Ориентированное на поле управление внутреннего постоянного магнита синхронный двигатель

Открытая модель

Этот пример показывает работу широкой скорости диска внутреннего постоянного магнита синхронного двигателя (IPMSM). Диск использует ориентированную на поле систему управления с максимальным крутящим моментом на ампер (MTPA) и ослабляющими поле стратегиями управления.

Описание

IPMSMs являются AC синхронные двигатели с постоянными магнитами, встроенными в их стальные роторы. По сравнению со смонтированными поверхностью двигателями PMSM двигатели IPMSM более устойчивы и могут управляться на намного более высокой скорости. Кроме того, автосалоны IPMSM относительно высокий магнитный выступ, который позволяет двигателю извлекать выгоду и из магнитного и из компонентов крутящего момента нежелания.

Двигателями IPMSM обычно управляют с помощью ориентированный на поле на схему управления и питают синусоидальными токами. Пример также использует ослабление потока и схемы управления MTPA.

Электрическая модель

Шина DC, смоделированная как идеальный источник постоянного тока 550 В, соединяется с трехфазным, двухуровневым конвертером. Этот конвертер генерирует соответствующие трехфазные напряжения (амплитуда и частота) для регулирования скорости двигателя IPMSM на 50 кВт.

Конвертером управляет контроллер ориентированного на поле управления (FOC), который генерирует ссылки напряжения на векторный пробелом модулятор PWM.

Ориентированное на поле управление с ослаблением поля и MTPA

FOC является схемой управления, в которой d-q координирует систему координат, которая заблокирована к моторному вектору пробела потока, используется, чтобы достигнуть разъединения между моторным потоком и крутящим моментом. Следовательно, ими могут отдельно управлять прямая ось статора и токи квадратурной оси, соответственно.

Крутящий момент в максимуме, когда поток, произведенный магнитами, перпендикулярен потоку статора, произведенному токами статора. В ориентированной на поле схеме управления угол между этими двумя потоками обеспечен на уровне 90 °, чтобы произвести максимальный крутящий момент.

Крутящим моментом, разработанным двигателем, дают:

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

где

  • $p$ количество пар полюса.

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

  • $L_{d}$ и$L_{q}$ d-ось и q-составляющие-индукции.

  • $i_{d}$ и$i_{q}$ d-ось и токи статора q-оси.

Уравнение описывается в системе координат ротора (система координат dq), и все количества в системе координат ротора отнесены в статор.

Чтобы управлять двигателем IPMSM на скорости выше, чем ее номинальная скорость, получившийся коэффициент противо-ЭДС должен уменьшаться для того, чтобы не превысить максимальное выходное напряжение инвертора. Это сокращение выполняется, устанавливая статор d-оси, текущий на отрицательную величину уменьшать потокосцепление ротора. Эта стратегия управления называется ослабляющим поле управлением.

Автосалоны IPMSM относительно высокий магнитный выступ, который позволяет двигателю извлекать выгоду и из магнитного и из компонентов крутящего момента нежелания. Максимальный Крутящий момент На Ампер алгоритм MTPA вычисляет d-ось и q-ось текущие значения компонентов, чтобы произвести желаемый крутящий момент при минимизации текущей величины. Кроме того, MTPA гарантирует, что инвертор выход не насыщает.

Ориентированная на поле система управления

Основные компоненты системы FOC:

  1. Регулятор скорости — регулятор сравнивает фактическую частоту вращения двигателя со ссылкой скорости. Если двигатель должен быть ускорен, регулятор увеличивает ссылочную величину крутящего момента (Tref) для того, чтобы создать больше крутящего момента. Наоборот, если частота вращения двигателя выше, чем ссылка, регулятор уменьшает Tref. Это ссылочное значение крутящего момента затем питается блок Torque Limiter, чтобы уменьшать ссылочный крутящий момент в зависимости от фактической скорости и характеристик скорости крутящего момента двигателя.

