Interior PMSM

具有正弦反电动势的三相内置式永磁同步电机

库:
Powertrain Blockset / Propulsion / Electric Motors and Inverters
Motor Control Blockset / Electrical Systems / Motors

描述

Interior PMSM 模块可实现具有正弦反电动势的三相内置式永磁同步电机 (PMSM)。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。如果要为定步长双精度和单精度目标生成代码，请考虑将参数设置为 Discrete。然后指定 Sample Time, Ts 参数。

在 Parameters 选项卡上，如果您选择 Back-emf，模块将实现以下方程来计算永磁链常量。

$λ_{p m} = \frac{1}{\sqrt{3}} \cdot \frac{K_{e}}{1000 P} \cdot \frac{60}{2 π}$

电机构造

下图显示电机上具有单极对的电机构造。

永磁体产生的电机磁场会随着电机角度的变化而产生正弦磁通变化率。

对于轴约定，当电机角度 θ_r 为零时，a 相位和永磁通对齐。

三相正弦模型电气系统

该模块实现下列方程，以电机磁通参考系（dq 系）表示。电机参考系中的所有量均以定子为参考。

$\begin{array}{l} ω_{e} = P ω_{m} \\ \frac{d}{d t} i_{d} = \frac{1}{L_{d}} v_{d} - \frac{R}{L_{d}} i_{d} + \frac{L_{q}}{L_{d}} P ω_{m} i_{q} \end{array}$

$\frac{d}{d t} i_{q} = \frac{1}{L_{q}} v_{q} - \frac{R}{L_{q}} i_{q} - \frac{L_{d}}{L_{q}} P ω_{m} i_{d} - \frac{λ_{p m} P ω_{m}}{L_{q}}$

$T_{e} = 1.5 P [λ_{p m} i_{q} + (L_{d} - L_{q}) i_{d} i_{q}]$

由于电机的凸极率，L_q 和 L_d 电感表示相电感和电机位置之间的关系。

上述方程用到了以下变量。

L_q, L_d	q 轴和 d 轴电感 (H)
R	定子绕组的电阻（欧姆）
i_q, i_d	q 轴和 d 轴电流 (A)
v_q, v_d	q 轴和 d 轴电压 (V)
ω_m	电机的机械角速度（弧度/秒）
ω_e	电机的电气角速度（弧度/秒）
λ_pm	永磁链常量 (Wb)
K_e	反电动势 (EMF)（Vpk_LL/krpm，其中 Vpk_LL 是线电压峰值）
P	极对数
T_e	电磁转矩 (Nm)
Θ_e	电气角（弧度）

机械系统

电机角速度由下式给出：

$\begin{matrix} \frac{d}{d t} ω_{m} = \frac{1}{J} (T_{e} - T_{f} - F ω_{m} - T_{m}) \\ \frac{d θ_{m}}{d t} = ω_{m} \end{matrix}$

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））
θ_m	电机机械角位置（弧度）
T_m	电机轴转矩 (Nm)
T_e	电磁转矩 (Nm)
T_f	电机轴静态摩擦转矩 (Nm)
ω_m	电机的机械角速度（弧度/秒）

功率计算

对于功率计算，该模块实现下列方程。

总线信号			描述	变量	方程
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd` - 模块之间传输的功率正信号表示流入模块负信号表示流出模块	`PwrMtr`	机械功率	P_mot	$P_{m o t} = - ω_{m} T_{e}$
	`PwrTrnsfrd` - 模块之间传输的功率正信号表示流入模块负信号表示流出模块	`PwrBus`	电功率	P_bus	$P_{b u s} = v_{a n} i_{a} + v_{b n} i_{b} + v_{c n} i_{c}$
	`PwrNotTrnsfrd` - 功率越过模块边界，但未传输正信号表示输入负信号表示损失	`PwrElecLoss`	电阻功率损失	P_elec	$P_{e l e c} = - \frac{3}{2} (R_{s} i_{s d}^{2} + R_{s} i_{s q}^{2})$
	`PwrNotTrnsfrd` - 功率越过模块边界，但未传输正信号表示输入负信号表示损失	`PwrMechLoss`	机械功率损失	P_mech	当 Port Configuration 设置为 Torque 时： $P_{m e c h} = - (ω_{m}^{2} F + \| ω_{m} \| T_{f})$ 当 Port Configuration 设置为 Speed 时： $P_{m e c h} = 0$
	`PwrStored` - 储存的能量变化率正信号表示增加负信号表示减少	`PwrMtrStored`	储存的电机功率	P_str	$P_{s t r} = P_{b u s} + P_{m o t} + P_{e l e c} + P_{m e c h}$

上述方程用到了以下变量。

R_s	定子电阻（欧姆）
i_a, i_b, i_c	定子相 a、b 和 c 电流 (A)
i_sq, i_sd	定子 q 轴和 d 轴电流 (A)
v_an, v_bn, v_cn	定子相 a、b 和 c 电压 (V)
ω_m	转子的机械角速度（弧度/秒）
F	电机和负载组合粘性阻尼（N·m/（弧度/秒））
T_e	电磁转矩 (Nm)
T_f	电机和负载组合摩擦转矩 (Nm)

