仿真变速电机控制- MATLAB & Simulink - MathWorks Benelux金宝app - 金宝app,下载188bet金宝搏,金宝搏官方网站

模拟变速电机控制

交流电机的变速控制利用强迫换向电子开关，如igbt, mosfet和gto。异步电机由脉冲宽度调制(PWM)电压源变换器(VSC)正在逐渐取代直流电动机和晶闸管桥。通过PWM，结合现代控制技术，如磁场定向控制或直接转矩控制，您可以获得与直流电机相同的速度和转矩控制的灵活性。本教程展示了如何建立一个简单的开环交流驱动器控制异步机器。Simscape™电气™专门的电力系统包含一个预先构建的模型库，使您能够模拟电力驱动系统，而不需要自己构建那些复杂的系统。有关此库的更多信息，请参见电动驱动库．

的simscape.>电气>电力系统专业>基本块>机器库中包含四种最常用的三相电机:简化和完整的同步电机，异步电机，和永磁同步电机。每台机器可以使用在发电机或电机模式。结合线性和非线性元件，如变压器、线路、负载、断路器等，它们可以用来模拟电网中的机电瞬态。它们还可以与电力电子设备相结合来模拟驱动。

的simscape.>电气>电力系统专业>基本块>电力电子库包含块，允许您模拟二极管，晶闸管，GTO晶闸管，MOSFET和IGBT器件。您可以将多个块互连，以构建三相桥。例如，IGBT逆变器桥需要六个IGBT和六个反平行二极管。

为方便实施桥梁、桥梁通用桥块会自动为您执行这些互连。

PWM电机驱动的构建与仿真

按照这些步骤来建立一个pwm控制电机的模型。

组装和配置模型

类型power_new在命令行中打开一个新模型。保存模型power_pwmmotor.
添加一个通用桥块的simscape.>电气>电力系统专业>基本块>电力电子图书馆
在参数设置设置通用桥块,设置电力电子设备参数IGBT /二极管．
添加一个异步机SI单元块的simscape.>电气>电力系统专业>基本块>机器图书馆

设置参数异步机SI单元块如下。

设置	参数	价值
配置	转子类型	`鼠笼式`
参数	标称电源，电压（线路）和频率[PN（VA），VN（VRMS），FN（Hz）]	`[3 * 746 220 60]`
	定子电阻和电感[Rs(ohm) Lls(H)]	`(1.115 - 0.005974)`
	转子电阻和电感[RR'（欧姆）LLR'（H）]	`[1.083 0.005974]`
	互感LM（H）	`0.2037`
	惯性、摩擦因数、极对[J(kg.m^2) F(N.m.s) p()]	`[0.02 0.005752 2]`
	[滑动，TH（DEG），IA，IB，IC（A），PHA，PHB，PHC（DEG）]	`[1 0 0 0 0 0]`

设置标称功率为3 * 746和标称线对线电压Vn220Vrms实现了一个3马力，60赫兹的机器与两对极点。因此，名义速度略低于同步速度1800转，或w_年代= 188.5 rad / s。

设置转子类型参数鼠笼式，隐藏输出端口，一个，b,c，因为这三个转子端子通常短路在一起，以正常的电机运行。

的内部信号访问异步电机布洛克:
1. 添加一个总线选择器块的金宝app>信号路由图书馆。
2. 连接测量输出端口，米的输入端口总线选择器块。
3. 打开块的参数对话框总线选择器块。双击。
4. 移除预先选择的信号。在选中的元素窗格，转变选择？？?signal1和？？?signal2,然后单击删除．
5. 选择感兴趣的信号:
  1. 在对话框的左窗格中，选择测量定子>定子电流是_a（a）．点击选择>>．
  2. 选择机械>转子转速(wm)．点击选择>>．
  3. 选择电磁扭矩Te（n * m）．点击选择>>．

装载和驱动电机

实现电机负载的转矩-速度特性。假设一个二次转矩-速度特性(风扇或泵型负载)。,转矩T与速度ω的平方成正比。

$T ＝ k \times {ω.}^{2}$

电机的标称扭矩是

$T_{n} ＝ \frac{3. \times 746}{188.5} ＝ 11.87 N 米$

因此,不断k应该是

$k ＝ \frac{T_{n}}{{ω.}^{2}} ＝ \frac{11.87}{{188.5}^{2}} ＝ 3.34 \times 10^{- 4}$

添加一个解释MATLAB函数块的金宝app>用户定义函数图书馆。双击功能块，输入扭矩与速度的函数表达式:3.34E-4 * U ^ 2．
将功能块的输出连接到扭矩输入端口，Tm，机器块的。
添加一个直流电压源块的simscape.>电气>电力系统专业>基本块>电力来源图书馆。在参数设置为块，为幅度（v）参数，指定400．
更改名称电压测量块v．
添加一个地面块的simscape.>电气>电力系统专业>基本块>元素图书馆。连接电源元件和电压传感器块，如图所示power_pwmmotor.模型。

用脉冲发生器控制逆变桥

为了控制逆变桥，使用脉冲发生器。

添加一个PWM发生器(2级)块的simscape.>电气>电力系统专业>测量及控制>脉冲和信号发生器图书馆。您可以将转换器配置为在开环中运行，并且在内部生成三个PWM调制信号。将P输出连接到通用桥块的脉冲输入

