磁场定向控制感应电机驱动

实现磁场定向控制(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表示用于感应电机的标准矢量或转子磁场定向控制驱动器。该驱动器的特点是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通。基于间接矢量控制策略，导出了对应于指令转子磁链和转矩的定子电流的参考直接分量和正交分量。然后，定子电流的参考dq分量通过滞磁带或PWM电流控制器获得逆变器所需的栅信号。

与标量控制驱动器相比，该驱动器的主要优点是其快速的动态响应。通过解耦(转子磁链定向)控制来控制转矩和磁链之间的固有耦合效应，从而实现转矩和磁链的独立控制。然而，由于其计算复杂度，该驱动器的实现需要快速的计算处理器或dsp。

请注意

在Simscape™电气™专业的电力系统软件磁场定向控制感应电机驱动块通常被称为AC3马达驱动。

的磁场定向控制感应电机驱动block使用Electric Drives / basic Drive blocks库中的这些块:

速度控制器(AC)
矢量控制器
直流总线
逆变器(三相)

讲话

模型是离散的。采用2µ时间步长。为了模拟数字控制器设备，控制系统有两个不同的采样时间:

速度控制器采样时间
船取样时间

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)固有的详细转换器。当FOC采样时间为60µs时，模拟时间步长为60µs时，得到了较好的模拟结果。该时间步长不能高于FOC时间步长。

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)，该块有三个独立的输出总线，用于电机、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

在详细逆变器和平均值逆变器之间进行选择。默认是详细的．

机械输入

在负载转矩、电机转速和机械转动端口之间选择机械输入。默认是转矩Tm．

如果你选择并施加负载转矩，输出是根据下面描述机械系统动力学的微分方程得到的电机转速:

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

这个机械系统包含在电机模型中。

如果你选择电机转速作为机械输入，那么你得到电磁转矩作为输出，允许你在外部表示机械系统动力学。内部机械系统不使用这种机械输入选择和惯性和粘性摩擦参数没有显示。

对于机械转动端口，连接端口S为机械输入输出。它允许直接连接到Simscape环境。电机的机械系统也包括在驱动中，并基于相同的微分方程。

看到两电机驱动的机械耦合．

使用总线作为标签

选择此复选框时，将电动机，Conv,Ctrl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只有字母数字字符的应用程序，请选择此选项。

当此复选框被清除(默认)时，测量输出使用信号定义来识别总线标签。标签包含与某些Simulink不兼容的非字母数字字符^®应用程序。

设置无传感器

当您选中此复选框时，基于模型参考自适应系统(MRAS)技术，从终端电压和电流估计电机转速。的无传感器TAB包含估计器控制器参数。

当此复选框被清除时，电机速度由内部速度传感器测量，并且无传感器在块掩码上不显示TAB。

异步电机选项卡

的异步电机选项卡显示异步电机基本块(powerlib)库的块。

转换器和直流总线标签

整流部分

的整流器部分的转换器和直流总线选项卡显示通用桥基本块(powerlib)库的块。有关通用桥参数的更多信息，请参阅通用桥参考页面。

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

电阻: 制动斩波电阻，用于在电机减速或负载转矩倾向于加速电机时避免母线过电压。默认是8．
斩波器频率: 制动斩波频率(Hz)。默认是4000．
激活电压: 当母线电压达到迟滞带(V)的上限时，动态制动被激活。下图说明了制动斩波迟滞逻辑。默认是320．
关闭电压: 当母线电压达到迟滞带(V)的下限时，动态制动关闭。斩波迟滞逻辑如下图所示。默认是310．

逆变器部分

的逆变器部分的转换器和直流总线选项卡显示通用桥基本块(powerlib)库的块。有关通用桥参数的更多信息，请参阅通用桥参考页面。

均值逆变器使用以下参数。

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

控制器选项卡

监管类型: 这个弹出菜单允许您在速度和扭矩调节之间进行选择。默认是调速．
调制类型: 选择迟滞或空间矢量调制。默认调制类型为磁滞．
示意图: 当您单击此按钮时，会出现一个说明速度和电流控制器原理图的图表。

