BLDC

磁链梯形分布的三绕组直流无刷电机

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描述

BLDC块模型的永久磁铁同步机的三相Y形绕线定子。该块具有用于限定所述永久磁铁的磁通分布为转子角的函数四个选项。两个选项允许简单的参数通过假定反电动势一个完美的梯形。对于简单的参数,可以指定磁链或转子引起的反电动势。其他两个选项让使用指定表格数据更准确的结果。为更准确的结果,可以指定的交链磁通的偏导数或所测量的反电动势常数为给定的转子速度。

该图示出了用于定子绕组的等效电路。

电机结构

这张图显示了在转子上有一个单极对的电机结构。

为上图中的轴惯例,一个-PHASE和永久磁铁磁通对齐的转子角度时θr是零。该块支持第二个转子轴万博1manbetx定义。对于第二个定义,转子的角度是一个三相磁轴和转子设在。

通量的梯形变化率

由于永磁体的作用,转子磁场产生了磁通随转子角的梯形变化率。图中显示了流量的变化率。

反电动势是通量的变化率,由

d Φ d t = Φ θ d θ d t = Φ θ ω ,

地点:

  • Φ是永磁磁通连杆。

  • θ为转子角。

  • ω为机械转速。

高度h由永磁体峰值磁通量推导出磁通分布的梯形变化率。

集成 Φ θ 在0到siv /2范围内,

Φ 一个 x = h 2 ( θ F + θ W ) ,

地点:

  • Φ马克斯是永磁磁通连杆。

  • h为通量剖面高度的变化率。

  • θF为转子角范围,在此范围内,永磁磁通在定子中产生的反电动势是恒定的。

  • θW当转子以恒定速度运动时,反电动势线性增加或减少的转子角度范围。

重新排列方程前面,

h = 2 Φ 一个 x / ( θ F + θ W )

电定义方程

穿过定子绕组电压是由定义

( v 一个 v b v c ] = ( R 年代 0 0 0 R 年代 0 0 0 R 年代 ] ( 一个 b c ] + ( d ψ 一个 d t d ψ b d t d ψ c d t ] ,

地点:

  • v一个,vb,vc是施加在三个电机电气连接上的外部电压。

  • R年代为各定子绕组的等效电阻。

  • 一个,b,c是在定子绕组中流动的电流。

  • d ψ 一个 d t , d ψ b d t , d ψ c d t

    为每个定子绕组内磁通量的变化率。

永磁体和三个绕组构成了连接每个绕组的总磁通。总通量定义为

( ψ 一个 ψ b ψ c ] = ( l 一个 一个 l 一个 b l 一个 c l b 一个 l b b l b c l c 一个 l c b l c c ] ( 一个 b c ] + ( ψ 一个 ψ b ψ c ] ,

地点:

  • ψ一个,ψb,ψc为连接各定子绕组的总通量。

  • laa,lbb,lcc为定子绕组的自感。

  • lab,l交流,l英航等是定子绕组的互感。

  • ψ,ψbm,ψ厘米是连接定子绕组的永磁磁通量。

定子绕组的电感是转子角的函数,由

l 一个 一个 = l 年代 + l 因为 ( 2 θ r ) ,

l b b = l 年代 + l 因为 ( 2 ( θ r - 2 π / 3. ) ) ,

l c c = l 年代 + l 因为 ( 2 ( θ r + 2 π / 3. ) ) ,

l 一个 b = l b 一个 = - 年代 - l 因为 ( 2 ( θ r + π / 6 ) ) ,

l b c = l c b = - 年代 - l 因为 ( 2 ( θ r + π / 6 - 2 π / 3. ) ) ,

l c 一个 = l 一个 c = - 年代 - l 因为 ( 2 ( θ r + π / 6 + 2 π / 3. ) ) ,


地点:

  • l年代是每相定子自感 - 每个定子绕组的平均自感。

  • l是定子电感波动 - 在自感,用改变转子角互感波动。

  • 年代为定子互感—定子绕组之间的平均互感。

永久磁铁的磁通的每个定子绕组连接在如下图中所示的梯形轮廓。块器具使用查找表来计算永久磁铁的梯形轮廓通量值。

简化方程

定义块的电压和力矩方程为

( v d v v 0 ] = P ( ( v 一个 v b v c ] - N ω ( ψ 一个 θ r ψ b θ r ψ c θ r ] ) ,

v d = R 年代 d + l d d d d t - N ω l ,

v = R 年代 + l d d t + N ω d l d ,

v 0 = R 年代 0 + l 0 d 0 d t ,

T = 3. 2 N ( d l d - d l ) + ( 一个 b c ] ( ψ 一个 θ r ψ b θ r ψ c θ r ] ,

地点:

  • vd,v,v0d-轴,-轴和零序电压。

  • P公园的转变,是由什么定义的

    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为转子永磁磁极对数。

  • ω是转子机械转速。

  • ψ 一个 θ r , ψ b θ r , ψ c θ r

    为连接各相绕组的瞬时永磁磁通的偏导数。

  • d,,0d-轴,-轴和零序电流,定义为

    ( d 0 ] = P ( 一个 b c ]

