Interior PMSM

Трехфазный синхронный двигатель со встроенными постоянными магнитами с синусоидальной противоэлектродвижущей силой

Библиотека:
Powertrain Blockset / Движение / Электродвигатели и Инверторы
Motor Control Blockset / Электрические системы / Двигатели

Описание

Блок Interior PMSM реализует трехфазный внутренний постоянный магнит синхронный двигатель (PMSM) с синусоидальной противоэлектродвижущей силой. Блок использует трехфазные входные напряжения, чтобы отрегулировать отдельные токи фазы, позволяя управление крутящего момента двигателя или скорости.

По умолчанию блок устанавливает параметр Simulation type на Continuous использовать время непрерывной выборки в процессе моделирования. Если вы хотите сгенерировать код для двойных и одинарных точностей фиксированного шага, рассматривая установку параметра на Discrete. Затем задайте параметр Sample Time, Ts.

На вкладке Parameters, если вы выбираете Back-emf, блок реализует это уравнение, чтобы вычислить постоянное постоянное потокосцепление.

$λ_{p m} = \frac{1}{\sqrt{3}} \cdot \frac{K_{e}}{1000 P} \cdot \frac{60}{2 π}$

Моторная конструкция

Этот рисунок показывает моторную конструкцию с однополюсной парой на двигателе.

Моторное магнитное поле из-за постоянных магнитов создает синусоидальную скорость изменения потока с моторным углом.

Для соглашения осей a - выравниваются фаза и потоки постоянного магнита, когда моторный угол _θr является нулем.

Трехфазная синусоидальная электрическая система модели

Блок реализует эти уравнения, описанные в моторной системе координат потока (dq система координат). Все количества в моторной системе координат отнесены в статор.

$\begin{array}{l} ω_{e} = P ω_{m} \\ \frac{d}{d t} i_{d} = \frac{1}{L_{d}} v_{d} - \frac{R}{L_{d}} i_{d} + \frac{L_{q}}{L_{d}} P ω_{m} i_{q} \end{array}$

$\frac{d}{d t} i_{q} = \frac{1}{L_{q}} v_{q} - \frac{R}{L_{q}} i_{q} - \frac{L_{d}}{L_{q}} P ω_{m} i_{d} - \frac{λ_{p m} P ω_{m}}{L_{q}}$

$T_{e} = 1.5 P [λ_{p m} i_{q} + (L_{d} - L_{q}) i_{d} i_{q}]$

_Lq и индуктивность _Ld представляют отношение между индуктивностью фазы и моторным положением из-за выступа двигателя.

Уравнения используют эти переменные.

_Lq, _Ld	q-и d-составляющие-индукции (H)
R	Сопротивление обмоток статора (Ом)
_iq, _id	q-и токи d-оси (A)
_vq, _vd	q-и напряжения d-оси (V)
_ωm	Угловая механическая скорость двигателя (rad/s)
_ωe	Угловая электрическая скорость двигателя (rad/s)
_λpm	Постоянное потокосцепление, постоянное (Wb)
_Ke	Противоэлектродвижущая сила (EMF) (Vpk_LL/krpm, где Vpk_LL является пиковым измерением от линии к линии напряжения),
P	Количество пар полюсов
_Te	Электромагнитный крутящий момент (Nm)
_Θe	Электрический угол (рад)

Механическая система

Моторной скоростью вращения дают:

$\begin{matrix} \frac{d}{d t} ω_{m} = \frac{1}{J} (T_{e} - T_{f} - F ω_{m} - T_{m}) \\ \frac{d θ_{m}}{d t} = ω_{m} \end{matrix}$

Уравнения используют эти переменные.

J	Объединенная инерция двигателя и загрузки (kgm^2)
F	Объединенное вязкое трение двигателя и загрузка (N · m / (rad/s))
_θm	Моторное механическое угловое положение (рад)
_Tm	Крутящий момент вала двигателя (Nm)
_Te	Электромагнитный крутящий момент (Nm)
_Tf	Вал двигателя статический момент трения (Nm)
_ωm	Угловая механическая скорость двигателя (rad/s)

Учет степени

Для учета степени блок реализует эти уравнения.

