Switched Reluctance Machine

Трехфазный вентильный реактивный двигатель

Библиотека:
Simscape / Электрический / Электромеханический / Reluctance & Stepper

Описание

Блок Switched Reluctance Machine представляет трехфазную коммутируемую машину нежелания (SRM). Статор имеет три пары полюса, неся эти три обмотки для электродвигателя, и ротор имеет несколько немагнитных полюсов. Двигатель производит крутящий момент путем подачи питания на пару полюса статора, стимулирования силы на самых близких полюсах ротора и получения по запросу их к выравниванию. Схема показывает моторную конструкцию.

Выберите эту машину в своем приложении, чтобы использовать в своих интересах эти свойства:

Низкая стоимость
Относительно безопасные провальные токи
Робастность к операции высокой температуры
Высокое отношение крутящего момента к инерции

Используйте этот блок, чтобы смоделировать SRM использование легко измеримых или допускающих оценку параметров. Чтобы смоделировать SRM, использующий данные FEM, смотрите Коммутируемый Двигатель Нежелания, Параметрированный с Данными FEM.

Уравнения

Коммутируемый блок машины нежелания

Угол диапазона ротора для трехфазной машины

$θ_{s t} = \frac{2 π}{3 N_{r}},$

где:

_θst является топить углом.
_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 потокосцеплении к углу, λ (_θph) кривая. 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 для трехфазного SRM:

$T = \sum_{j = 1}^{3} T_{p h} (j) .$

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,

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

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

Коммутируемый моторный блок нежелания

Кривая потокосцепления аппроксимирована на основе параметрических и геометрических данных:

$λ_{p h} (i_{p h}, θ_{p h}) = λ_{s a t} (1 - e^{- L_{0} (θ) i_{p h} / λ_{s a t}}),$

где _L0 является ненасыщенной индуктивностью.

Эффекты насыщения являются более видными, когда продукт текущей и ненасыщенной индуктивности приближается к влажному значению потокосцепления. Задайте это значение с помощью параметра Saturated flux linkage.

Дифференциация уравнения потока затем дает извилистую индуктивность:

$L (θ_{p h}) = L_{0} (θ_{p h}) e^{(- L_{0} (θ_{p h}) i_{p h} / λ_{s a t})}$

Ненасыщенная индуктивность варьируется между минимальным и максимальным значением. Минимальное значение происходит, когда полюс ротора непосредственно между двумя полюсами статора. Максимум происходит, когда полюс ротора выравнивается с полюсом статора. Промежуточный эти две точки, блок аппроксимирует ненасыщенную индуктивность линейно в зависимости от угла ротора. Этот рисунок показывает ненасыщенную индуктивность, когда полюс ротора передает по полюсу статора.

На рисунке:

_θR соответствует углу, за которым подухаживает полюс ротора. Установите его с помощью параметра Angle subtended by each rotor pole.
_θS соответствует углу, за которым подухаживает полюс статора. Установите его с помощью параметра Angle subtended by each stator pole.
_θC соответствует углу, за которым подухаживает этот полный цикл, определенный 2π/2n, где n является количеством пар полюса статора.

Тепловые порты

Блок обеспечивает четыре дополнительных тепловых порта. Чтобы осушить тепловые порты, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели. Из контекстного меню выберите Simscape> Block choices, и затем выберите Show Thermal Port.

Используйте тепловые порты, чтобы симулировать эффекты медного сопротивления и потерь в железе, 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.

Численное сглаживание

На практике магнитные краевые эффекты препятствуют тому, чтобы индуктивность приняла трапециевидную форму, когда полюс ротора передает по полюсу статора. Чтобы смоделировать эти эффекты и избежать разрывов градиента, которые препятствуют сходимости решателя, блок сглаживает градиент _∂L0/∂θ в точках перегиба. Чтобы изменить угол, по которому применяется это сглаживание, используйте параметр Angle over which flux gradient changes are smoothed.

Предположения

Блок принимает, что нулевой угол ротора соответствует полюсу ротора, который выравнивается отлично с a - фаза.

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

— Положительный трехфазный составной терминал
электрический

Электрический сохраняющий трехфазный порт сопоставлен с положительными терминалами обмоток статора.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Electrical connection на Composite three-phase ports.

— Отрицательный трехфазный составной терминал
электрический

Электрический сохраняющий трехфазный порт сопоставлен с отрицательными терминалами обмоток статора.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Electrical connection на Composite three-phase ports.

`a1` — Положительный a - терминал фазы
электрический

Электрический порт сохранения, сопоставленный с положительным терминалом статора, проветривающего a.