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Induction Motor HDL

三相感应电机

自 R2022b 起

库:
Motor Control Blockset HDL Support / Electrical Systems / Motors

描述

Induction Motor HDL 模块实现三相感应电机。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。

该模块使用采样时间(秒) 参数为定步长双精度和单精度目标生成代码。它支持 FPGA 部署的代码生成并能生成 HDL 兼容代码。

您可以使用配置输入端口指定感应电机参数和工作模式。您还可以使用 Induction Motor Configuration 模块生成所需的配置信号,以在配置输入端口指定该信号。

三相正弦模型电气系统

该模块可实现在静止转子参考 (dq) 系中表示的方程。d 轴与 a 轴对齐。转子参考系中的所有量都是相对于定子来描述的。

该模块使用以下方程来计算电角速度 (ωem) 和转差速度 (ωslip)。

ωem=Pωmωslip= ωsynωem

为了计算相对于转子 A 轴 (dA) 的 dq 转子电角速度,该模块使用定子 a 轴 (da) 转速和转差速度之间的差值:

ωdA= ωda ωem

为了简化磁通、电压和电流变换的方程,该模块使用静止参考系:

ωda=0ωdA=ωem

计算方程
磁通

ddt[λsdλsq]= [vsdvsq] Rs[isdisq] ωda[0110][λsdλsq]ddt[λrdλrq]= [vrdvrq] Rr[irdirq] ωdA[0110][λrdλrq]

[λsdλsqλrdλrq]= [Ls00LsLm00LmLm00LmLr00Lr][isdisqirdirq]

电流

[isdisqirdirq]= (1Lm2 LrLs)[Lr00LrLm00LmLm00LmLs00Ls][λsdλsqλrdλrq]

电感

Ls= Lls+LmLr= Llr+Lm

电磁转矩

Te=PLm(isqird isdirq)

功率不变的 dq 变换,以确保 dq 和三相功率相等

[vsdvsq]= 23 [cos(Θda)cos(Θda2π3)cos(Θda+2π3)sin(Θda)sin(Θda2π3)sin(Θda+2π3)][vavbvc]

[iaibic]= 23  [cos(Θda)sin(Θda)cos(Θda2π3)cos(Θda+2π3)sin(Θda2π3)sin(Θda+2π3)][isdisq]

上述方程用到了以下变量。

ωm

转子的角速度(弧度/秒)

ωem

电气转子转速(弧度/秒)

ωslip

电气转子转差速度(弧度/秒)

ωsyn

同步转子转速(弧度/秒)

ωda

dq 定子相对于转子 a 轴的电角速度(弧度/秒)

ωdA

dq 定子相对于转子 A 轴的电角速度(弧度/秒)

Θda

dq 定子相对于转子 a 轴的电角(弧度)

ΘdA

dq 定子相对于转子 A 轴的电角(弧度)

Lq, Ld

q 轴和 d 轴电感 (H)

Ls

定子电感(H)

Lr

转子电感 (H)

Lm

磁化电感(H)

Lls

定子泄漏电感(H)

Llr

转子泄漏电感(H)

vsq, vsd

定子 q 轴和 d 轴电压 (V)

isq, isd

定子 q 轴和 d 轴电流 (A)

λsq, λsd

定子 q 轴和 d 轴磁通 (Wb)

irq, ird

转子 q 轴和 d 轴电流 (A)

λrq, λrd

转子 q 轴和 d 轴磁通 (Wb)

va, vb, vc

定子电压相位 a、b、c (V)

ia, ib, ic

定子电流相位 a、b、c (A)

Rs

定子绕组的电阻(欧姆)

Rr

转子绕组的电阻(欧姆)

P

极对数

Te

电磁转矩 (Nm)

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)

功率计算

对于电机功率计算,该模块实现下列方程。

总线信号 描述变量方程

PwrInfo

 

PwrMtr

机械功率

Pmot

Pmot= ωmTe
PwrBus

电功率

Pbus

Pbus= vania+ vbnib+vcnic
 PwrElecLoss

电阻功率损失

Pelec

Pelec= (Rsisd2+Rsisq2+Rrird2+Rrirq2)
PwrMechLoss

机械功率损失

Pmech

端口配置设置为转矩时:

Pmech= (ωm2F+ |ωm|Tf)

端口配置设置为转速时:

Pmech= 0 

 PwrMtrStored

储存的电机功率

Pstr

Pstr= Pbus+ Pmot+ Pelec + Pmech

上述方程用到了以下变量。

Rs

定子电阻(Ohm)

Rr

转子电阻(Ohm)

ia, ib, ic

定子相 a、b 和 c 电流 (A)

isq, isd

定子 q 轴和 d 轴电流 (A)

van, vbn, vcn

定子相 a、b 和 c 电压 (V)

ωm

转子的机械角速度(弧度/秒)

F

电机和负载的组合粘性阻尼(N·m/(弧度/秒))

Te

电磁转矩 (Nm)

Tf

电机和负载的组合摩擦转矩 (Nm)

端口

输入

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包含模块配置参数的感应电机 HDL 模块的配置信号。

数据类型: single

定子端电压 Va、Vb 和 Vc,以 V 为单位。

数据类型: single

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

重置总线信号,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

直轴电流

id

A

IqSync

交轴电流

iq

A

VdSync

直轴电压

vd

V

VqSync

交轴电压

vq

V

MtrSpd

转子的机械角速度

ωm

弧度/秒

MtrMechPos

转子机械角位置

θm

弧度

MtrPos

转子电角位置

θe

弧度

MtrTrq

电磁转矩

Te

N·m

PwrInfo

PwrTrnsfrd

PwrMtr

机械功率

Pmot

W
PwrBus

电功率

Pbus

W

PwrNotTrnsfrd

PwrElecLoss

电阻功率损失

Pelec

W
PwrMechLoss

机械功率损失

Pmech

W

PwrStored

PwrMtrStored

储存的电机功率

Pstr

W

相位 a、b 和 c 各自的电流 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 θdq,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 R2022b 中推出