Сигнал шины			Описание	Переменная	Уравнения
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd` — Степень передается между блоками Положительные сигналы указывают на поток в блок Отрицательные сигналы указывают, вытекают из блока	`PwrMtr`	Механическая энергия	_Pmot	$P_{m o t} = - ω_{m} T_{e}$
		`PwrBus`	Электроэнергия	_Pbus	$P_{b u s} = v_{a n} i_{a} + v_{b n} i_{b} + v_{c n} i_{c}$
	`PwrNotTrnsfrd` — Степень, пересекающая контур блока, но не переданный Положительные сигналы указывают на вход Отрицательные сигналы указывают на потерю	`PwrElecLoss`	Резистивные потери мощности	_Pelec	$P_{e l e c} = - \frac{3}{2} (R_{s} i_{s d}^{2} + R_{s} i_{s q}^{2})$
		`PwrMechLoss`	Потеря механической энергии	_Pmech	Когда Port Configuration установлен в `Torque`: $P_{m e c h} = - (ω_{m}^{2} F + \| ω_{m} \| T_{f})$ Когда Port Configuration установлен в `Speed`: $P_{m e c h} = 0$
	`PwrStored` — Сохраненный тариф на энергоносители изменения Положительные сигналы указывают на увеличение Отрицательные сигналы указывают на уменьшение	`PwrMtrStored`	Сохраненная моторная степень	_Pstr	$P_{s t r} = P_{b u s} + P_{m o t} + P_{e l e c} + P_{m e c h}$

Уравнения используют эти переменные.

R _s	Сопротивление статора (Ом)
_ia, _ib, _ic	Фаза a Stator, b, и c ток (A)
_isq, _isd	Статор q-и токи d-оси (A)
_van, _vbn, _vcn	Фаза a Stator, b, и c напряжение (V)
_ωm	Угловая механическая скорость ротора (rad/s)
F	Объединенный двигатель и загружает вязкое затухание (N · m / (rad/s))
_Te	Электромагнитный крутящий момент (Nm)
_Tf	Объединенный двигатель и момент трения загрузки (Nm)

Амплитудный инвариант dq преобразование

Блок использует эти уравнения, чтобы реализовать амплитудное инвариантное преобразование dq, чтобы гарантировать, что dq и три амплитуды фазы равны.

$[\begin{matrix} v_{s d} \\ v_{s q} \end{matrix}] = \frac{2}{3} [\begin{matrix} потому что (Θ_{d a}) & потому что (Θ_{d a} - \frac{2 π}{3}) & потому что (Θ_{d a} + \frac{2 π}{3}) \\ - sin (Θ_{d a}) & - sin (Θ_{d a} - \frac{2 π}{3}) & - sin (Θ_{d a} + \frac{2 π}{3}) \end{matrix}] [\begin{matrix} v_{a} \\ v_{b} \\ v_{c} \end{matrix}]$

$[\begin{matrix} i_{a} \\ i_{b} \\ i_{c} \end{matrix}] = [\begin{matrix} потому что (Θ_{d a}) & - sin (Θ_{d a}) \\ \begin{matrix} потому что (Θ_{d a} - \frac{2 π}{3}) \\ потому что (Θ_{d a} + \frac{2 π}{3}) \end{matrix} & \begin{matrix} - sin (Θ_{d a} - \frac{2 π}{3}) \\ - sin (Θ_{d a} + \frac{2 π}{3}) \end{matrix} \end{matrix}] [\begin{matrix} i_{s d} \\ i_{s q} \end{matrix}]$

Уравнения используют эти переменные.

_Θda	Статор dq электрический угол относительно ротора a - ось (рад)
_vsq, _vsd	Статор q - и d - напряжения оси (V)
_isq, _isd	Статор q - и d - токи оси (A)
_va, _vb, _vc	Фазы a напряжения статора, b, c (V)
_ia, _ib, _ic	Текущие фазы a статора, b, c (A)

Порты

Входной параметр

развернуть все

`LdTrq` — Крутящий момент нагрузки на двигателе
`scalar`

Крутящий момент нагрузки на вале двигателя, _Tm, в N · m.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Torque для параметра Port Configuration.

`Spd` — Скорость вала двигателя
`scalar`

Скорость вращения двигателя, _ωm, в rad/s.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Speed для параметра Port Configuration.

`PhaseVolt` — Напряжения терминала статора
1 - `3` массив

Напряжения терминала статора, _Va, _Vb и _Vc, в V.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Speed или Torque для параметра Port Configuration.

Вывод

развернуть все

`Info` — Сигнал шины
шина

Сигнал шины содержит эти вычисления блока.

Сигнал			Описание	Переменная	Модули
`IaStator`			Фаза Stator текущий A	_ia	A
`IbStator`			Фаза Stator текущий B	_ib	A
`IcStator`			Фаза Stator текущий C	_ic	A
`IdSync`			Прямая текущая ось	_id	A
`IqSync`			Квадратурная текущая ось	_iq	A
`VdSync`			Прямое напряжение оси	_vd	V
`VqSync`			Квадратурное напряжение оси	_vq	V
`MtrSpd`			Угловая механическая скорость двигателя	_ωm	рад/с
`MtrPos`			Моторное механическое угловое положение	_θm	рад
`MtrTrq`			Электромагнитный крутящий момент	_Te	N·
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd`	`PwrMtr`	Механическая энергия	_Pmot	W
	`PwrTrnsfrd`	`PwrBus`	Электроэнергия	_Pbus	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrElecLoss`	Резистивные потери мощности	_Pelec	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrMechLoss`	Потеря механической энергии	_Pmech	W
	`PwrStored`	`PwrMtrStored`	Сохраненная моторная степень	_Pstr	W

`PhaseCurr` — Фаза a, b, c текущий
1 - `3` массив

Фаза a, b, c текущий, _ia, _ib и _ic, в A.

`MtrTrq` — Крутящий момент двигателя
`scalar`

Крутящий момент двигателя, _Tmtr, в N · m.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Speed для параметра Mechanical input configuration.

`MtrSpd` — Частота вращения двигателя
`scalar`

Угловая скорость двигателя, _ωmtr, в rad/s.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Torque для параметра Mechanical input configuration.

Параметры

развернуть все

Блокируйте опции

`Mechanical input configuration` — Выберите конфигурацию порта
`Torque` (значение по умолчанию) | `Speed`

Эта таблица суммирует конфигурации порта.

Конфигурация порта	Создает Input port	Создает выходной порт
`Torque`	`LdTrq`	`MtrSpd`
`Speed`	`Spd`	`MtrTrq`

`Simulation type` — Выберите тип симуляции
`Continuous` (значение по умолчанию) | `Discrete`

По умолчанию блок использует время непрерывной выборки в процессе моделирования. Если вы хотите сгенерировать код для целей с одинарной точностью, рассматривая установку параметра на Discrete.

Зависимости

Установка Simulation type к Discrete создает параметр Sample Time, Ts.

`Sample Time (Ts)` — Шаг расчета для дискретного интегрирования
`scalar`

Шаг расчета интегрирования для дискретной симуляции, в s.

Зависимости

Установка Simulation type к Discrete создает параметр Sample Time, Ts.

Загрузите параметры

`File` — Путь к параметру двигателя ".m" или ".mat" файлу
`scalar`

Введите путь к параметру двигателя ".m" или ".mat" файлу что вы сохраненное использование инструмента оценки параметра Motor Control Blockset™. Можно также нажать кнопку Browse, чтобы переместиться и выбрать ".m" или ".mat" файл, и обновить параметр File с именем файла и путем. Для получения дополнительной информации связанный с процессом оценки параметра двигателя, смотрите Оценку Параметры PMSM Используя Рекомендуемое Оборудование.

Load from file - Нажмите эту кнопку, чтобы считать предполагаемые параметры двигателя из ".m" или ".mat" файла (обозначенный параметром File) и загрузить их с моторным блоком.
Save to file - Нажмите эту кнопку, чтобы считать параметры двигателя из моторного блока и сохранить их в ".m" или ".mat" файл (с именем файла и местоположением, которое вы задаете в параметре File).

Примечание

Прежде чем вы нажмете кнопку Save to file, гарантируете, что имя конечного файла в параметре File имеет или ".m" или ".mat" расширение. Если вы используете какое-либо другое расширение файла, блок отображает сообщение об ошибке.

Параметры

`Number of pole pairs (P)` — Пары полюса
`scalar`

Моторные пары полюса, P.

`Stator phase resistance per phase (Rs)` — Сопротивление
`scalar`

Сопротивление фазы Stator на фазу, _Rs, в Оме.

`Stator d-axis and q-axis inductance (Ldq)` — Индуктивность
`vector`

D-ось статора и q-составляющая-индукции, _Ld, _Lq, в H.

`Permanent flux linkage constant (lambda_pm)` — Поток
`scalar`

Постоянное постоянное потокосцепление, _λpm, в Wb.

`Back-emf constant (Ke)` — Противоэлектродвижущая сила
`scalar`

Противоэлектродвижущая сила, EMF, _Ke, в Vpk_LL/krpm. Vpk_LL является пиковым измерением от линии к линии напряжения.

Чтобы вычислить постоянное постоянное потокосцепление, блок реализует это уравнение.

