磁场定向控制感应电机驱动

实现面向磁场控制(FOC)感应电机驱动模型

描述

的磁场定向控制感应电机驱动块代表了一个标准的矢量或转子磁场定向控制驱动器的感应电动机。该驱动器具有基于间接或前馈矢量控制方法的闭环速度控制。速度控制回路输出电机的参考电磁转矩和转子磁链。基于间接矢量控制策略，推导了定子电流的参考直接分量和正交分量(dq)，分别对应于指令转子磁链和转矩。然后用定子电流的参考dq分量通过滞后带或PWM电流控制器获得逆变器所需的门信号。

与标量控制驱动器相比，这种驱动器的主要优点是它的快速动态响应。电机中转矩和磁链之间的固有耦合效应是通过解耦(转子磁链定向)控制来管理的，这使得转矩和磁链可以独立控制。然而，由于其计算复杂性，该驱动器的实现需要快速计算处理器或dsp。

请注意

在模拟风景™ 与电有关的™专业的电力系统软件磁场定向控制感应电机驱动块通常称为AC3马达驱动。

的磁场定向控制感应电机驱动block使用来自Electric Drives / Fundamental Drive blocks库的这些块:

速度控制器(AC)
矢量控制器
直流总线
逆变器(三相)

讲话

该模型是离散的，用2µ时间步长。为了模拟数字控制器设备，控制系统有两种不同的采样时间:

速度控制器采样时间
FOC采样时间

速度控制器采样时间必须是FOC采样时间的倍数。后一个采样时间必须是模拟时间步长的倍数。平均值逆变器允许使用更大的模拟时间步长，因为它不会产生小的时间常数（由于RC缓冲器）详细转换器的固有特性。对于60µs的FOC采样时间，对于60µs的模拟时间步长，已获得良好的模拟结果。此时间步长不能高于FOC时间步长。

参数

一般

输出总线模式

选择输出变量的组织方式。如果您选择多个输出公共汽车(默认)，块有三个独立的输出总线的电机，转换器，和控制器变量。如果您选择单输出总线，所有变量输出在一个总线上。

模型的详细级别

在详细型和平均值型逆变器之间进行选择。默认是详细的．

机械输入

选择负载转矩、电机转速和机械旋转端口作为机械输入。默认是转矩Tm．

如果选择并应用负载扭矩，则根据以下描述机械系统动力学的微分方程，输出为电机转速：

$T_{e} ＝ J \frac{d}{d t} ω_{r} + F ω_{r} + T_{米}$

这个机械系统包括在电机模型中。

如果选择电机转速作为机械输入，则会将电磁转矩作为输出，允许您在外部表示机械系统动力学。内部机械系统不会与此机械输入选择一起使用，并且不会显示惯性和粘性摩擦参数。

对于机械旋转端口，连接端口S计算机械输入和输出。它允许直接连接到Simscape环境。电机的机械系统也包括在驱动器中，并且基于相同的微分方程。

看到两个电机驱动的机械耦合．

使用总线作为标签

选中此复选框后，电动机，Conv和Ctrl键测量输出使用信号名称来识别总线标签。对于要求总线信号标签仅包含字母数字字符的应用程序，请选择此选项。

当清除此复选框(默认)时，测量输出使用信号定义来标识总线标签。标签包含与某些Simulink不兼容的非字母数字字符金宝app^®应用程序。

设置无传感器

当您选中此复选框时，将根据模型参考自适应系统(Model Referencing Adaptive System, MRAS)技术从终端电压和电流估计电机速度。的无传感器TAB包含估计器控制器参数。

清除此复选框后，电机转速由内部转速传感器测量，并且无传感器在块掩码上没有显示TAB。

异步机选项卡

的异步电机选项卡显示的参数异步电机基本块(powerlib)库的块。

转换器和直流母线选项卡

整流段

的整流器部分的变频器与直流母线选项卡显示的参数通用电桥基本块(powerlib)库的块。有关万能桥架参数的更多信息，请参阅通用电桥参考页面。

直流母线分段

电容: 直流母线电容(F)。默认为2000年e-6．

制动斩波器部分

反对: 制动斩波器电阻用于在电机减速期间或负载扭矩趋向于使电机加速时避免母线过电压（欧姆）。默认为8．
斩波频率: 制动斩波频率(Hz)。默认是4000．
激活电压: 当母线电压达到滞回带的上限(V)时，动态制动启动。制动斩波滞回逻辑如下图所示。默认是320．
关闭电压: 当母线电压达到迟滞带的下限(V)时，动态制动停止。斩波器迟滞逻辑如下图所示。默认是310．

逆变器部分

的逆变器部分的变频器与直流母线选项卡显示的参数通用电桥基本块(powerlib)库的块。有关万能桥架参数的更多信息，请参阅通用电桥参考页面。

平均值逆变器使用以下参数。

源频率: 三相电压源频率(Hz)。默认是60．
开态电阻: 逆变开关的通态电阻(欧姆)。默认是1 e - 3．

控制器选项卡

调节类型: 此弹出菜单允许您在转速和扭矩调节之间进行选择。默认为调速．
调制类型: 选择迟滞或空间矢量调制。默认的调制类型为磁滞．
略图的: 当您单击此按钮时，将显示一个图表，说明速度和电流控制器示意图。

