, чтобы симулировать эффекты медного сопротивления, которые преобразовывают электроэнергию в теплоту. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов в блоках привода смотрите Термальные эффекты Симуляции во Вращательных и Поступательных Приводах.

Зависимости

Выбор теплового варианта блока отсоединяет тепловые параметры.

Предположения

Нулевой угол ротора соответствует полюсу ротора, который выравнивается отлично с a - фаза, то есть, пиковый поток.

Переменные

Используйте настройки Variables, чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для переменных в блоках перед симуляцией. Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Переменных в блоках.

Порты

Сохранение

развернуть все

`R` — Ротор машины
вращательное механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с ротором машины.

Типы данных: double

`C` — Случай машины
вращательное механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен со случаем машины.

Типы данных: double

`a1` — a - фаза положительное предоставление
электрический

Электрическое положительное предоставление для фазы-a.

Типы данных: double

`b1` — b - фаза положительное предоставление
электрический

Электрическое положительное предоставление для фазы-b.

Типы данных: double

`c1` — c - фаза положительное предоставление
электрический

Электрическое положительное предоставление для фазы-c.

Типы данных: double

`d1` — d - фаза положительное предоставление
электрический

Электрическое положительное предоставление для фазы-d.

Типы данных: double

`e1` — e - фаза положительное предоставление
электрический

Электрическое положительное предоставление для фазы-e.

Этот порт отображается, если вы выбираете Five-phase для параметра Number of stator phases.

Типы данных: double

`a2` — a - фаза отрицательное предоставление
электрический

Электрическое отрицательное предоставление для фазы-a.

Типы данных: double

`b2` — b - фаза отрицательное предоставление
электрический

Электрическое отрицательное предоставление для фазы-b.

Типы данных: double

`c2` — c - фаза отрицательное предоставление
электрический

Электрическое отрицательное предоставление для фазы-c.

Типы данных: double

`d2` — d - фаза отрицательное предоставление
электрический

Электрическое отрицательное предоставление для фазы-d.

Типы данных: double

`e2` — e - фаза отрицательное предоставление
электрический

Электрическое отрицательное предоставление для фазы-e.

Этот порт отображается, если вы выбираете Five-phase для параметра Number of stator phases.

Типы данных: double

`HA` — a - терминал фазы тепловой порт
тепловой

Тепловой порт сохранения, сопоставленный со статором, проветривающим a.

Зависимости

Чтобы осушить этот порт, установите этот вариант модели на Show thermal port.

`HB` — b - терминал фазы тепловой порт
тепловой

Тепловой порт сохранения, сопоставленный со статором, проветривающим b.

Зависимости

Чтобы осушить этот порт, установите этот вариант модели на Show thermal port.

`HC` — c - терминал фазы тепловой порт
тепловой

Тепловой порт сохранения, сопоставленный со статором, проветривающим c.

Зависимости

Чтобы осушить этот порт, установите этот вариант модели на Show thermal port.

`HD` — d - терминал фазы тепловой порт
тепловой

Тепловой порт сохранения, сопоставленный со статором, проветривающим d.

Зависимости

Чтобы осушить этот порт, установите этот вариант модели на Show thermal port.

`HE` — e - терминал фазы тепловой порт
тепловой

Тепловой порт сохранения, сопоставленный со статором, проветривающим e.

Зависимости

Чтобы осушить этот порт, установите этот вариант модели на Show thermal port и параметр Number of stator phases к Five-phase.

`HR` — Ротор тепловой порт
тепловой

Тепловой порт сохранения сопоставлен с ротором.

Зависимости

Чтобы осушить этот порт, установите этот вариант модели на Show thermal port.

Параметры

развернуть все

Основной

`Number of stator phases` — Четыре - или пятифазовый SRM
`Four-phase` (значение по умолчанию) | `Five-phase`

Тип многофазного SRM в терминах количества фаз статора.

Зависимости

Выбор Five-phase включает эти порты:

`Number of rotor poles` — Полюс ротора
8 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Количество пар полюса на роторе.

`Stator resistance per phase` — Сопротивление
3 `Ohm` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Сопротивление на фазу каждой из обмоток статора.

`Stator parameterization` — Метод параметризации
`Specify saturated flux linkage` (значение по умолчанию) | `Specify flux characteristic`

Метод для параметризации статора.

Зависимости

Выбор Specify saturated flux linkage включает эти параметры:

Saturated flux linkage
Aligned inductance
Unaligned inductance

Выбор Specify flux characteristic включает эти параметры:

Current vector, i
Angle vector, theta
Flux linkage matrix, Phi(i,theta)

`Saturated flux linkage` — Потокосцепление
0.43 `Wb` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Влажное потокосцепление на фазу.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify saturated flux linkage.

`Aligned inductance` — Индуктивность
0.0046 `H` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Индуктивность, когда ось полюса ротора идентична оси взволнованного полюса статора. Значение этого параметра должно быть больше значения параметра Unaligned inductance.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify saturated flux linkage.

