Следующая информация описывает, как создать модель электропривода использование Simulink® и Simscape™ Electrical™ Специализированные блоки Энергосистем. Вы создадите электропривод "ориентированное управление поля", очень похожий на модель AC3. Следующий рисунок показывает блок-схему диска.
Ориентированный на поле диск асинхронного двигателя переменной частоты
Асинхронный двигатель питается управляемым текущим образом инвертором PWM, который действует в качестве трехфазного синусоидального текущего источника. Частота вращения двигателя ω сравнивается со ссылкой ω*, и ошибка обрабатывается контроллером скорости, чтобы произвести команду крутящего момента Te*.
Как показано ниже, потоком ротора и крутящим моментом может отдельно управлять прямая ось статора текущие идентификаторы и квадратурная ось текущие IQ, соответственно.
Ориентированный на поле принцип управления
Квадратурная ось статора текущие ссылочные IQ* вычисляется из ссылки крутящего момента Те* как
где Lr является индуктивностью ротора, Lm является взаимной индуктивностью, и | ψr|est является предполагаемым потокосцеплением ротора, данным
где τr = Lr / RR является постоянной времени ротора.
Прямая ось статора текущие ссылочные идентификаторы* получена из входа ссылки потока ротора | ψr |*.
Положение потока ротора Θe требуемый для преобразования координат сгенерировано от скорости ротора ωm и частота скольжения ωsl.
Частота скольжения вычисляется из ссылки статора текущие IQ* и параметры двигателя.
IQ* и идентификаторы* текущие ссылки преобразованы в фазу текущий ia ссылок*, ib*, ic* для текущих регуляторов. Регуляторы обрабатывают измеренные и ссылочные токи, чтобы произвести сигналы пропускания инвертора.
Роль контроллера скорости должна сохранить частоту вращения двигателя равной входу ссылки скорости в устойчивом состоянии и обеспечить пользу, динамическую во время переходных процессов. Контроллер может быть пропорциональным целочисленным типом.
Откройте power_acdrive модель и сохраняет его как case3 в вашей рабочей директории так, чтобы можно было сделать дальнейшие модификации, не изменяя исходный файл.
Следующий рисунок показывает power_acdrive модель, в которых блоках из Simscape Electrical Специализированные Энергосистемы и Библиотеки Simulink используются, чтобы смоделировать диск асинхронного двигателя.
Векторное управление диска электродвигателя переменного тока (power_acdrive)
Асинхронный двигатель моделируется блоком Asynchronous Machine. Двигатель, используемый в этом тематическом исследовании, составляет 50 л. с., 460 В, четырехполюсный, двигатель на 60 Гц, имеющий следующие параметры:
RS | 0.087 |
Lls |
|
Lm |
|
RR | 0.228 |
Llr |
|
Задающая скорость и крутящий момент нагрузки применились к валу двигателя, может быть оба выбран блоком Manual Switch для того, чтобы использовать или постоянное значение или ступенчатую функцию. Первоначально задающая скорость установлена в постоянное значение 120 рад/с, и крутящий момент нагрузки также обеспечен постоянный в 0 N.m
Ориентированное на поле управление моделируется блоком Vector Control, как показано в Векторном Управлении Диска электродвигателя переменного тока (power_acdrive). Этот блок состоит из блоков Simulink, показанных в следующем рисунке.
Блок Vector Control
Инвертор IGBT моделируется блоком Universal Bridge, в котором Power Electronic device и опции Port configuration выбраны как IGBT/Diode и ABC как выходные терминалы соответственно. Входное напряжение ссылки DC представлено 780-вольтовым источником напряжения постоянного тока.
Текущий регулятор состоит из трех гистерезисных контроллеров и создается с блоками Simulink. Моторные токи обеспечиваются измерением выход блока Asynchronous Machine.
