主要内容

永磁同步电动机

具有正弦磁链分布的永磁同步电机

  • 图书馆:
  • Simscape/电气/机电/永磁

  • 永磁同步电机块

描述

这个永磁同步电动机块模型的永磁同步电机与三相怀绕定子。图中显示了定子绕组的等效电路。

您可以为这个块选择不同的内置参数。有关更多信息,请参见预定义的参数化部分。

汽车构造

这张图显示了电机结构与转子上的一个单一的极对。

永磁体产生转子磁场,磁通随转子角度的正弦变化率。

对于前面图中的坐标轴约定A.-相位和永磁体磁通对齐时,转子机械角度,θR,是零。该块支持第二转子轴定金宝app义,其中转子机械角度定义为之间的角度A.-相磁轴与转子Q-轴心国。

方程

定子绕组上的电压定义如下:

[ 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 ] ,

哪里:

  • vA.,vB,vC是定子绕组上的各相电压。

  • Rs为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 ] ,

哪里:

  • ψA.,ψB,ψC是连接每个定子绕组的总磁通量。

  • 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,等等,是定子绕组的互感。

  • 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电角的函数,定义为:

θ E = N θ R + R o T o R o F F s E T

L A. A. = L s + L M 因为 ( 2. θ E ) ,

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

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

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

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

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

哪里:

  • θR为转子的机械角度。

  • θE为转子电角度。

  • 转子偏移0如果你定义转子的电角度相对于d轴,或者-π/ 2如果你定义转子的电角度相对于q轴。

  • Ls是每相的定子自感。该值是每个定子绕组的平均自感。

  • LM为定子电感波动。这个值是自感和互感随转子角度变化的波动。

  • Ms是定子互感。该值是定子绕组之间的平均互感。

永磁磁通连接绕组A.在以下情况下为最大值:θE= 0°和0时θE= 90°. 因此,链接电机磁通量的定义如下:

[ ψ A. M ψ B M ψ C M ] = [ ψ M 因为 θ E ψ M 因为 ( θ E 2. π / 3. ) ψ M 因为 ( θ E + 2. π / 3. ) ]

在哪里ψM是永磁磁链。

简化电气方程

将Park的变换应用到块电方程中,可以得到与转子角度无关的转矩表达式。

Park的转型定义如下:

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 ]

在哪里θE电气角度定义为:RN是极对数。

在定子绕组电压和电流上使用Park变换将其变换为dq0框架,该框架与转子角度无关:

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

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

将Park的变换应用到前两个电气方程中,可以得到以下定义街区行为的方程:

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 + ψ M ) ,

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

T = 3. 2. N ( Q ( D L D + ψ M ) D Q L Q ) ,


哪里:

  • LD=Ls+Ms+ 3/2LMLD是定子D-轴电感。

  • LQ=Ls+Ms−3/2LMLQ是定子Q-轴电感。

  • L0=Ls– 2MsL0为定子零序电感。

  • ω为转子的机械转速。

  • N是转子永磁磁极对的数量。

  • T是转子扭矩。扭矩从马达壳体(块物理端口C)流向马达转子(块物理端口R)。

这个永磁同步电动机地块利用原有的、非正交的园区改造实现。如果您尝试应用替代实现,您将得到dq0电压和电流的不同结果。

交替磁链参数化

您可以使用反电动势或扭矩常数参数化电机,这在电机数据表中更常见的是通过使用永磁磁链选择。

反电动势常数被定义为每单位转速下,永磁体在每一相位中感应到的峰值电压。与永磁体磁链峰值相关:

K E = N ψ M

根据这个定义,反电动势Eph值对于一个阶段,如下所示:

E P H = K E ω

转矩常数定义为每相每单位电流产生的峰值转矩。当反电动势常数以国际单位制表示时,其数值与反电动势常数的数值相同:

K T = N ψ M

什么时候LD=LQ,当三相电流均平衡时,则得出组合转矩T由以下公式得出:

T = 3. 2. K T Q = 3. 2. K T P K ,

在哪里pk是三个绕组中任何一个的峰值电流。

因子3/2是所有相的稳态力矩之和。因此扭矩常数KT也可以定义为:

K T = 2. 3. ( T P K ) ,

在哪里T当测试带有峰值线电压的平衡三相电流时,测量的总扭矩是多少pk. 根据RMS线电流写入:

K T = 2. 3. T L N E , R M s

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RMS线到中性点定子电压, 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 哪里F为电频率。右边第一项为磁滞损耗,第二项为涡流损耗,第三项为多余损耗。出现在分子上的三个系数是由开路迟滞、涡流和多余损耗的值导出的。