`Unaligned inductance` — Индуктивность
`6.7e-4` `H` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Индуктивность, когда ось между двумя полюсами ротора идентична оси взволнованного полюса статора. Значение этого параметра должно быть меньше значения параметра Aligned inductance.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify saturated flux linkage.

`Current vector, i` — Текущий
[0, 50, 100] `A` (значение по умолчанию) | положительный вектор

Текущий вектор раньше идентифицировал семейство кривых потокосцепления.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify flux characteristic.

`Angle vector, theta` \angle
[0, 22.5, 45] `deg` (значение по умолчанию) | положительный вектор

Угловой вектор раньше идентифицировал семейство кривых потокосцепления.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify flux characteristic.

`Flux linkage matrix, Phi(i,theta)` — Поток
[0, 0, 0; .37, .06, .37; .43, .1, .43] `Wb` (значение по умолчанию) | скаляр

Матрица потокосцепления, которая задает семейство кривых потокосцепления.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Stator parameterization на Specify flux characteristic.

Механическое устройство

`Rotor inertia` — Инерция
0.01 `kg*m^2` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Инерция ротора присоединяется к механическому поступательному порту R.

`Rotor Damping` — Затухание
0 `N*m/(rad/s)` (значение по умолчанию) | скаляр

Ротационное затухание.

Тепловой

Эти параметры появляются только для блоков с осушенными тепловыми портами.

`Measurement temperature` — Расчетная температура
298.15 `k` (значение по умолчанию) | действительный скаляр

Температура, для которой заключаются в кавычки параметры двигателя.

`Resistance temperature coefficient` — Температурный коэффициент
`3.93e-3` `1/K` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Коэффициент α в сопротивлении связи уравнения температуре для всех трех обмоток, как описано в Тепловой Модели для Блоков Привода. Значение по умолчанию, 3.93e-3 1/K, для меди.

`Thermal mass for each stator winding` — Обмотка количества тепла
100 `J/K` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Значение количества тепла для каждой обмотки статора. Количество тепла является энергией, требуемой для повышения температуры на один градус.

`Rotor thermal mass` — Количество тепла ротора
200 `J/K` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Количество тепла ротора. Количество тепла является энергией, требуемой повысить температуру ротора одной степенью.

Примеры модели

Five-Phase Switched Reluctance Machine Control

Пятифазовое коммутируемое управление машиной нежелания

Контролируйте скорость ротора в базирующемся электрическом диске пятифазовой коммутируемой машины нежелания (SRM). Источник напряжения постоянного тока питает SRM через управляемый мост с пятью руками. Поворот конвертера - на и выключает углы, считаются постоянными.

Switched Reluctance Motor Parameterized with FEM Data

Коммутируемый двигатель нежелания, параметрированный с данными FEM

Создайте модель Коммутируемого двигателя нежелания (SRM). Пользовательский Simscape™ составляет композит, компонент используется, чтобы создать три пары полюса статора с помощью Simscape Electrical™ FEM-параметрированный Ротационный Привод в качестве основного компонента. Состояния входных контактов (реверс, вкл\выкл) управляют крутящим моментом, применился к валу двигателя.

Four-Phase Switched Reluctance Machine Control

Четырехфазовое коммутируемое управление машиной нежелания

Контролируйте скорость ротора в базирующемся электрическом диске четырехфазовой коммутируемой машины нежелания (SRM). Источник напряжения постоянного тока питает SRM через управляемый мост с четырьмя руками. Поворот конвертера - на и выключает углы, считаются постоянными.

Ссылки

[1] Boldea, я. и С. А. Насар. Электроприводы. 2-й Эд. Нью-Йорк: нажатие CRC, 2005.

[2] Iliĉ-Spong, M. R. Марино, С. Пересада и Д. Тейлор. “Управление линеаризацией обратной связи коммутируемых двигателей нежелания”. Транзакции IEEE на Автоматическом управлении. Издание 32, Номер 5, 1987, стр 371–379.

Расширенные возможности

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

Введенный в R2018b

Документация

Switched Reluctance Machine (Multi-Phase)

Описание

Уравнения

Моделирование вариантов

Предположения

Переменные

Порты

Сохранение

R — Ротор машины вращательное механическое устройство

C — Случай машины вращательное механическое устройство

a1 — a - фаза положительное предоставление электрический

b1 — b - фаза положительное предоставление электрический

c1 — c - фаза положительное предоставление электрический

d1 — d - фаза положительное предоставление электрический

e1 — e - фаза положительное предоставление электрический

a2 — a - фаза отрицательное предоставление электрический

b2 — b - фаза отрицательное предоставление электрический

c2 — c - фаза отрицательное предоставление электрический

d2 — d - фаза отрицательное предоставление электрический

e2 — e - фаза отрицательное предоставление электрический

HA — a - терминал фазы тепловой порт тепловой

Зависимости

HB — b - терминал фазы тепловой порт тепловой

Зависимости

HC — c - терминал фазы тепловой порт тепловой

Зависимости

HD — d - терминал фазы тепловой порт тепловой

Зависимости

HE — e - терминал фазы тепловой порт тепловой

Зависимости

HR — Ротор тепловой порт тепловой

Зависимости

Параметры

Основной

Number of stator phases — Четыре - или пятифазовый SRM Four-phase (значение по умолчанию) | Five-phase

Зависимости

Number of rotor poles — Полюс ротора8 (значение по умолчанию) | положительное целое число

Stator resistance per phase — Сопротивление3 Ohm (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Stator parameterization — Метод параметризации Specify saturated flux linkage (значение по умолчанию) | Specify flux characteristic

Зависимости

Saturated flux linkage — Потокосцепление0.43 Wb (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Aligned inductance — Индуктивность0.0046 H (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Unaligned inductance — Индуктивность 6.7e-4 H (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Зависимости

Current vector, i — Текущий[0, 50, 100] A (значение по умолчанию) | положительный вектор

Зависимости

Angle vector, theta \angle[0, 22.5, 45] deg (значение по умолчанию) | положительный вектор

Зависимости

Flux linkage matrix, Phi(i,theta) — Поток[0, 0, 0; .37, .06, .37; .43, .1, .43] Wb (значение по умолчанию) | скаляр

Зависимости

Механическое устройство

Rotor inertia — Инерция0.01 kg*m^2 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Rotor Damping — Затухание0 N*m/(rad/s) (значение по умолчанию) | скаляр

Тепловой

Measurement temperature — Расчетная температура298.15 k (значение по умолчанию) | действительный скаляр

Resistance temperature coefficient — Температурный коэффициент 3.93e-3 1/K (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Thermal mass for each stator winding — Обмотка количества тепла100 J/K (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Rotor thermal mass — Количество тепла ротора200 J/K (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Примеры модели

Пятифазовое коммутируемое управление машиной нежелания

Коммутируемый двигатель нежелания, параметрированный с данными FEM

Четырехфазовое коммутируемое управление машиной нежелания

Ссылки

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Документация Simscape Electrical

Поддержка

`R` — Ротор машины
вращательное механическое устройство

`C` — Случай машины
вращательное механическое устройство

`a1` — a - фаза положительное предоставление
электрический

`b1` — b - фаза положительное предоставление
электрический

`c1` — c - фаза положительное предоставление
электрический

`d1` — d - фаза положительное предоставление
электрический

`e1` — e - фаза положительное предоставление
электрический

`a2` — a - фаза отрицательное предоставление
электрический

`b2` — b - фаза отрицательное предоставление
электрический

`c2` — c - фаза отрицательное предоставление
электрический

`d2` — d - фаза отрицательное предоставление
электрический

`e2` — e - фаза отрицательное предоставление
электрический

`HA` — a - терминал фазы тепловой порт
тепловой

`HB` — b - терминал фазы тепловой порт
тепловой

`HC` — c - терминал фазы тепловой порт
тепловой

`HD` — d - терминал фазы тепловой порт
тепловой

`HE` — e - терминал фазы тепловой порт
тепловой

`HR` — Ротор тепловой порт
тепловой

`Number of stator phases` — Четыре - или пятифазовый SRM
`Four-phase` (значение по умолчанию) | `Five-phase`

`Number of rotor poles` — Полюс ротора
8 (значение по умолчанию) | положительное целое число

`Stator resistance per phase` — Сопротивление
3 `Ohm` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Stator parameterization` — Метод параметризации
`Specify saturated flux linkage` (значение по умолчанию) | `Specify flux characteristic`

`Saturated flux linkage` — Потокосцепление
0.43 `Wb` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Aligned inductance` — Индуктивность
0.0046 `H` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Unaligned inductance` — Индуктивность
`6.7e-4` `H` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Current vector, i` — Текущий
[0, 50, 100] `A` (значение по умолчанию) | положительный вектор

`Angle vector, theta` \angle
[0, 22.5, 45] `deg` (значение по умолчанию) | положительный вектор

`Flux linkage matrix, Phi(i,theta)` — Поток
[0, 0, 0; .37, .06, .37; .43, .1, .43] `Wb` (значение по умолчанию) | скаляр

`Rotor inertia` — Инерция
0.01 `kg*m^2` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Rotor Damping` — Затухание
0 `N*m/(rad/s)` (значение по умолчанию) | скаляр

`Measurement temperature` — Расчетная температура
298.15 `k` (значение по умолчанию) | действительный скаляр

`Resistance temperature coefficient` — Температурный коэффициент
`3.93e-3` `1/K` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Thermal mass for each stator winding` — Обмотка количества тепла
100 `J/K` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Rotor thermal mass` — Количество тепла ротора
200 `J/K` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

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