速度控制器部分

速度匝道-加速: 电机加速过程中允许的最大速度变化（rpm/s）。过大的正值可能导致直流母线欠压。此参数仅用于调速模式。默认值为900．
速度匝道-减速: 电机减速时允许的最大转速变化(rpm/s)。负值过大会导致直流母线过压。该参数只能在调速模式下使用。默认是-900年．
速度截止频率: 转速测量值为一阶低通滤波器截止频率（Hz）。此参数仅用于调速模式。默认值为1000．
速度控制器采样时间: 速度控制器采样时间(秒)。采样时间必须是仿真时间步长的倍数。默认是100年e-6．
PI调节器-比例增益: 速度控制器比例增益。该参数只能在调速模式下使用。默认是300．
PI调节器-积分增益: 速度控制器积分增益。该参数只能在调速模式下使用。默认是2000．
扭矩输出限制-负: 电流控制器施加给电机的最大负要求力矩(N.m)。默认是-1200年．
扭矩输出限制-积极: 电流控制器施加给电机的最大正要求力矩(N.m)。默认是1200．

磁场定向控制部分

磁通控制器-比例增益

磁通控制器比例增益。默认是100．

磁链控制器-积分增益

磁通控制器积分增益。默认是30．

通量输出限制-负

磁通控制器的最大负输出（Wb）。默认为-2．

通量输出限制-正

磁通控制器的最大正输出(Wb)。默认是2．

低通滤波器截止频率

磁链估计一阶滤波器截止频率(Hz)。默认是16．

采样时间

FOC控制器采样时间(s)。采样时间必须是仿真时间步长的倍数。默认是20 e-6．

电流控制器滞回带

电流滞后带宽。该值是围绕当前设定点对称分布的总带宽^（A）．默认是10．下图演示了当前设定值为is的情况^＊电流滞后带宽设置为dx。

当使用平均值逆变器时，不使用此参数。

最大开关频率

最大逆变器开关频率（Hz）。使用平均值逆变器时不使用此参数。默认值为20000．

显示/隐藏自动调谐控制

选择显示或隐藏“自动调优控制”工具的参数。

PI回路自动调谐部分

理想的阻尼(ζ): 指定用于计算速度控制器(交流)块的Kp和Ki增益的阻尼系数。默认是0.9．
期望响应时间@ 5% [Trd (sec)]: 指定所需的固定时间速度控制器(AC)块这是控制器响应达到并保持在目标值5%范围内所需的时间。默认为0.1．
带宽比率(InnerLoop / SpeedLoop): 指定调节器的带宽和固有频率之间的比率。默认值为30．
计算PI调节器增益: 计算比例增益和积分增益参数速度控制器(AC)和矢量控制器块。计算是基于理想的阻尼(ζ)，期望响应时间@ 5%和带宽比率(InnerLoop / SpeedLoop)参数。的掩码中显示计算的值驾驶阻止。单击应用或好啊确认他们。

无传感器标签

比例增益

指定用于调整电机速度的PI调节器的比例增益值。

默认是5000．

积分增益

指定用于调整电机转速的PI调节器的积分增益值。

默认是50．

输出上限

设置PI控制器的输出上限。

默认是500．

Lower -输出下限

指定PI控制器的输出下限。

默认是-500．

控制器采样时间

控制器采样时间，单位为s。采样时间必须是仿真时间步长的倍数。默认是2 e-06．

块输入输出

服务提供商: 速度或扭矩设定点。速度设定值可以是一个阶跃函数，但速度改变率将跟随加速度/减速坡道。如果负载转矩与速度符号相反，则加速转矩为电磁转矩与负载转矩之和。
商标或Wm: 机械输入：负载扭矩（Tm）或电机转速（Wm）。对于机械旋转端口，此输入被删除。
A, B, C: 电机驱动的三相端子。
Wm，Te或年代: 机械输出:电机转速(Wm)、电磁转矩(Te)或机械转动端口(S)。

当输出总线模式参数设置为多个输出公共汽车，块有以下三个输出总线:

电动机

电机测量矢量。这个向量允许您使用总线选择器块观察电机的变量。

Conv

三相变换器的测量矢量。这个向量包含:

直流母线电压
整流输出电流
逆变器输入电流

请注意，电桥的所有电流和电压值都可以通过万用表块。

Ctrl键

控制器测量矢量。这个向量包含:

转矩的参考
速度误差(速度参考斜坡和实际速度之间的差异)
速度参考坡道或扭矩参考

当输出总线模式参数设置为单输出总线，块将马达、Conv和Ctrl输出分组为一个总线输出。

模型规范

该库包含一个3马力和一个200马力驱动参数设置。这两个驱动器的规格如下表所示。

3 HP和200 HP驱动器规格

		3 HP开车	200马力驱动
驱动输入电压
	振幅	220 V	460 V
	频率	60赫兹	60赫兹
电动机的名义值
	权力	3惠普	200马力
	速度	1705转/分	每分钟1785转
	电压	220 V	460 V

例子

的ac3_example举例说明了AC3电机驱动仿真与标准负载条件的详细和平均值模型。

参考文献

[1] Bose，B.K。现代电力电子与交流传动上鞍河，新泽西州：普伦蒂斯大厅，2002年。

G. Grelet和G. Clerc。Actionneurs规程．巴黎:Éditions Eyrolles, 1997。

[3]克劳斯，p.c.电机分析．纽约:麦格劳-希尔，1986年。

介绍了R2006a