Engee 文档

PMSM

具有正弦反电磁场的永磁同步电机(PMSM)。

类型: AcausalElectricPowerSystems.Electromechanical.PMSM.ThreePhase

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/Electrical/Electromechanical/Permanent Magnet/PMSM

说明

该模块 PMSM 模拟了一台同步电机,转子上装有永磁体,定子为三相星形或三角绕组,具有正弦形式的反电动势。图中显示了定子绕组的等效电路图:

permanent magnet 1

您还可以通过将 * 绕组类型 * 参数分别设置为 "三角绕组 "或 "弧形绕组",将 SPDM 建模为三角或星形配置。

电机设计

转子的永久磁铁产生的磁场呈正弦曲线变化。

permanent magnet 2

当*转子角度定义*设置为 "a 相磁轴与 d 轴之间的角度 "时,A 相磁通和永磁体磁通在转子机械角度为零时均衡 。当 转子角度定义 设置为 "a 相磁轴与 q 轴之间的角度 "时,转子机械角度等于转子的 A 相磁轴与 q 轴之间的角度。

公式

定子绕组上的电压:

,

其中

  • , , 为定子绕组电压;

  • - 每个定子绕组的等效电阻;

  • , , - 绕组中的电流;

  • , , - 定子绕组磁通差。

定子磁通由两个来源产生:来自转子永久磁铁的磁通和定子电感中的电流。因此:

,

其中

  • - 是定子绕组的磁通耦合;

  • , , - 定子相电感;

  • , , 等。- 定子相间互感;

  • , , - 永磁体与相应定子相位的磁通耦合。

定子绕组电感是转子电角度的函数,其确定方法如下:

,

,

,

,

,

,

,

其中

  • - 是转子的机械角度;

  • - 是转子的电气角度;

  • - 等于 "0"(如果转子的电气角相对于轴线 ),或"-π/2"(如果转子的电气角相对于轴线 );

  • - 定子绕组电感。该值是每个定子绕组电感的平均值;

  • - 定子电感波动。定子绕组特征电感 ( , , ) 的波动和每两个定子绕组之间互感 ( , , ) 的波动取决于转子角度的变化,并且始终具有相同的值,即

  • - 定子绕组互感。该值为定子绕组间互感的平均值 ( , , ) 。

相绕组 А 的永磁体磁通耦合在 时最大,在 时为零。因此,电机磁通耦合由以下因素决定:

其中 是永磁体的磁通耦合。

简化电气方程式

将帕克-戈列夫变换应用于电气方程组,我们就能得到与转子旋转角度无关的转矩表达式。

Park-Gorev 变换的定义如下:

ππππ ,

其中

  • - 是电角度,定义为

  • - 是极对数。

对定子绕组电压和电流进行帕克-戈列夫变换后,可将其导入坐标系 ,该坐标系与转子旋转角度无关:

,

.

对前两个电学方程进行帕克-戈尔夫变换后,我们就可以继续求解控制块行为的其他方程:

,

,

,

,

其中

  • - 是定子 轴的电感;

  • - 定子轴电感

  • - 定子零序电感;

  • - 转子旋转的机械速度;

  • - 转子磁极对数;

  • - 转子扭矩。扭矩从电机外壳(模块端口 )传递到电机转子(模块端口 )。

PMSM 程序块采用了原始的、非正交的 Park-Gorev 变换。

通量耦合的替代参数化

除了直接设置永磁体磁通量比的方法外,还有其他参数化选项。

电机参数可通过*永磁磁通联轴器*参数设置反向电动势或扭矩,这些参数通常在电机数据表中指定。

永磁磁通量*是永磁体在每相单位转速下产生的峰值电压。永磁体磁通联结峰值与反电磁场之间的关系如下:

.

一个相位的反 EMF( )为 :

.

*扭矩常数*是每相电流单位引起的峰值扭矩。如果两个量都用国际单位制单位表示,则在数值上与反 EMF 系数相同:

.

和三相电流平衡时,转子总转矩 相等:

,

其中 是三个绕组中任何一个绕组的峰值电流。

的系数来自于这样一个事实,即在稳定状态下,它是所有相位扭矩的总和。因此,扭矩常数 也可以是:

,

其中 是在三相电流平衡、峰值线电压为 时测得的总扭矩。线路电流的均方根值为

.

端口

~ - 三相端口
电力

可扩展的三相端口。

n - 中性
电力

与中性线相关的电气端口。

依赖关系

要使用该端口,请将 绕线类型 设置为 "绕线",并将 零序列 设置为 "包括"。

*R*为电机转子
旋转机械

与电机转子相关的旋转机械端口。

C - 电机外壳
旋转机械

与电机外壳相关的旋转机械端口。

参数

主要参数

绕组类型 - 绕组配置
楔形绕组(默认) | Δ形绕组

选择绕组配置:

  • Wye-wound - 星形连接。

  • 三角绕组"--三角连接。相位 连接在端口 ab 之间,相位 连接在端口 bc 之间,相位 连接在端口 ca 之间。

*建模保真度*是一种指定机器参数的方法
常数 Ld、Lq 和 PM(默认值)"。

选择机器参数设置方法:

