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BLDC

具有梯形磁通分布的三相无刷直流电机

自 R2023a 起

库:
Motor Control Blockset / Electrical Systems / Motors

描述

BLDC 模块实现三相无刷直流 (BLDC) 电机,其梯形反电动势在电相位差为 120 度的位置范围内保持恒定。该模块使用三相输入电压来调节各相电流,从而控制电机转矩或转速。

默认情况下,该模块将 Simulation type 参数设置为 Continuous 以便在仿真期间使用连续采样时间。如果您要将模块用于定步长仿真,请将参数设置为 Discrete。然后指定 Sample time (s) 参数。

电机构造

此图显示具有单个极对的电机。

永磁体产生的电机磁场会随着电机角度的变化而产生梯形磁通变化率。

对于坐标轴约定,当电机角度 θr 为零时,a 相位和永磁磁通对齐。

三相正弦模型电气系统

该模块使用由以下变换方程定义的 d’q’ 参考系,而不是标准的 dq 参考系。

vd'=23((vaRiaEa)cosθe+(vbRibEb)cos(θe2π3)+(vcRicEc)cos(θe+2π3))

vq'=2π3((vaRiaEa)sinθe+(vbRibEb)sin(θe2π3)+(vcRicEc)sin(θe+2π3))

Ea=PωmψaθeEb=PωmψbθeEc=Pωmψcθe

ia=id'cosθeiq'sinθeib=id'cos(θe2π3)iq'sin(θe2π3)ic=id'cos(θe+2π3)iq'sin(θe+2π3)

该模块实现以下在 BLDC 电机的 dq 和 d’q’ 参考系中表示的方程。电机参考系中的所有量都与定子相位 A 相关。

ωe=Pωmddtid'=1Ldvd'+LqLdPωmiq'

ddtiq'=1Lqvq'LdLqPωmid'

Te=1.5P((LdLq)id'iq')+P(ψaθeia+ψbθeib+ψcθeic)

下表描述了在这些方程中使用的变量。

Lq, Ld

q 轴和 d 轴电感 (H)

R

定子绕组的电阻(欧姆)

iq', id'

q' 轴和 d' 轴电流 (A)

vq', vd'

q' 轴和 d' 轴电压 (V)

ωm

电机的机械角速度(弧度/秒)

ωe

电机的电气角速度(弧度/秒)

P

极对数

Te

电磁转矩 (Nm)

Θe

电气角(弧度)

Va, Vb, Vc

定子相位 A、B 和 C 电压 (V)

ia, ib, ic

定子相位 A、B 和 C 电流 (A)

Ea, Eb, Ec

定子相位 A、B 和 C 的反电动势 (V/m/s)

Ψa, Ψb, Ψc

链接每个定子绕组的总磁通 (Wb)

机械系统

电机角速度由下式给出:

ddtωm=1J(TeTfFωmTm)dθmdt=ωm

上述方程用到了以下变量。

J

电机和负载的组合惯量 (kgm^2)

F

电机和负载的组合粘性摩擦(N·m/(弧度/秒))

θm

电机机械角位置(弧度)

Tm

电机轴转矩 (Nm)

Te

电磁转矩 (Nm)

Tf

电机轴静态摩擦转矩 (Nm)

ωm

电机的机械角速度(弧度/秒)

梯形磁通变化率

永磁体产生的转子磁场会随着转子角度的变化而产生梯形磁通变化率。此图显示三相 BLDC 电机三个相位的磁通变化率。

端口

输入

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电机轴上的负载转矩 Tm,以 N·m 为单位。

依存关系

要启用此端口,请将 Mechanical input configuration 参数设置为 Torque

电机的角速度 ωm,以弧度/秒为单位。

依存关系

要启用此端口,请将 Mechanical input configuration 参数设置为 Speed

定子端电压 Va、Vb 和 Vc,以 V 为单位。

输出

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总线信号包含以下模块计算。

信号 描述变量单位

IaStator

定子相电流 A

ia

A

IbStator

定子相电流 B

ib

A

IcStator

定子相电流 C

ic

A

IdSync

d' 轴电流

id'

A

IqSync

q' 轴电流

iq'

A

VdSync

d' 轴电压

vd'

V

VqSync

q' 轴电压

vq'

V

MtrSpd

电机的机械角速度

ωm

rad/s

MtrPos

电机的机械角位置

θm

弧度

MtrTrq

电磁转矩

Te

N·m

MtrHall

霍尔传感器输出

--

BackEMF

电机中生成的反电动势Ea, Eb, Ec

V/m/s

a、b、c 相电流 ia、ib 和 ic,以 A 为单位。

电机转矩 Tmtr,以 N·m 为单位。

依存关系

要启用此端口,请将 Mechanical input configuration 参数设置为 Speed

电机的角速度 ωmtr,以弧度/秒为单位。

依存关系

要启用此端口,请将 Mechanical input configuration 参数设置为 Torque

参数

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模块选项

下表总结了端口配置。

端口配置创建输入端口创建输出端口

Torque

LdTrq

MtrSpd

Speed

Spd

MtrTrq

默认情况下,模块在仿真期间使用连续采样时间。如果要为单精度目标生成代码,请将该参数设置为 Discrete

离散仿真的积分采样时间,以秒为单位。

依存关系

要启用此参数,请将 Simulation type 设置为 Discrete

参数

电机极对 P。

每相位的定子电阻 Rs,以欧姆为单位。

d 轴上的定子电感 Ld,以 H 为单位。

q 轴上的定子电感 Lq,以 H 为单位。

永磁链常量 λpm,以 Wb 为单位。

转子惯量 J,以 kg.m^2 为单位。

粘性阻尼 F,以 N·m/(弧度/秒)为单位。

静态摩擦 Tf,以 N·m 为单位。

初始值

d 轴初始电流 id',以 A 为单位。

q 轴初始电流 iq',以 A 为单位。

电机的初始角位置 θm0,以弧度为单位。

电机的初始角速度 ωm0,以弧度/秒为单位。

依存关系

要启用此参数,请将 Mechanical input configuration 设置为 Torque

版本历史记录

在 R2023a 中推出