当设置退磁场时,表示十字齿尖路径的术语变得非常重要,并且可以通过有限元分析短路试验确定。它取决于与交叉齿尖磁通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

PMSM块有多个可用的内置参数。

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。这些永磁同步电机的参数与制造商的数据表相匹配。要加载预定义的参数,请单击选择预定义的参数化在PMSM块掩码中的超链接,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。

热的港口

该模块有四个可选热端口,三个绕组各一个,转子一个。默认情况下,这些端口是隐藏的。要显示热端口,请在模型中的块上单击鼠标右键,然后选择Simscape>块的选择,然后选择所需的带有热端口的块变体:复合三相端口|显示热端口三相扩展接口|显示热口. 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

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

与绕组C相关的保温端口。有关更多信息,请参阅热的港口

与转子相关的热保存端口。有关更多信息,请参见热的港口

参数

全部展开

主要

选择绕组的配置:

  • Wye-wound-绕组为Y形绕组。

  • Delta-wound-线圈是三角缠绕的。这个A.-phase端口之间连接A.B这个B端口之间的规律BCC端口之间的规律CA.

选择建模保真度:

  • 恒定Ld、Lq和PMLd,江西值是常量,由它们各自的参数定义。

  • 表列Ld、Lq和PMLd,江西从DQ电流查找表中在线计算值如下:

    L D = F 1. ( D , Q )

    L D = F 2. ( D , Q )

    λ P M = 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

转子上的永磁磁极对数量。

选择指定磁链,指定转矩常数,或指定反电动势常数

任何定子绕组的峰值永磁磁链。

依赖关系

要启用该参数,请设置永磁磁链参数化指定磁链建模保真度恒定Ld、Lq和PM

任何定子绕组的扭矩常数。

依赖关系

要启用该参数,请设置永磁磁链参数化指定转矩常数建模保真度恒定Ld、Lq和PM

任何定子绕组的反电动势常数。

依赖关系

要启用该参数,请设置永磁磁链参数化指定反电动势常数建模保真度恒定Ld、Lq和PM

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建模保真度恒定Ld、Lq和PM

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建模保真度恒定Ld、Lq和PM

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建模保真度表列Ld、Lq和PM

正交轴电流矢量,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建模保真度表列Ld、Lq和PM

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建模保真度表列Ld、Lq和PM

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建模保真度表列Ld、Lq和PM

永磁体磁链。

依赖关系

要启用此参数,请设置:

  • 定子参数化指定Ld、Lq和L0

  • 建模保真度表列Ld、Lq和PM

  • 永磁磁链参数化指定磁链

扭矩常数矩阵。

依赖关系

要启用此参数,请设置:

  • 定子参数化指定Ld、Lq和L0

  • 建模保真度表列Ld、Lq和PM

  • 永磁磁链参数化指定转矩常数

反电动势常数矩阵。

依赖关系

要启用此参数,请设置:

  • 定子参数化指定Ld、Lq和L0

  • 建模保真度表列Ld、Lq和PM

  • 永磁磁链参数化指定反电动势常数

零序电感。

依赖关系

要启用此参数,请执行以下操作之一:

  • 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Delta-wound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。

选项包括或排除零序列项。

  • 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

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. 此定义如中所示汽车构造图。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。

铁损

指定铁损计算模型。

由磁滞、涡流和过剩损耗分别导致的开路铁损耗的行向量,长度为3,频率由确定损耗的电气频率

依赖关系

要启用该参数,请设置铁损经验

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,请设置铁损经验

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,请设置铁损经验

测量短路损耗时产生的短路有效值相电流。

依赖关系

要启用该参数,请设置铁损经验

机动的

连接到机械平移端口的转子惯性R.该值可以为零。

旋转阻尼。

的温度依赖性

这些参数仅适用于具有外露热端口的块。有关详细信息,请参阅热的港口

引用电机参数的温度。

温度电阻方程中的α系数,如致动器块热模型. 默认值为铜。

永磁磁通密度随温度变化的分数率。它用于随着温度升高线性降低转矩和感应反电动势。

热的港口

这些参数仅适用于具有外露热端口的块。有关详细信息,请参阅热的港口

A、B和C绕组的热质量值。热质量是将温度升高一度所需的能量。

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,请设置铁损经验

与转子磁路相关的交叉齿磁通路径铁损耗百分比。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,请设置铁损经验

范例

参考文献

[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,pm。故障电力系统分析。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电机与驱动会议.2009年5月。

扩展能力

C/C++代码生成
使用Simulink®编码器生成C和C++代码™.金宝app

介绍了R2013b