  • ld=l年代+年代+ 3/2lld是定子d设在电感。

  • l=l年代+年代- 3/2ll是定子设在电感。

  • l0=l年代- 2年代l0为定子零序电感。

  • 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

铁损分为两个术语,一个代表主路径磁化,另一个表示该场减弱操作期间变成有效横齿尖路径。铁损模型,它是基于对梅勒的工作[3]

表示主磁化路径的项取决于定子感应均方根电压, V r 年代 :

P O C ( V r 年代 ) = 一个 h k V r 年代 + 一个 j k 2 V r 年代 2 + 一个 e x k 1.5 V r 年代 1.5

这是空载运行时的主导条件。k是与每赫兹有效值伏特相关的反电动势常数。它被定义为 k = V r 年代 / f ,在那里f为电频率。右侧第一项为磁滞损失,第二项为涡流损失,第三项为过剩损失。出现在分子上的三个系数是由开路迟滞、涡流和超额损失的值导出的。

当消磁场建立时,表示齿尖交叉路径的术语变得很重要,并且可以通过有限元分析短路试验确定。它取决于与齿尖通量相关的均方根电动势, V d r 年代 * :

P 年代 C ( V d r 年代 * ) = b h k V d r 年代 * + b j k 2 V d r 年代 * 2 + b e x k 1.5 V d r 年代 * 1.5

这三个分子项是由你提供的短路迟滞、涡流和超额损失的值推导出来的。

热端口

该块具有四个可选的热端口,一个用于每三个绕组和一个用于转子。这些端口默认是隐藏的。为了揭露热口,右键单击模型块,选择Simscape>块的选择,然后选择具有热端口所需的块的变体:复合三相端口|显示热端口扩展的三相港口|显示热港。此操作在块图标上显示热端口,并公开温度依赖性热的港口参数。这些参数将在本参考页面中进一步描述。

使用热端口来模拟铜电阻和铁损耗将电能转换为热量的影响。有关在执行机构块中使用热端口的详细信息,请参阅在模拟旋转和平移致动器的热效应

变量

使用变量设置,用于在模拟之前为块变量指定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(的Simscape)。

港口

保护

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可扩展的三相港口

与中性相相关的电气保护端口

与电机转子相关联的机械旋转保护端口

与电机机箱相关的机械旋转保护端口

与绕组A.有关详细信息相关联的热节约端口,见热端口

有关绕组b的热保存端口,请参阅热端口

有关绕组c的热保存端口,请参阅热端口

与转子相关的热保存端口。有关更多信息,请参见热端口

参数

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转子

选择绕组的配置:

  • Wye-wound-线圈是wye-wound。

  • Delta-wound-线圈是三角绕的。的一个-阶段是连接之间的端口一个b,b端口之间的规律bcc端口之间的规律c一个

定义作为转子角函数的永磁磁通分布的参数化。选择:

  • 完美梯形-指定最大磁链以指定永久磁铁和转子角度,其中反电动势是恒定的最大交链磁通。该块承担反电动势一个完美的梯形。这是默认值。

  • 完美的梯形 - 指定最大转子引起的反电动势指定最大转子引起的反电动势和相应的转子速度。该块承担反电动势一个完美的梯形。

  • 表中-指定磁通对转子角的偏导数指定磁链的偏导数值和相应的转子角。

  • 表列 - 指定转子引起的反电动势作为转子角度的函数指定所测得的反电动势常数和相应的转子转速和角度。

与任何定子绕组的峰值永磁磁通连接。此参数仅在设置为时可见。

依赖

要启用此参数,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为常数的转子角范围。这个角是F在图中显示通量的梯形变化率

依赖

要启用此参数,请设置反电动势概要完美梯形-指定最大磁链完美的梯形 - 指定最大转子引起的反电动势

峰值转子感应反电动势进入定子绕组。

依赖

要启用此参数,请设置反电动势概要完美的梯形 - 指定最大转子引起的反电动势

转子诱导的反电动势的值矢量作为转子角的函数。第一个和最后一个值必须相同,通常都为零。有关更多信息,请参见相应的转子角度参数。第一个和最后的值是相同的,因为通量是循环的周期 2 π / N ,其中N是永久磁铁的极对的数量。

依赖

要启用此参数,请设置反电动势概要表列 - 指定转子引起的反电动势作为转子角度的函数

磁链偏导数(磁链为磁链乘以绕组匝数)相对于转子角的值向量。第一个和最后一个值必须相同,通常都为零。有关更多信息,请参见相应的转子角度参数。第一个和最后的值是相同的,因为通量是循环的周期 2 π / N ,在那里N为永磁体极对数。

定义磁链偏导数或转子诱导反电动势的转子角矢量。转子角定义为转子与转子之间的夹角一个磁力轴和相位d设在。也就是说,当角度为零时,由于转子的磁场和一个-PHASE绕组对准。无论此定义用于您的块设定为转子角的定义。第一个值是零,最后一个值是 2 π / N ,在那里N为永磁体极对数。