  • 常数 Ld、Lq 和 PM` - 是常数,由相应参数决定。

极对数 - 极对数
6(默认) - 极对数

转子的磁极对数。

永磁磁通联动参数化 - 永磁磁通联动参数化
指定磁通联动(默认)` | 指定扭矩常数` | 指定反向 EMF 常数`。

选择 "指定磁通联接"、"指定扭矩常数 "或 "指定反向 EMF 常数"。

永磁磁通量联动 - 永磁磁通量联动
0.03 Vb(默认值)`。

任一定子绕组的永磁磁通联动峰值。

依赖关系

要启用该参数,请将 永磁磁通联结参数化 设置为 "指定磁通联结",并将 建模保真度 设置为 "恒定 Ld、Lq 和 PM"。

扭矩常数,N*m/A - 扭矩常数
0.18N*m/A(默认值)`。

任一定子绕组的扭矩常数。

依赖关系

要启用该参数,请将 永磁磁通量联动参数化 设置为 "指定扭矩联动",并将 建模保真度 设置为 "Ld、Lq 和 PM 恒定"。

反 EMF 常量,V*s/rad - 反 EMF 系数
0.18 V*s/rad(默认)`。

任一定子绕组的反 EMF 系数。

反 EMF 系数是永磁体在单位转速下产生的每相峰值电压。

依赖关系

要启用该参数,请将 永磁磁通量联动参数化 设置为 "指定反 EMF 常量",并将 建模保真度 设置为 "Ld、Lq 和 PM 常量"。

定子参数化 - 定子参数化
指定 Ld、Lq 和 L0(默认)` | 指定 Ls、Lm 和 Ms`。

定子参数化方法。

依赖关系

选择 "指定 Ld、Lq 和 L0 "或 "指定 Ls、Lm 和 Ms"。

定子 d 轴电感 Ld, H - 定子 d 轴电感
0.00022Gn(默认值)`。

沿_d_轴的电感。

依赖关系

要启用该参数,请将 定子参数化 设置为 "指定 Ld、Lq 和 L0",并将 建模保真度 设置为 "恒定 Ld、Lq 和 PM"。

定子 q 轴电感 Lq、H 是沿定子 q 轴的电感
0.00022Gn(默认值)"。

沿_q_轴的电感。

依赖关系

要启用该参数,请将 定子参数化 设置为 "指定 Ld、Lq 和 L0",并将 建模保真度 设置为 "恒定 Ld、Lq 和 PM"。

定子零序电感 L0, H - 定子零序电感
0.00016 Gn(默认值) - 定子零序电感

零序电感。

依赖关系

要使用该参数,请设置

  • *绕线类型*参数设置为 "绕线",*零序列*参数设置为 "包括",*定子参数化*参数设置为 "指定 Ld、Lq 和 L0"。

  • 将*绕组类型*参数设为 "Δ绕组",*定子参数化*设为 "指定 Ld、Lq 和 L0"。

每相定子自感 Ls、H - 每相定子自感
0.0002Gn(默认值)`。

每相定子自感。

依赖关系

要启用该参数,请将 定子参数化 设置为 "指定 Ls、Lm 和 Ms"。

定子电感波动 Lm、H - 定子电感波动
-0.0002 Gn(默认值)

定子绕组的自感和互感随转子角度变化而变化。

依赖关系

要启用该参数,请将 *定子参数化 * 设置为 "指定 Ls、Lm 和 Ms"。

定子互感 Ms, H - 定子互感
0.00002Gn(默认值)"。

定子绕组间的平均互感。

依赖关系

要启用该参数,请将 定子参数化 设置为 "指定 Ls、Lm 和 Ms"。

定子每相电阻 Rs,欧姆 - 定子相电阻
0.013欧姆(默认值)`。

定子相电阻。

依赖关系

要启用该参数,请将 *定子参数化 * 设置为 "指定 Ls、Lm 和 Ms"。

零序列 - 零序列选项
包括(默认)` | 排除

包含或排除零序列的选项。

  • Include - 包括零序列项。要优先考虑模型的准确性,请使用此默认设置。使用此选项:

    • 使用 Partitioning 求解器建模时会出错。

    • 在*阻抗*设置中扩展零序列参数。

  • 排除"- 排除零序列条件。为提高桌面仿真或实时部署的仿真速度,请选择此选项。

依赖关系

Winding Type 参数设置为 "Wye-wound "时,将使用此选项。

转子角度定义 - 测量转子角度的参考点
A 相磁轴与 d 轴的夹角(默认)` | `A 相磁轴与 q 轴的夹角

测量转子角度的参考点。

当选择 "a 相磁轴与 d 轴之间的角度 "时,当转子旋转角度为零时,转子和_A_相磁通重合。

选择 "a 相磁轴与 q 轴之间的角度 "时,当转子旋转角度为零时,A 相电流会产生最大转矩。

机械

转子惯性,kg*m^2 - 转子惯性
0.01 kg*m^2(默认值) | `非负标量

连接到机械端口 R 的转子的惯性。该值可以为零。

RRotor damping, N*m*s/rad - 转子阻尼
0(默认值)"|"非负标量"。

旋转阻尼。

初始值

D 轴电流 - D 轴电流
0(默认值)

- 轴电流的初始值。

Q 轴电流 - Q 轴电流
0(默认值)

沿 轴的电流初始值。

扭矩 -扭矩 .
0(默认值)

初始扭矩.

转子速度 - 转子速度
0(默认值

初始转子速度。

转子角度 - 转子旋转角度
0(默认值

初始转子角度。