速度控制器部分

加速坡道-加速: 电机加速过程中允许的最大速度变化(rpm/s)。正值过大会导致直流母线欠压。该参数仅在调速模式下使用。默认是900．
速度斜坡-减速: 电机减速过程中允许的最大速度变化(rpm/s)。负值过大会引起直流母线过压。该参数仅在调速模式下使用。默认是-900年．
速度截止频率: 速度测量一阶低通滤波器截止频率(Hz)。该参数仅在调速模式下使用。默认是1000．
速度控制器采样时间: 速度控制器采样时间(s)。采样时间必须是模拟时间步长的倍数。默认是100年e-6．
PI调节器-比例增益: 速度控制器的比例增益。该参数仅在调速模式下使用。默认是300．
PI调节器-积分增益: 速度控制器积分增益。该参数仅在调速模式下使用。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转矩(N.m)。默认是-1200年．
扭矩输出限制-正: 电流控制器施加给电机的最大正要求转矩(N.m)。默认是1200．

面向现场控制组

通量控制器-比例增益

磁通控制器比例增益。默认是One hundred.．

通量控制器-积分增益

通量控制器积分增益。默认是30.．

通量输出限制-负值

磁通控制器最大负输出(Wb)。默认是－2．

通量输出限制-正

磁通控制器最大正输出(Wb)。默认是2．

低通滤波器截止频率

通量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．

电流控制器迟滞带

当前迟滞带宽。该值是围绕当前设定点对称分布的总带宽^(一)．默认是10．下图说明了当前设定点为is的情况^＊当前迟滞带宽设为dx。

使用均值逆变器时不需要此参数。

最高开关频率

逆变器最大开关频率(Hz)。使用均值逆变器时不需要此参数。默认是20000．

显示/隐藏自动调谐控制

选择以显示或隐藏“自动调优控制”工具的参数。

PI回路自动调优部分

理想的阻尼(ζ): 指定用于计算速度控制器(AC)块的Kp和Ki增益的阻尼因子。默认是0.9．
期望响应时间@ 5% [Trd (sec)]: 指定所需的沉淀时间速度控制器(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。默认是0．1．
带宽比率(InnerLoop / SpeedLoop): 指定调节器的带宽与固有频率之比。默认是30.．
计算PI调节器增益: 计算成比例增加而且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%,带宽比率(InnerLoop / SpeedLoop)参数。控件的掩码中显示计算值开车块。点击应用或好吧确认他们。

无传感器选项卡

成比例增加

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

指定用于调整电机速度的PI调节器的积分增益值。

默认是50．

Upper -输出上限

指定PI控制器的输出上限。

默认是500．

低-低输出限制

指定PI控制器的输出下限。

默认是-500年．

控制器样品时间

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

SP: 速度或扭矩设定点。速度设定点可以是一个阶跃函数，但速度变化率将遵循加/减速坡道。如果负载转矩和速度有相反的符号，加速转矩将是电磁转矩和负载转矩的和。
Tm或Wm: 机械输入:负载转矩(Tm)或电机转速(Wm)。对于机械转动端口(S)，该输入被删除。
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，该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

三相变流器的测量矢量。这个向量包含:

直流母线电压
整流器输出电流
逆变器输入电流

注意，电桥的所有电流和电压值都可以用万用表块。

Ctrl

控制器测量向量。这个向量包含:

转矩的参考
速度误差(速度参考坡道与实际速度之间的差值)
速度参考斜坡或扭矩参考

当输出总线模式参数设置为单输出总线，该块将Motor、Conv和Ctrl输出分组为单个总线输出。

模型规范

该库包含一个3马力和一个200马力驱动器参数集。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	1785转
	电压	220 V	460 V

例子

的ac3_example举例说明了一个AC3电机驱动模拟与标准负载条件的详细和平均值模型。

参考文献

[1] Bose, B. K。现代电力电子和交流驱动器．上马鞍河，新泽西州:Prentice-Hall, 2002。

[2]格里莱特、G.克拉克。Actionneurs规程．巴黎:Éditions Eyrolles, 1997。

[3]克劳斯，p.c.。电机分析．纽约:麦格劳-希尔出版社，1986年。

版本历史

介绍了R2006a