  2. Текущее измерение d-q преобразование — На основе положения ротора (представленный theta сигнала в модели электродвигателя), измеренные трехфазные токи статора преобразованы в их координаты d-q в системе координат ротора.

  3. Текущее ссылочное вычисление — На основе ссылочного крутящего момента$T_{ref}$, фактической частоты вращения двигателя, предполагаемых параметров двигателя и доступного напряжения питания, эта подсистема определяет оптимизированные ссылочные токи$Id_{ref}$ и Iqref с помощью MTPA и ослабляющих поле алгоритмов.

  4. Текущие Регуляторы —$Id_{ref}$ и$Iq_{ref}$ ссылочные токи питаются текущие регуляторы. Регуляторы обрабатывают измеренные и ссылочные токи, чтобы произвести ссылочные напряжения$V_{ref}$. Движущие силы регуляторов извлекают выгоду из вычисления прямого распространения токов IPMSM на основе параметров двигателя.

Трехфазные опорные сигналы соединяются с модулятором PWM, который генерирует импульсы для моторного инвертора. Модулятор использует вектор пробела метод PWM с усреднением импульса и переключающейся частотой 8 кГц.

Симуляция

Задайте тестовый номер в блоке Test Number и запустите симуляцию. Для теста 3, задайте время остановки 10 с. Можно наблюдать результаты симуляции и в Осциллографе 1 и в Осциллографе 2.

Протестируйте 1: Этот тест показывает работу двигателя и генератора в нормальной скорости (1 200 об/мин) и режиме превышения скорости (2 400 об/мин).

В 0,4 с крутящий момент нагрузки 350 N.m. применяется к двигателю. В 0,7 с, пандусы частоты вращения двигателя к 2 400 об/мин и крутящий момент нагрузки уменьшает до 150 N.m. Регулятор скорости выполняет хорошо для обеих настроек скорости.

В 1,0 с крутящий момент нагрузки инвертирует от + 150 к-150 N.m так, чтобы машина теперь действовала в качестве генератора.

Протестируйте 2: Этот тест показывает удар управления MTPA на моторных токах. В 0,4 с крутящий момент нагрузки 350 N.m. применяется к двигателю. В 0,8 с управление MTPA выключает (Idref = 0). Без алгоритма MTPA величина моторных токов увеличивается при создании того же значения крутящего момента. Это приводит к большему количеству потерь статора. Протестируйте 3: Этот тест показывает работу широкой скорости двигателя IPMSM от 0 об/мин до 6 000 об/мин. Частота вращения двигателя сползает к 6 000 об/мин, в то время как ссылка крутящего момента ограничивается для того, чтобы не превысить моторные оценки и избегать насыщения инвертора выход.

Симуляция в реальном времени

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

  1. Откройте окно Configuration Parameters (или нажмите Ctrl+E), нажмите Code Generation и установите Системный конечный файл на slrealtime.tlc .

  2. Соединитесь с целью и, во вкладке Real-Time, нажмите Run on Target.

Ваша модель будет затем автоматически создана, развернута и выполнена на цели. В зависимости от вашей целевой полосы пропускания потоковой передачи вам, вероятно, придется сократить количество сигналов, переданных в режиме реального времени от цели до хоста - компьютера.

Ссылки

  1. Tremblay, Оливье. Отчет разработки: оценка Параметров и векторное управление внутреннего постоянного магнита синхронная машина, декабрь 2010 ETS.

  2. Jaszczolt, Кристофер. “Понимание электродвигателей с постоянным магнитом”. Разработка управления. Январь 2017. https://www.controleng.com/articles/understanding-permanent-magnet-motors.

  3. Cirrincione, M., М. Пуччи, Г. Витале. Конвертеры степени и AC электрические диски с линейными нейронными сетями. Нажатие CRC, 2012.

Документация Simscape Electrical

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте