主要内容

梯形磁链分布的三绕组无刷直流电机

  • 图书馆:
  • Simscape /电气/机电/永磁

  • BLDC块

描述

这个块型永磁同步电机,具有三相三相绕线定子。该块有四个选项来定义永磁体磁通分布作为转子角度的函数。两个选项允许简单的参数化,假设反电动势的完美梯形。对于简单的参数化,您可以指定磁链或转子感应反电动势。另外两个选项使用您指定的表格数据提供更准确的结果。对于更准确的结果,您指定要么磁链偏导数或测量回电动势常数为给定的转子速度。

图中显示了定子绕组的等效电路。

汽车构造

此图显示了转子上带有单极对的电机结构。

对于前面图中的坐标轴约定A.-当转子角度时,相磁通和永磁磁通对齐θR是零。该块支持第二个转子轴定义。对于第金宝app二个定义,转子角度是转子和转子之间的角度A.-相磁轴与转子Q设在。

梯形流量变化率

转子磁场由永磁体产生,磁通随转子角度的梯形变化率。该图显示了通量的变化率。

反电动势是磁通量的变化率,由

D Φ D T = Φ θ D θ D T = Φ θ ω ,

地点:

  • Φ是永磁磁链。

  • θ为转子角度。

  • ω为机械转速。

高度H的梯形变化率的磁通剖面是由永磁体峰值磁通导出的。

集成 Φ θ 在0到π/2的范围内,

Φ M A. x = H 2. ( θ F + θ W ) ,

地点:

  • Φ马克斯是永磁磁链。

  • H为通量剖面高度的变化率。

  • θF是转子角度范围,在此范围内,永磁体磁通量在定子中感应到的反电动势是恒定的。

  • θW是转子角度范围,在此范围内,当转子以恒定速度移动时,反电动势线性增加或减少。

重新排列前面的方程,

H = 2. Φ M A. x / ( θ F + θ W )

电定义方程

定子绕组上的电压由

[ v A. v B v C ] = [ R s 0 0 0 R s 0 0 0 R s ] [ A. B C ] + [ D ψ A. D T D ψ B D T D ψ C D T ] ,

地点:

  • vA.,vB,vC是施加在三个电机电气连接上的外部电压。

  • Rs是每个定子绕组的等效电阻。

  • A.,B,C是在定子绕组中流动的电流。

  • D ψ A. D T , D ψ B D T , D ψ C D T

    是每个定子绕组中磁通量的变化率。

永磁体和三个绕组构成连接每个绕组的总磁通。总通量定义为

[ ψ A. ψ B ψ C ] = [ L A. A. L A. B L A. C L B A. L B B L B C L C A. L C B L C C ] [ A. B C ] + [ ψ A. M ψ B M ψ C M ] ,

地点:

  • ψA.,ψB,ψC为连接每个定子绕组的总磁通。

  • Laa,Lbb,L复写的副本为定子绕组的自感系数。

  • Lab,L交流电,L文学士等为定子绕组的互感系数。

  • ψ,ψbm,ψ厘米为连接定子绕组的永磁体磁通。

定子绕组中的电感是转子角度的函数,定义如下:

L A. A. = L s + L M 因为 ( 2. θ R ) ,

L B B = L s + L M 因为 ( 2. ( θ R 2. π / 3. ) ) ,

L C C = L s + L M 因为 ( 2. ( θ R + 2. π / 3. ) ) ,

L A. B = L B A. = M s L M 因为 ( 2. ( θ R + π / 6. ) ) ,

L B C = L C B = M s L M 因为 ( 2. ( θ R + π / 6. 2. π / 3. ) ) ,

L C A. = L A. C = M s L M 因为 ( 2. ( θ R + π / 6. + 2. π / 3. ) ) ,


地点:

  • Ls为每相的定子自感系数-每个定子绕组的平均自感系数。

  • LM为定子电感波动-自感和互感随转子角度变化的波动。

  • Ms是定子互感-定子绕组之间的平均互感。

连接每个定子绕组的永磁体磁通遵循图中所示的梯形轮廓线。该块通过查找表来计算永磁体的磁通值来实现梯形轮廓。

简化方程

块的定义电压和扭矩方程如下

[ v D v Q v 0 ] = P ( [ v A. v B v C ] N ω [ ψ A. M θ R ψ B M θ R ψ C M θ R ] ) ,

v D = R s D + L D D D D T N ω Q L Q ,

v Q = R s Q + L Q D Q D T + N ω D L D ,

v 0 = R s 0 + L 0 D 0 D T ,

T = 3. 2. N ( Q D L D D Q L Q ) + [ A. B C ] [ ψ A. M θ R ψ B M θ R ψ C M θ R ] ,

地点:

  • vD,vQ,v0是吗D设在,Q-轴和零序电压。

  • P帕克的转变是由

    P = 2. / 3. [ 因为 θ E 因为 ( θ E 2. π / 3. ) 因为 ( θ E + 2. π / 3. ) θ E ( θ E 2. π / 3. ) ( θ E + 2. π / 3. ) 0.5 0.5 0.5 ]

  • N是转子永磁磁极对的数量。

  • ω为转子的机械转速。

  • ψ A. M θ R , ψ B M θ R , ψ C M θ R

    为连接各相绕组的瞬时永磁体磁通的偏导数。

  • D,Q,0是吗D设在,Q-轴和零序电流,定义如下

    [ D Q 0 ] = P [ A. B C ]

  • LD=Ls+Ms+ 3/2LMLD定子在哪里D-轴电感。

  • LQ=Ls+Ms−3/2LMLQ定子在哪里Q-轴电感。

  • L0=Ls- 2MsL0是定子零序电感。

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

计算铁损

铁损耗分为两项,一项代表主要的磁化路径,另一项代表在弱磁场运行时变得活跃的交叉齿尖路径。铁的损失模型,这是基于梅勒的工作[3]

表示主磁化路径的术语取决于感应的RMS定子电压, v M R M s :

P O C ( v M R M s ) = A. H K v M R M s + A. J K 2. v M R M s 2. + A. E x K 1.5 v M R M s 1.5

这是空载运行时的主要条件。K是与每赫兹有效值电压相关的反电动势常数。它被定义为 K = v M R M s / F ,在那里F是电气频率。右侧的第一项是磁滞损耗,第二项是涡流损耗,第三项是多余损耗。出现在分子上的三个系数是从您提供的开路磁滞、涡流和多余损耗值推导而来的。

表示交叉齿尖路径的术语在建立去磁场时变得很重要,并且可以从短路试验的有限元分析中确定。这取决于与交叉齿尖通量相关的均方根电动势, v D R M s * :

P s C ( v D R M s * ) = B H K v D R M s * + B J K 2. v D R M s * 2. + B E x K 1.5 v D R M s * 1.5

这三个分子项是由您提供的短路迟滞、涡流和多余损耗的值导出的。

预定义的参数化

BLDC块有多个可用的内置参数化。

这个预参数化数据允许您设置块以代表特定供应商的组件。这些无刷直流电机的参数化匹配制造商数据表。要加载预定义的参数,请单击选择预定义的参数化并从可用组件列表中选择要使用的部件。

笔记

Simscape组件的预定义参数化使用可用数据源提供参数值。工程判断和简化假设用于填补缺失数据。因此,模拟和实际物理行为之间的偏差是可以预料的。为了确保必要的准确性,您应该根据实验数据验证模拟行为,并根据需要完善组件模型。

有关预参数化的更多信息和可用组件的列表,请参见预参数化组件列表

热的港口

该块有四个可选的热端口,每个三个绕组和转子一个。默认情况下,这些端口是隐藏的。要暴露热端口,右键单击模型中的块,选择模拟风景>块选择,然后选择显示热端口. 此操作将在块图标上显示热端口,并显示的温度依赖性热的港口参数。这些参数将在本参考页中进一步说明。

使用热端口来模拟铜电阻和铁损耗的影响,将电力转换为热量。有关在执行器块中使用热端口的更多信息,请参见旋转与平移作动器的热效应模拟

变量

使用变量设置来指定在模拟之前块变量的优先级和初始目标值。有关更多信息,请参见设置块变量的优先级和初始目标

港口

保护

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可扩展三相端口

依赖关系

要启用此端口,请设置电气连接复合三相港口

与之相关的电气保护端口A.步。

依赖关系

要启用此端口,请设置电气连接扩大三相港口

与之相关的电气保护端口B步。

依赖关系

要启用此端口,请设置电气连接扩大三相港口

与之相关的电气保护端口C步。

依赖关系

要启用此端口,请设置电气连接扩大三相港口

与中性相相关的电气保护端口。

依赖关系

要启用此端口,请设置缠绕式Wye-wound零序包括

机械旋转保存端口与电机转子。

机械旋转保存端口与电机箱。

与a绕组相关的热保存端口热的港口

与绕组B相关的保温端口。有关更多信息,请参阅热的港口

与c绕组相关的保温端口热的港口

与转子相关的保温端口。有关更多信息,请参阅热的港口

参数

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转子

三相复合端口还是三相扩展端口。

选择绕组的配置:

  • Wye-wound-绕组为Y形绕组。

  • 三角伤口-线圈是三角缠绕的。这个A.-phase端口之间连接A.B这个B-端口之间的相位BCC-端口之间的相位CA.

参数化定义永磁体磁通分布作为转子角的函数。选择:

  • 完美梯形-指定最大磁链指定永磁体的最大磁链和反电动势恒定的转子角度。块假设反电动势的完美梯形。这是默认值。

  • 完美梯形-指定最大转子感应反电动势指定最大转子感应反电动势和相应的转子速度。块假设反电动势的完美梯形。

  • 列表-指定磁通量相对于转子角度的偏导数指定磁链偏导数和相应转子角的值。

  • 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以及相应的转子速度和角度。

任意定子绕组的永磁体磁链峰值。

依赖关系

要启用该参数,请设置反电动势概要完美梯形-指定最大磁链

连接定子绕组的永磁磁通恒定的转子角度范围。这个角是θF在图中显示梯形流量变化率

依赖关系

要启用该参数,请设置反电动势概要完美梯形-指定最大磁链完美梯形-指定最大转子感应反电动势

峰值转子感应反电动势进入定子绕组。

依赖关系

要启用该参数,请设置反电动势概要完美梯形-指定最大转子感应反电动势

转子感应反电动势值向量,作为转子角度的函数。第一个值和最后一个值必须相同,并且通常都为零。有关更多信息,请参阅相应的转子角参数。第一和最后的值是相同的,因为通量是周期性的 2. π / N 式中,N为永磁体极对的个数。

依赖关系

要启用该参数,请设置反电动势概要表-指定转子感应反电动势作为转子角度的函数

磁链偏导数(其中磁链是磁通乘以绕组匝数)相对于转子角度的值向量。第一个值和最后一个值必须相同,并且通常都为零。有关更多信息,请参阅相应的转子角参数。第一和最后的值是相同的,因为通量是周期性的 2. π / N ,在那里N为永磁体极对的个数。

转子角向量,其中磁链偏导数或转子感应反电动势被定义。转子角的定义是转子之间的夹角A.-相磁轴与D设在。也就是说,当角度为零时,磁场由于转子和A.步蜿蜒的对齐。这个定义是使用无论您的块设置转子角度定义。第一个值是零,最后一个值是 2. π / N ,在那里N为永磁体极对的个数。

依赖关系

要启用该参数,请设置反电动势概要列表-指定磁通量相对于转子角度的偏导数表-指定转子感应反电动势作为转子角度的函数

指定与最大转子感应反电动势对应的转子速度。

依赖关系

要启用该参数,请设置反电动势概要完美梯形-指定最大转子感应反电动势表-指定转子感应反电动势作为转子角度的函数

转子上的永磁磁极对数量。

转子角度测量的参考点。默认值为a相磁轴和d轴之间的角度.该定义见汽车构造图。选择此值时,转子和A.-当转子角度为零时,相通量对齐。

该参数可以选择的另一个值是a相磁轴与q轴的夹角.当您选择此值时,A.-相电流在转子角为零时产生最大转矩。

定子

选择建模保真度:

  • 常数Ld和LqLd江西值是常量,由它们各自的参数定义。

  • 表列Ld和LqLd江西根据DQ电流查找表在线计算值,如下所示:

    L D = F 1. ( D , Q )

    L D = F 2. ( D , Q )

依赖关系

要启用该参数,请设置定子参数化指定Ld、Lq和L0

选择指定Ld、Lq和L0指定Ls、Lm和Ms

D轴电感。

依赖关系

要启用该参数,请设置定子参数化指定Ld、Lq和L0建模的忠诚常数Ld和Lq

Q-axis电感。

依赖关系

要启用该参数,请设置定子参数化指定Ld、Lq和L0建模的忠诚常数Ld和Lq

直流轴电流矢量,iD。

依赖关系

要启用该参数,请设置定子参数化指定Ld、Lq和L0建模的忠诚表列Ld和Lq

交轴电流矢量,iQ。

依赖关系

要启用该参数,请设置定子参数化指定Ld、Lq和L0建模的忠诚表列Ld和Lq

Ld矩阵。

依赖关系

要启用该参数,请设置定子参数化指定Ld、Lq和L0建模的忠诚表列Ld和Lq

Lq矩阵。

依赖关系

要启用该参数,请设置定子参数化指定Ld、Lq和L0建模的忠诚表列Ld和Lq

零序电感。

依赖关系

启用该参数:

  • 设置缠绕式Wye-wound,零序包括,定子参数化指定Ld、Lq和L0

  • 设置缠绕式三角伤口定子参数化指定Ld、Lq和L0

三个定子绕组各的平均自感。

依赖关系

要启用该参数,请设置定子参数化指定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

要启用该参数,请设置定子参数化指定Ls、Lm和Ms

定子绕组之间的平均互感。

依赖关系

要启用该参数,请设置定子参数化指定Ls、Lm和Ms

每个定子绕组的电阻。

包含或排除零序项的选项。

  • 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。使用这个选项:

  • 排除-排除零序项。要为桌面模拟或实时部署排定模拟速度的优先级,请选择此选项。

依赖关系

此参数仅在设置缠绕式参数Wye-wound

铁损

指定铁损耗计算模型。

在指定的频率下,开路铁损耗的长度为3的行向量,分别为迟滞损耗、涡流损耗和多余损耗确定损耗的电气频率

依赖关系

要启用该参数,请设置缺铁经验

在指定的频率下,由于滞后、涡流和多余损耗造成的短路铁损耗的行向量(长度为3)确定损耗的电气频率

依赖关系

要启用该参数,请设置缺铁经验

测量开路和短路铁损耗时的电气频率。

依赖关系

要启用该参数,请设置缺铁经验

测量短路损耗时产生的短路RMS相电流。

依赖关系

要启用该参数,请设置缺铁经验

机动的

连接到机械平动端口的转子的惯性R.该值可以为零。

旋转阻尼。

的温度依赖性

这些参数只出现在带有暴露热端口的块上。有关更多信息,请参见热的港口

电机参数所引用的温度。

温度电阻方程中的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的温度上升。

热的港口

这些参数只出现在带有暴露热端口的块上。有关更多信息,请参见热的港口

A、B、C绕组的热质量值。热质量是使温度升高一度所需要的能量。

转子的热质量,即将转子的温度提高一度所需要的能量。

与转子磁路相关的主磁路铁损耗百分比。它确定有多少铁耗加热归因于转子热端口人力资源,以及有多少是由三个绕组热端口造成的,乙肝,HC

依赖关系

要启用该参数,请设置缺铁经验

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,以及有多少是由三个绕组热端口造成的,乙肝,HC

依赖关系

要启用该参数,请设置缺铁经验

兼容性的考虑

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行为在R2021b中改变

工具书类

[1] Kundur, P。电力系统稳定性与控制。纽约:麦格劳·希尔,1993年。

[2] 安德森,下午。电力系统故障分析。霍博肯:Wiley-IEEE出版社,1995。

[3]梅勒,p.h., R. Wrobel和D. Holliday。适用于额定流量和弱磁场运行的无刷交流电机的计算效率高的铁损耗模型。IEEE电机与驱动器会议.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

介绍了R2013b