依赖

要启用此参数,请设置反电动势概要表中-指定磁通对转子角的偏导数表列 - 指定转子引起的反电动势作为转子角度的函数

指定转子转速对应的最大转子诱导反电动势。

依赖

要启用此参数,请设置反电动势概要完美的梯形 - 指定最大转子引起的反电动势表列 - 指定转子引起的反电动势作为转子角度的函数

转子上的永磁磁极对数。

选项包括或排除零序列的条件。

  • 包括-包括零序项。要优先考虑模型保真度,请使用这个默认设置。使用这个选项:

  • 排除-排除零序项。要优先考虑桌面模拟或实时部署的模拟速度,请选择此选项。

依赖

属性时,此参数才可见绕组类型参数Wye-wound

转子角度测量参考点。默认值为a相磁轴和d轴之间的夹角。中显示了此定义电机结构数字当您选择这个值时,转子和一个当转子角为零-PHASE通量对齐。

可以为该参数选择的另一个值是a相磁轴和q轴之间的角度。当选择此值时,一个-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:

  • Ld和Lq不变- - - - - -Ld江西值是常量,由它们各自的参数定义。

  • 表列的Ld和Lq- - - - - -Ld江西从DQ电流查找表在线计算值,如下所示:

    l d = f 1 ( d , )

    l d = f 2 ( d , )

依赖

要启用此参数,请设置定子参数指定LD,LQ和L0

选择指定LD,LQ和L0指定Ls、Lm和Ms

D-axis电感。

依赖

要启用此参数,请设置定子参数指定LD,LQ和L0造型逼真Ld和Lq不变

Q-axis电感。

依赖

要启用此参数,请设置定子参数指定LD,LQ和L0造型逼真Ld和Lq不变

直接轴电流矢量,iD。

依赖

要启用此参数,请设置定子参数指定LD,LQ和L0造型逼真表列的Ld和Lq

四轴电流矢量,iQ。

依赖

要启用此参数,请设置定子参数指定LD,LQ和L0造型逼真表列的Ld和Lq

Ld矩阵。

依赖

要启用此参数,请设置定子参数指定LD,LQ和L0造型逼真表列的Ld和Lq

Lq矩阵。

依赖

要启用此参数,请设置定子参数指定LD,LQ和L0造型逼真表列的Ld和Lq

零序电感。

依赖

要启用此参数,请设置绕组类型Wye-wound定子参数指定LD,LQ和L0

每三个定子绕组的平均自感。

依赖

要启用此参数,请设置定子参数指定Ls、Lm和Ms

波动自感和与转子角度的定子绕组的互感。

依赖

要启用此参数,请设置定子参数指定Ls、Lm和Ms

定子绕组间的平均互感。

依赖

要启用此参数,请设置定子参数指定Ls、Lm和Ms

每个定子绕组的电阻。

铁损

指定铁损耗的计算模型。

在指定的频率下,由磁滞、涡流和过量损耗引起的开路铁损耗的列向量,长度为3由损耗决定的电频率

依赖

要启用此参数,请设置缺铁经验

行矢量,长度3的短路的铁损因滞后,涡,和过量的损耗,分别的,在由指定的频率由损耗决定的电频率

依赖

要启用此参数,请设置缺铁经验

测量开路和短路铁损耗的电气频率。

依赖

要启用此参数,请设置缺铁经验

测量短路损失时产生的短路有效值相电流。

依赖

要启用此参数,请设置缺铁经验

机械

附在机械平移端口上的转子的惯量R。值可以是零。

旋转阻尼。

温度依赖性

这些参数只出现与暴露热端口块。有关更多信息,请参见热端口

为此电机参数引述的温度。

电阻温度关系式中的系数,如式中所述执行机构块的热模型。默认值为copper。

永磁磁通密度随温度变化的分数率。它用于线性减小转矩和随温度升高而产生的反电动势。

热的港口

这些参数只出现与暴露热端口块。有关更多信息,请参见热端口

A、B、C绕组的热质量值。热质量是使温度升高一度所需的能量。

转子的热质量,即,所需要的能量由一个程度提高转子的温度。

与通过转子的磁路相关的主磁通径铁损失率。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的热端口造成的,乙肝,HC

依赖

要启用此参数,请设置缺铁经验

与通过转子的磁路相关的跨齿磁通路径铁损失的百分比。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的热端口造成的,乙肝,HC

依赖

要启用此参数,请设置缺铁经验

参考文献

[1] Kundur, P。电力系统稳定与控制。纽约,纽约州:McGraw Hill出版社,1993年。

[2] Anderson, p.m。电力系统故障分析。新泽西州霍博肯市:威利 - IEEE出版社,1995年。

梅勒,p.h., r.w robel,和d.h Holliday。无刷交流电机的计算效率铁损耗模型,满足额定磁通和磁场弱化操作。IEEE电机和驱动会议。2009年5月。

扩展功能

C / c++代码生成
生成使用的Simulink编码器™C和C ++代码。万博1manbetx

介绍了R2013b