Преобразования между abc и dq системами координат выполняются блоками dq0_to_abc Transformation и abc_to_dq0 Transformation
abc_dq
dq_abc
Поток ротора вычисляется блоком Flux_Calculation.
Положение потока ротора (Θe) вычисляется Teta Calculation в Векторном Блоке управления. Частота вращения двигателя обеспечивается измерением выход блока Asynchronous Machine.
Квадратурная ось статора текущая ссылка (IQ*) вычисляется блоком iqs*_Calculation.
Прямая ось статора текущая ссылка (идентификаторы*) вычисляется блоком id*_Calculation.
Контроллер скорости имеет пропорциональный целочисленный тип и реализован с помощью блоков Simulink.
Для того, чтобы увеличить скорость симуляции, эта модель дискретизируется с помощью шага расчета 2 мкс. Переменная Ts = 2e-6 автоматически загрузки в вашу рабочую область, когда вы открываете эту модель. Этот шаг расчета Ts используется оба для силовой цепи (Ts заданный в Powergui) и система управления.
Запустите симуляцию.
Моторное напряжение и формы тока, а также частота вращения двигателя и крутящий момент отображены на четырех осях осциллографа, соединенного с переменными Vab, Iabc, ωm, и Те.
Можно запустить диск путем определения [1,0,0,0,0,0,0,0] как начальные условия для блока Asynchronous Machine (начальная буква уменьшаются = 1 и никакие токи, текущие в этих трех фазах). Ссылка скорости составляет 120 рад/с.
Частоту вращения двигателя, электромеханический крутящий момент и токи, наблюдаемые во время запуска диска асинхронного двигателя, показывают в Запуске Диска Асинхронного двигателя.
Обратите внимание на то, что можно сохранить итоговый системный вектор состояния и использовать его в качестве начального состояния в последующей симуляции так, чтобы симуляция могла запуститься при установившихся условиях.
Запуск диска асинхронного двигателя
Когда устойчивое состояние достигнуто, можно остановить симуляцию и изменение масштаба на сигналах осциллографа.
Этот рисунок показывает моторное напряжение, текущее, и формы волны крутящего момента, полученные, когда двигатель не запускается ни при какой загрузке (крутящий момент = 0 N.m) со скоростью 120 рад/с.
Полоса на 20 А, наложенная гистерезисным текущим регулятором, ясно замечена на трех моторных токах.
Установившийся моторный ток, напряжение и формы волны крутящего момента
Можно изучить динамические характеристики диска (эффективность регулирования скорости по сравнению с изменениями ссылочного и крутящего момента нагрузки) путем применения двух изменяющихся условий работы к диску: ступенчатое изменение в ссылке скорости и ступенчатое изменение в крутящем моменте нагрузки.
Используйте переключатель выбора Задающей скорости, и выбор Крутящего момента переключаются, чтобы установить шаги ссылки скорости от 120 рад/с до 160 рад/с в t = 0,2 с и шаги крутящего момента нагрузки от 0 N.m до 200 N.m в t = 1,8 с. Вектор конечного состояния, полученный с предыдущей симуляцией, может использоваться в качестве начального условия так, чтобы симуляция начала с устойчивого состояния. Загрузите power_acdrive_init.mat файл, который создает xInitial переменная. Во вкладке Simulation нажмите Model Settings. Выберите Data Import/Export. Выберите Initial state и затем нажмите OK. Перезапустите симуляцию.
Ответ диска асинхронного двигателя к последовательным изменениям в ссылке скорости и крутящем моменте нагрузки показывают здесь.
Динамические характеристики диска асинхронного двигателя
[1] Леонхард, W., управление электрических дисков, Springer-Verlag, Берлина, 1996.
[2] Мерфи, J. Доктор медицины и Тернбулл, F. G. электронное управление степени электродвигателей переменного тока, Pergamon Press, Оксфорд, 1985.
[3] Bose, B. K. силовая электроника и диски AC, Prentice Hall, Englewood Cliffs, Нью-Джерси, 1986.