打开PWM Generator (2-Level)模块对话框，设置如下参数。

发电机类型	`三相电桥(6脉冲)`
操作方式	`不同步的`
频率	`18 * 60赫兹(1080赫兹)`
初始阶段	`0度`
最小值和最大值	`[1]`
抽样技术	`自然`
参考信号的内部生成	`选择`
调制指数	`0．9`
参考信号频率	`60 Hz.`
参考信号阶段	`0度`
样品时间	`10 e-6年代`

该块被离散化，使得脉冲在指定时间步长的倍数下改变。10μs的时间步长对应于1080Hz的切换周期的+/- 0.54％。
产生PWM脉冲的一种常用方法是通过比较输出电压(在本例中为60hz)与开关频率(在本例中为1080hz)的三角波进行合成。线对线RMS输出电压是直流输入电压和调制指数的函数米由下式给出:

$V_{l l r 米年代} ＝ \frac{米}{2} \times \frac{\sqrt{3.}}{\sqrt{2}} V d c ＝米 \times 0.612 \times V D C$

因此，400v的直流电压和0.90的调制因子产生220 Vrms的输出线对线电压，这是异步电机的标称电压。

信号显示和基本电压、电流测量

现在添加块来测量嵌入在斩碎的Vab电压和A相电流中的基本分量(60赫兹)。添加一个傅里叶块的simscape.>电气>电力系统专业>测量及控制>测量库到您的模型。

打开傅里叶块对话框，检查参数设置如下:

基频	`60 Hz.`
谐波n	`1`
初始输入	`[0 0]`
样品时间	`10 e-6年代`

将此模块连接到Vab电压传感器的输出。

复制傅立叶块。要测量当前电流，将此块连接到定子电流is_a总线选择器块的输出。
将这些信号流在仿真数据检查器：异步机器块的测量输出和VAB电压的TE，IAS和W信号。

基于连续积分算法的PWM电机驱动仿真

设置停止时间为1并开始模拟。打开仿真数据检测器并看看信号。

在0.5秒后，电机启动并达到181 rad / s（1728rpm）的稳态速度。在开始时，60Hz电流的幅度达到90峰（64A rms），而其稳态值是10.5a（7.4 rms）。正如预期的那样，切碎波中包含的60 Hz电压的幅度保持在

$220 \times \sqrt{2} ＝ 311 V$

还要注意电磁转矩在开始时的强烈振荡。如果你放大稳定状态下的扭矩，你应该观察到一个平均值为11.9 N.m的噪声信号，对应于额定转速下的负载扭矩。

如果您放大三个电机电流，您可以看到所有谐波（1080 Hz开关频率的倍数）由定子电感过滤，从而定位60 Hz组件。

PWM电机驱动;全电压起动电机的仿真结果

使用万用表堵塞

通用桥块不是传统的子系统，其中所有六个单独的交换机都可以访问。如果要测量开关电压和电流，则必须使用万用表块，它可以访问桥的内部信号:

打开通用桥对话框，并设置测量参数设备电流．
添加一个万用表块的simscape.>电气>电力系统专业>基本块>测量库双击万用表块。出现一个显示六个开关电流的窗口。

选择连接到a相的桥臂的两个电流，它们被标识为

iSw1	`通用桥`
iSw2	`通用桥`

点击关闭．万用表图标显示信号(2)个数。
将信号从万用表块发送到仿真数据检查器。
重新启动仿真。前20毫秒获得的波形如图所示。

IGBT/二极管开关1和2中的电流

正如预期的那样，开关1和开关2中的电流是互补的。正电流表示流过IGBT的电流，而负电流表示反平行二极管的电流。

请注意

万用表块的使用不限于万能桥接块。许多电源和元件库块都有一个测量参数，可以在其中选择电压、电流或饱和变压器磁通。明智地使用万用表块可以减少电路中电流和电压传感器的数量，使操作更容易。

离散PWM电机驱动

您可能已经注意到，使用可变步长积分算法的模拟相对较长。根据您的计算机，模拟1秒可能需要数十秒。为了缩短仿真时间，可以将电路离散化，并以固定的仿真时间步长进行仿真。

在模拟选项卡上,单击模型设置．选择求解器．下解算器的选择，选择固定步和离散（没有连续的状态）选项。打开powergui块和集合仿真类型来离散的．设置样品时间来10 e-6s。电力系统，包括异步机器，现在在10μs采样时间离散化。

开始仿真。观察模拟现在比连续系统快。结果与连续系统比较，效果良好。

使用FFT工具进行谐波分析

两个傅立叶块允许计算仿真运行时电压和电流的基本组件。如果您想观察谐波组件，也需要每个谐波的傅里叶块。这种方法不方便。

添加一个范围块连接到模型，并将其连接到VAB电压测量块。在范围块，日志数据到工作区作为一个结构与时间。开始仿真。现在使用powergui的FFT工具显示电压和电流波形的频谱。

仿真完成后，打开PowerGui并选择FFT分析．打开一个新窗口。设置指定分析信号，时间窗口和频率范围的参数如下：

的名字	`ScopeData`
输入	`输入1`
信号数	`1`
开始时间	`0.7秒`
数量的周期	`2`
显示	`FFT窗口`
基频	`60 Hz.`
最大频率	`5000赫兹`
频率轴	`谐波阶`
显示风格	`Bar(相对于基金或区议会)`