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BLDC HDL

具有梯形磁通分布的三相无刷直流电机

自 R2023b 起

库:
Motor Control Blockset HDL Support / 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。

电机构造

此图显示具有单个极对的电机。

永磁体产生的转子磁场会随着电机角度的变化而产生梯形磁通变化率。

对于轴约定,当电机角度 θr 为零时,相位 a 与 d 轴对齐。

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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包含模块配置参数的 BLDC HDL 模块的配置信号。有关组成参数的详细信息,请参阅 BLDC Configuration 模块中的配置输出端口描述。

数据类型: single

定子端电压 Va、Vb 和 Vc,以 V 为单位。

数据类型: single

根据多路复用配置输入中可用的端口配置参数定义的工作模式,该端口支持以下输入之一:

  • Tm - 电机轴上的负载转矩,以 N·m 为单位。

  • ωm - 电机的角速度,以弧度/秒为单位。

数据类型: single

总线信号,模块用它来重置内部积分器。

数据类型: Boolean

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

弧度/秒

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 相电流分别为 ia 、ib 和 ic ,以 A 为单位。

电机转矩 Tmtr,以 N·m 为单位。

电机的角速度 ωmtr,以弧度/秒为单位。

电机的电气位置 θe,以弧度为单位。

数据类型: single

参数

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连续的模块执行实例之间的固定时间间隔(以秒为单位)。您也可以使用 -1 从输入信号继承采样时间。

扩展功能

版本历史记录

在 R2023b 中推出