$λ_{p m} = \frac{1}{\sqrt{3}} \cdot \frac{K_{e}}{1000 P} \cdot \frac{60}{2 π}$

`Physical inertia, viscous damping, and static friction (mechanical)` — Инерция, затухание, трение
`vector`

Механические свойства двигателя:

Инерция, J, в kg.m^2
Вязкое затухание, F, в N · m / (rad/s)
Статическое трение, _Tf, в N · m

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите Torque параметр конфигурации.

Начальные значения

`Initial d-axis and q-axis current (idq0)` — Текущий
`vector`

Начальная буква q-и токи d-оси, _{iq, id}, в A.

`Initial mechanical position (theta_init)` \angle
`scalar`

Начальное моторное угловое положение, _θm0, в рад.

`Initial mechanical speed (omega_init)` — Скорость
`scalar`

Начальная скорость вращения двигателя, _ωm0, в rad/s.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите Torque параметр конфигурации.

Ссылки

[1] Kundur, P. Устойчивость энергосистемы и управление. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Макгроу Хилл, 1993.

[2] Андерсон, пополудни анализ неработающих энергосистем. Хобокен, NJ: нажатие Wiley-IEEE, 1995.

Расширенные возможности

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

Введенный в R2017a

Документация

Interior PMSM

Описание

Моторная конструкция

Трехфазная синусоидальная электрическая система модели

Механическая система

Учет степени

Амплитудный инвариант dq преобразование

Порты

Входной параметр

LdTrq — Крутящий момент нагрузки на двигателе scalar

Зависимости

Spd — Скорость вала двигателя scalar

Зависимости

PhaseVolt — Напряжения терминала статора1 - 3 массив

Зависимости

Вывод

Info — Сигнал шины шина

PhaseCurr — Фаза a, b, c текущий1 - 3 массив

MtrTrq — Крутящий момент двигателя scalar

Зависимости

MtrSpd — Частота вращения двигателя scalar

Зависимости

Параметры

Mechanical input configuration — Выберите конфигурацию порта Torque (значение по умолчанию) | Speed

Simulation type — Выберите тип симуляции Continuous (значение по умолчанию) | Discrete

Зависимости

Sample Time (Ts) — Шаг расчета для дискретного интегрирования scalar

Зависимости

File — Путь к параметру двигателя ".m" или ".mat" файлу scalar

Number of pole pairs (P) — Пары полюса scalar

Stator phase resistance per phase (Rs) — Сопротивление scalar

Stator d-axis and q-axis inductance (Ldq) — Индуктивность vector

Permanent flux linkage constant (lambda_pm) — Поток scalar

Back-emf constant (Ke) — Противоэлектродвижущая сила scalar

Physical inertia, viscous damping, and static friction (mechanical) — Инерция, затухание, трение vector

Зависимости

Initial d-axis and q-axis current (idq0) — Текущий vector

Initial mechanical position (theta_init) \angle scalar

Initial mechanical speed (omega_init) — Скорость scalar

Зависимости

Ссылки

Расширенные возможности

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

Документация Motor Control Blockset

Поддержка

`LdTrq` — Крутящий момент нагрузки на двигателе
`scalar`

`Spd` — Скорость вала двигателя
`scalar`

`PhaseVolt` — Напряжения терминала статора
1 - `3` массив

`Info` — Сигнал шины
шина

`PhaseCurr` — Фаза a, b, c текущий
1 - `3` массив

`MtrTrq` — Крутящий момент двигателя
`scalar`

`MtrSpd` — Частота вращения двигателя
`scalar`

`Mechanical input configuration` — Выберите конфигурацию порта
`Torque` (значение по умолчанию) | `Speed`

`Simulation type` — Выберите тип симуляции
`Continuous` (значение по умолчанию) | `Discrete`

`Sample Time (Ts)` — Шаг расчета для дискретного интегрирования
`scalar`

`File` — Путь к параметру двигателя ".m" или ".mat" файлу
`scalar`

`Number of pole pairs (P)` — Пары полюса
`scalar`

`Stator phase resistance per phase (Rs)` — Сопротивление
`scalar`

`Stator d-axis and q-axis inductance (Ldq)` — Индуктивность
`vector`

`Permanent flux linkage constant (lambda_pm)` — Поток
`scalar`

`Back-emf constant (Ke)` — Противоэлектродвижущая сила
`scalar`

`Physical inertia, viscous damping, and static friction (mechanical)` — Инерция, затухание, трение
`vector`

`Initial d-axis and q-axis current (idq0)` — Текущий
`vector`

`Initial mechanical position (theta_init)` \angle
`scalar`

`Initial mechanical speed (omega_init)` — Скорость
`scalar`

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