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刷

三绕组梯形磁链分布无刷直流电动机

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描述

的刷布洛克模型永磁同步电机与三相绕线定子。该块有四个选项来定义永磁通量分布作为转子角度的函数。通过假设反电动势为完美梯形，有两个选项允许简单的参数化。为了简单的参数化，您可以指定磁链或转子诱导的反电动势。另外两个选项使用您指定的表格数据提供更准确的结果。为了获得更准确的结果，您可以指定给定转子速度的磁链偏导数或测量的反电动势常数。

该图显示了定子绕组的等效电路。

电机结构

该图显示的电机结构与转子上的单极对。

对于上图中的坐标轴约定，使用一个-相与永磁体磁通对齐时转子角度θr是零。该块支持第二个转子轴金宝app定义。对于第二种定义，转子角度是转子与转子之间的夹角一个相磁轴和转子问设在。

通量的梯形变化率

转子磁场由于永磁体创造了一个梯形的变化率与转子角度。该图显示了通量的变化率。

反电动势是通量的变化率，由

d Φ d t ＝ ∂ Φ ∂ θ d θ d t ＝ ∂ Φ ∂ θ ω ，

地点:

  • Φ是永磁磁链。

  • θ为转子角。

  • ω是机械转速。

高度h其中磁通曲线的梯形变化率是由永磁体峰值磁通推导出来的。

集成 ∂ Φ ∂ θ 在0到π/2范围内，

Φ 米 一个 x ＝ h 2 （ θ F + θ W ） ，

地点:

  • Φ马克斯是永磁磁链。

  • h是通量剖面高度的变化率。

  • θF是转子角度范围，在此范围内，永磁感应在定子中的反电动势是恒定的。

  • θW当转子以恒定速度移动时，反电动势线性增加或减少的转子角度范围。

重新排列前面的方程，

h ＝ 2 Φ 米 一个 x / （ θ F + θ W ） ．

电定义方程

定子绕组上的电压由

［ v 一个 v b v c ］ ＝ ［ R 年代 0 0 0 R 年代 0 0 0 R 年代 ］ ［ 我 一个 我 b 我 c ］ + ［ d ψ 一个 d t d ψ b d t d ψ c d t ］ ，

地点:

  • v一个，vb,vc是外部电压施加到三个电机的电气连接。

  • R年代为每个定子绕组的等效电阻。

  • 我一个，我b,我c电流是否流过定子绕组。

  • d ψ 一个 d t ， d ψ b d t ， 而且 d ψ c d t

    为每个定子绕组的磁通量变化率。

永磁体和三个绕组构成连接每个绕组的总磁通。总通量由

［ ψ 一个 ψ b ψ c ］ ＝ ［ l 一个 一个 l 一个 b l 一个 c l b 一个 l b b l b c l c 一个 l c b l c c ］ ［ 我 一个 我 b 我 c ］ + ［ ψ 一个 米 ψ b 米 ψ c 米 ］ ，

地点:

  • ψ一个，ψb,ψc是连接每个定子绕组的总磁通。

  • laa，lbb,lcc是定子绕组的自感量。

  • lab，l交流，l英航等为定子绕组的互感。

  • ψ我，ψbm,ψ厘米是连接定子绕组的永磁通量。

定子绕组中的电感是转子角度的函数，定义为

l 一个 一个 ＝ l 年代 + l 米 因为 （ 2 θ r ） ，

l b b ＝ l 年代 + l 米 因为 （ 2 （ θ r − 2 π / 3. ） ） ，

l c c ＝ l 年代 + l 米 因为 （ 2 （ θ r + 2 π / 3. ） ） ，

l 一个 b ＝ l b 一个 ＝ − 米 年代 − l 米 因为 （ 2 （ θ r + π / 6 ） ） ，

l b c ＝ l c b ＝ − 米 年代 − l 米 因为 （ 2 （ θ r + π / 6 − 2 π / 3. ） ） ，

而且

l c 一个 ＝ l 一个 c ＝ − 米 年代 − l 米 因为 （ 2 （ θ r + π / 6 + 2 π / 3. ） ） ，


地点:

  • l年代为每相定子自感-每个定子绕组的平均自感。

  • l米为定子电感波动-自感和互感随转子角度变化的波动。

  • 米年代为定子互感-定子绕组间的平均互感。

连接每个定子绕组的永磁磁通遵循图中所示的梯形轮廓。该块实现梯形轮廓使用查找表计算永磁通量值。

简化方程

定义块的电压和扭矩方程是

［ v d v 问 v 0 ］ ＝ P （ ［ v 一个 v b v c ］ − N ω ［ ∂ ψ 一个 米 ∂ θ r ∂ ψ b 米 ∂ θ r ∂ ψ c 米 ∂ θ r ］ ） ，

v d ＝ R 年代 我 d + l d d 我 d d t − N ω 我 问 l 问

v 问 ＝ R 年代 我 问 + l 问 d 我 问 d t + N ω 我 d l d ，

v 0 ＝ R 年代 我 0 + l 0 d 我 0 d t

而且

T ＝ 3. 2 N （ 我 问 我 d l d − 我 d 我 问 l 问 ） + ［ 我 一个 我 b 我 c ］ ［ ∂ ψ 一个 米 ∂ θ r ∂ ψ b 米 ∂ θ r ∂ ψ c 米 ∂ θ r ］ ，

地点:

  • vd，v问,v0是d设在,问-轴，零序电压。

  • P帕克的转型是由什么定义的

    P ＝ 2 / 3. ［ 因为 θ e 因为 （ θ e − 2 π / 3. ） 因为 （ θ e + 2 π / 3. ） − 罪 θ e − 罪 （ θ e − 2 π / 3. ） − 罪 （ θ e + 2 π / 3. ） 0．5 0．5 0．5 ］

  • N是转子永磁极对数。

  • ω是转子机械转速。

  • ∂ ψ 一个 米 ∂ θ r ， ∂ ψ b 米 ∂ θ r ， 而且 ∂ ψ c 米 ∂ θ r

    为连接各相绕组的瞬时永磁磁通的偏导数。

  • 我d，我问,我0是d设在,问-轴和零序电流，由

    ［ 我 d 我 问 我 0 ］ ＝ P ［ 我 一个 我 b 我 c ］

  • ld＝l年代+米年代+ 3/2l米．ld是定子d设在电感。

  • l问＝l年代+米年代−3/2l米．l问是定子问设在电感。

  • l0＝l年代- 2米年代．l0是定子零序电感。

  • T为转子转矩。转矩从电机壳体(阻塞物理端口C)流向电机转子(阻塞物理端口R)。

计算铁损失

铁损耗分为两项，一项表示主要磁化路径，另一项表示在磁场削弱操作期间变得活跃的交叉齿尖路径。铁损失模型，这是基于梅勒的工作[3]．

表示主磁化路径的项取决于感应均方根定子电压， V 米 r 米 年代 ：

P O C （ V 米 r 米 年代 ） ＝ 一个 h k V 米 r 米 年代 + 一个 j k 2 V 米 r 米 年代 2 + 一个 e x k 1．5 V 米 r 米 年代 1．5

这是空载运行时的主要项。k是反电动势常数，与RMS伏每赫兹有关。它被定义为 k ＝ V 米 r 米 年代 / f ,在那里f是电频率。右边第一项是磁滞损耗，第二项是涡流损耗，第三项是超额损耗。出现在分子上的三个系数来自于你提供的开路迟滞、涡流和额外损失的值。

当建立退磁场时，表示交叉齿尖路径的项变得重要，可以从有限元素分析短路测试中确定。它取决于与齿尖磁通相关的RMS电动势， V d r 米 年代 ＊ ：

P 年代 C （ V d r 米 年代 ＊ ） ＝ b h k V d r 米 年代 ＊ + b j k 2 V d r 米 年代 ＊ 2 + b e x k 1．5 V d r 米 年代 ＊ 1．5

这三个分子项是由你提供的短路迟滞、涡流和多余损失的值推导出来的。

预定义的参数化

BLDC块有多个可用的内置参数化。

此预参数化数据允许您设置块以表示特定供应商的组件。这些无刷直流电机的参数化与制造商的数据表相匹配。若要加载预定义的参数化，请双击BLDC块，单击<点击选择>的超连结选择的部分参数，然后在“块参数化管理器”窗口中，从可用组件列表中选择要使用的部件。

请注意

Simscape™组件的预定义参数化使用参数值的可用数据源。工程判断和简化假设被用来填补缺失的数据。因此，模拟和实际物理行为之间的偏差是可以预期的。为了确保准确性，需要根据实验数据验证模拟行为，并根据需要改进组件模型。

有关预参数化的详细信息和可用组件的列表，请参见预参数化组件列表．

模型热效应

您可以暴露热端口，以模拟将功率转换为热量的损失的影响。如果需要暴露热端口，请设置建模选项参数:

  • 无热口—接线盒包含扩展的定子绕组电保护接口，不包含热接口。

  • 显示热端口-该块包含与定子绕组相关的扩展电保护端口和每个绕组和转子的热保护端口。

有关在执行器块中使用热端口的详细信息，请参见旋转和平动执行器的热效应模拟．

变量

若要在模拟之前设置块变量的优先级和初始目标值，请使用最初的目标块对话框或属性检查器中的。有关更多信息，请参见设置块变量的优先级和初始目标．

标称值提供了一种方法来指定模型中变量的预期大小。使用基于标称值的系统缩放增加了仿真的鲁棒性。标称价值可以有不同的来源，其中之一就是名义值块对话框或属性检查器中的。有关更多信息，请参见按标称值进行系统缩放．

港口

保护

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可扩展的三相港口．

依赖关系

若要启用此端口，请设置电气连接来复合三相端口．

相关联的电气保存端口一个步。

依赖关系

若要启用此端口，请设置电气连接来扩展三相端口．

相关联的电气保存端口b步。

依赖关系

若要启用此端口，请设置电气连接来扩展三相端口．

相关联的电气保存端口c步。

依赖关系

若要启用此端口，请设置电气连接来扩展三相端口．

与中性相相关联的电保存端口。

依赖关系

若要启用此端口，请设置绕组类型来Wye-wound而且零序来包括．

与电机转子相关联的机械旋转保护端口。

与电机外壳相关联的机械旋转保护端口。

A绕组的保温端口。

依赖关系

若要启用此端口，请设置建模选项来显示热端口．

B绕组的保温口。

依赖关系

若要启用此端口，请设置建模选项来显示热端口．

C绕组的保温口。

依赖关系

若要启用此端口，请设置建模选项来显示热端口．

与转子相关的保温端口。

依赖关系

若要启用此端口，请设置建模选项来显示热端口．

参数

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是否参数化块以表示特定供应商的组件。单击<点击选择>以打开块参数化管理器窗口。有关块参数化管理器的详细信息，请参见负载预定义参数．

是否启用块的热端口，并模拟将功率转换为热量的损失的影响。

转子

是否有复合或扩展三相端口。

选择绕组的配置:

  • Wye-wound-线圈是缠绕的。

  • Delta-wound-线圈是三角线圈。的一个-phase用于连接端口一个而且b,b端口间相位b而且c和c端口间相位c而且一个．

定义永磁通量分布为转子角度函数的参数化。选择:

  • 完美梯形-指定最大通量联动要指定永磁体的最大磁链和转子角度，其中反电动势是恒定的。该块假设一个完美的梯形反电动势。这是默认值。

  • 完美梯形-指定最大转子诱导反电动势要指定最大转子感应反电动势和相应的转子速度。该块假设一个完美的梯形反电动势。

  • 表-指定磁通量对转子角度的偏导数为磁链的偏导数和相应的转子角指定值。

  • 表-指定转子感应反电动势作为转子角度的函数指定测量的反电动势常数和相应的转子速度和角度。

永磁磁链峰值与任意定子绕组联动。

依赖关系

若要启用该参数，请设置反EMF配置文件来完美梯形-指定最大通量联动．

连接定子绕组的永磁磁通为常数的转子角度范围。这个角是θF在图中显示的通量的梯形变化率．

依赖关系

若要启用该参数，请设置反EMF配置文件来完美梯形-指定最大通量联动或完美梯形-指定最大转子诱导反电动势．

转子诱导的反电动势峰值进入定子绕组。

依赖关系

若要启用该参数，请设置反EMF配置文件来完美梯形-指定最大转子诱导反电动势．

转子感应反电动势值的矢量作为转子角度的函数。第一个值和最后一个值必须相同，通常都为零。有关更多信息，请参见对应转子角度参数。第一个和最后一个值是相同的，因为通量随周期循环 2 π / N ，其中N为永磁极对数。

依赖关系

若要启用该参数，请设置反EMF配置文件来表-指定转子感应反电动势作为转子角度的函数．

磁链的偏导数(其中磁链是磁链乘以绕组匝数)相对于转子角度的值的向量。第一个值和最后一个值必须相同，通常都为零。有关更多信息，请参见对应转子角度参数。第一个和最后一个值是相同的，因为通量随周期循环 2 π / N ,在那里N是永磁极对的数目。

转子角度矢量，其中磁链偏导数或转子诱导反电动势被定义。转子角度定义为转子与转子之间的夹角一个相磁轴和d设在。也就是说，当角度为零时，由于转子和磁场一个-相位绕组对齐。这个定义被使用，不管你的块设置转子角度定义。第一个值为0，最后一个值为 2 π / N ,在那里N是永磁极对的数目。

依赖关系

若要启用该参数，请设置反EMF配置文件来表-指定磁通量对转子角度的偏导数或表-指定转子感应反电动势作为转子角度的函数．

指定转子转速对应的最大转子诱导反电动势。

依赖关系

若要启用该参数，请设置反EMF配置文件来完美梯形-指定最大转子诱导反电动势或表-指定转子感应反电动势作为转子角度的函数．

转子上永磁极对的数目。

转子角度测量的参考点。默认值为a相磁轴与d轴之间的夹角．该定义显示在电机结构数字当您选择此值时，转子和一个转子角为零时，-相磁通对准。

您可以为该参数选择的另一个值是a相磁轴与q轴之间的夹角．选择此值时，一个-相电流在转子角度为零时产生最大转矩。

定子

选择建模保真度:

  • Ld和Lq不变- - - - - -Ld而且江西值是常量，由它们各自的参数定义。

  • 表Ld和Lq- - - - - -Ld而且江西数值由DQ电流查找表在线计算，如下所示:

    l d ＝ f 1 （ 我 d ， 我 问 ）

    l d ＝ f 2 （ 我 d ， 我 问 ）

依赖关系

若要启用该参数，请设置定子参数化来指定Ld、Lq和L0．

选择指定Ld、Lq和L0或指定Ls、Lm和Ms．

D-axis电感。

依赖关系

若要启用该参数，请设置定子参数化来指定Ld、Lq和L0而且建模的忠诚来Ld和Lq不变．

Q-axis电感。

依赖关系

若要启用该参数，请设置定子参数化来指定Ld、Lq和L0而且建模的忠诚来Ld和Lq不变．

直轴电流矢量，iD。

依赖关系

若要启用该参数，请设置定子参数化来指定Ld、Lq和L0而且建模的忠诚来表Ld和Lq．

四轴电流矢量，iQ。

依赖关系

若要启用该参数，请设置定子参数化来指定Ld、Lq和L0而且建模的忠诚来表Ld和Lq．

Ld矩阵。

依赖关系

若要启用该参数，请设置定子参数化来指定Ld、Lq和L0而且建模的忠诚来表Ld和Lq．

Lq矩阵。

依赖关系

若要启用该参数，请设置定子参数化来指定Ld、Lq和L0而且建模的忠诚来表Ld和Lq．

零序电感。

依赖关系

启用该参数:

  • 集绕组类型来Wye-wound，零序来包括,定子参数化来指定Ld、Lq和L0．

  • 集绕组类型来Delta-wound而且定子参数化来指定Ld、Lq和L0．

三个定子绕组的平均自感。

依赖关系

若要启用该参数，请设置定子参数化来指定Ls、Lm和Ms．

定子绕组自感和互感随转子角度的波动。

依赖关系

若要启用该参数，请设置定子参数化来指定Ls、Lm和Ms．

定子绕组间的平均互感。

依赖关系

若要启用该参数，请设置定子参数化来指定Ls、Lm和Ms．

每个定子绕组的电阻。

包含或排除零序列项的选项。

  • 包括-包括零序列项。要优先考虑模型保真度，请使用此默认设置。使用此选项:

  • 排除-排除零序列项。若要优先考虑桌面模拟或实时部署的模拟速度，请选择此选项。

依赖关系

设置后，此参数才会显示绕组类型参数Wye-wound．

铁损

指定铁损计算模型。

长度为3的行向量，分别表示开路铁因迟滞、涡流和过量损耗造成的损耗，频率为确定损耗的电频率．

依赖关系

若要启用该参数，请设置模型来经验．

长度为3的行向量，分别表示由迟滞、涡流和过量损耗引起的短路铁损耗，其频率为确定损耗的电频率．

依赖关系

若要启用该参数，请设置模型来经验．

测量开路和短路铁损时的电频率。

依赖关系

若要启用该参数，请设置模型来经验．

测量短路损耗时产生的短路有效值相电流。

依赖关系

若要启用该参数，请设置模型来经验．

机械

转子惯量附着在机械平移口上R．取值为0。

旋转阻尼。

的温度依赖性

这些参数只出现在热端口暴露的块上。

电机参数所引用的温度。

电阻与温度关系方程中的α系数，如致动器块热模型．默认值为铜。

永磁体磁通密度随温度的分数变化率。它是用来线性降低扭矩和感应反电动势作为温度上升。

热的港口

这些参数只出现在热端口暴露的块上。

A、B、C绕组的热质量值。热质量是使温度升高一度所需的能量。

转子的热质量，即使转子温度升高一度所需的能量。

与通过转子的磁路相关的主磁通路径铁损耗的百分比。它决定了多少铁损失加热归因于转子热端口人力资源，以及三个绕组热端口的作用有多大哈，乙肝,HC．

依赖关系

若要启用该参数，请设置模型来经验．

与通过转子的磁路相关的交叉齿磁通路径铁损耗的百分比。它决定了多少铁损失加热归因于转子热端口人力资源，以及三个绕组热端口的作用有多大哈，乙肝,HC．

依赖关系

若要启用该参数，请设置模型来经验．

模型的例子

无刷直流调速

无刷直流调速

在无刷直流电驱动中控制转子速度。理想的扭矩源提供负载。控制子系统采用pi级联控制结构，外部为速度控制环，内部为直流电压控制环。直流链路电压通过DC-DC buck变换器调节。无刷直流电由可控三相逆变器供电。逆变器的门信号是由霍尔信号获得的。模拟使用速度步长。Scopes子系统包含允许您查看模拟结果的范围。
开放模式
基于热模型的无刷直流电机位置控制

基于热模型的无刷直流电机位置控制

在无刷直流电驱动中控制转子角度。BLDC包括一个热模型和经验铁损失。理想的扭矩源提供负载。控制子系统采用基于pi的级联控制结构，具有三个控制环:外部位置控制环、速度控制环和内部电流控制环。无刷直流电由可控三相逆变器供电。逆变器的门信号是由霍尔信号获得的。模拟使用步骤引用。定子绕组和转子的初始温度设置为25摄氏度。环境温度为27摄氏度。Scopes子系统包含允许您查看模拟结果的范围。
开放模式

参考文献

[1]昆都尔，P。电力系统稳定与控制“，”纽约州纽约:麦格劳希尔，1993年。

[2]安德森，pm。故障电力系统分析。霍博肯，新泽西州:威利- ieee出版社，1995年。

[3]梅勒，p.h.， R.罗贝尔，D.霍利迪。“为无刷交流电机提供了一种计算高效的铁损耗模型，可满足额定磁通和磁场削弱操作。”IEEE电机与驱动会议．2009年5月。

扩展功能

C/ c++代码生成
使用Simulink®Coder™生成C和c++代码。金宝app

版本历史

在R2013b中引入

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另请参阅

Simscape块

块

主题