振幅不变的 dq 变换

该模块使用下列方程来实现幅值不变的 dq 变换，以确保 dq 和三相振幅相等。

$[\begin{matrix} v_{s d} \\ v_{s q} \end{matrix}] = \frac{2}{3} [\begin{matrix} cos (Θ_{d a}) & cos (Θ_{d a} - \frac{2 π}{3}) & cos (Θ_{d a} + \frac{2 π}{3}) \\ - sin (Θ_{d a}) & - sin (Θ_{d a} - \frac{2 π}{3}) & - sin (Θ_{d a} + \frac{2 π}{3}) \end{matrix}] [\begin{matrix} v_{a} \\ v_{b} \\ v_{c} \end{matrix}]$

$[\begin{matrix} i_{a} \\ i_{b} \\ i_{c} \end{matrix}] = [\begin{matrix} cos (Θ_{d a}) & - sin (Θ_{d a}) \\ \begin{matrix} cos (Θ_{d a} - \frac{2 π}{3}) \\ cos (Θ_{d a} + \frac{2 π}{3}) \end{matrix} & \begin{matrix} - sin (Θ_{d a} - \frac{2 π}{3}) \\ - sin (Θ_{d a} + \frac{2 π}{3}) \end{matrix} \end{matrix}] [\begin{matrix} i_{s d} \\ i_{s q} \end{matrix}]$

上述方程用到了以下变量。

Θ_da	dq 定子相对于转子 a 轴的电角（弧度）
v_sq, v_sd	定子 q 轴和 d 轴电压 (V)
i_sq, i_sd	定子 q 轴和 d 轴电流 (A)
v_a, v_b, v_c	定子电压相位 a、b、c (V)
i_a, i_b, i_c	定子电流相位 a、b、c (A)

端口

输入

全部展开

LdTrq — 电机上的负载转矩
`scalar`

电机轴上的负载转矩 T_m，以 N·m 为单位。

依存关系

要创建此端口，请为 Port Configuration 参数选择 Torque。

Spd — 电机轴转速
`scalar`

电机的角速度 ω_m，以弧度/秒为单位。

依存关系

要创建此端口，请为 Port Configuration 参数选择 Speed。

PhaseVolt — 定子端电压
`1`×`3` 数组

定子端电压 V_a、V_b 和 V_c，以 V 为单位。

依存关系

要创建此端口，请为 Port Configuration 参数选择 Speed 或 Torque。

输出

全部展开

Info — 总线信号
总线

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	i_a	A
`IbStator`			定子相电流 B	i_b	A
`IcStator`			定子相电流 C	i_c	A
`IdSync`			直轴电流	i_d	A
`IqSync`			交轴电流	i_q	A
`VdSync`			直轴电压	v_d	V
`VqSync`			交轴电压	v_q	V
`MtrSpd`			电机的机械角速度	ω_m	rad/s
`MtrPos`			电机的机械角位置	θ_m	弧度
`MtrTrq`			电磁转矩	T_e	N·m
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd`	`PwrMtr`	机械功率	P_mot	W
	`PwrTrnsfrd`	`PwrBus`	电功率	P_bus	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrElecLoss`	电阻功率损失	P_elec	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrMechLoss`	机械功率损失	P_mech	W
	`PwrStored`	`PwrMtrStored`	储存的电机功率	P_str	W

PhaseCurr — a、b、c 相电流
`1`×`3` 数组

a、b、c 相电流 i_a、i_b 和 i_c，以 A 为单位。

MtrTrq — 电机转矩
`scalar`

电机转矩 T_mtr，以 N·m 为单位。

依存关系

要创建此端口，请为 Mechanical input configuration 参数选择 Speed。

MtrSpd — 电机转速
`scalar`

电机的角速度 ω_mtr，以弧度/秒为单位。

依存关系

要创建此端口，请为 Mechanical input configuration 参数选择 Torque。

参数

全部展开

模块选项

Mechanical input configuration — 选择端口配置
Torque (默认) | Speed

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`

Simulation type — 选择仿真类型
Continuous (默认) | Discrete

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，请考虑将该参数设置为 Discrete。

依存关系

将 Simulation type 设置为 Discrete 会创建 Sample Time, Ts 参数。

Sample Time (Ts) — 离散积分的采样时间
`0.001` (默认) | `scalar`

离散仿真的积分采样时间，以秒为单位。

依存关系

将 Simulation type 设置为 Discrete 会创建 Sample Time, Ts 参数。

加载参数

File — 电机参数 .m 或 .mat 文件的路径
文件名

输入您使用 Motor Control Blockset™ 参数估计工具保存的电机参数 .m 或 .mat 文件的路径。您也可以点击 Browse 按钮导航并选择 .m 或 .mat 文件，并用文件名和路径更新 File 参数。有关电机参数估计过程的详细信息，请参阅使用推荐的硬件估计 PMSM 参数。

Load from file - 点击此按钮以从 .m 或 .mat 文件（由 File 参数指示）读取估计的电机参数并将其加载到电机模块。
Save to file - 点击此按钮以从电机模块读取电机参数并将其保存到 .m 或 .mat 文件（使用您在 File 参数中指定的文件名和位置）。

注意

在您点击 Save to file 按钮之前，请确保 File 参数中的目标文件名具有 .m 或 .mat 扩展名。如果使用任何其他文件扩展名，模块将显示一条错误消息。

参数

Number of pole pairs (P) — 极对
`4` (默认) | `scalar`

电机极对 P。

Stator phase resistance per phase (Rs) — 电阻
`0.02` (默认) | `scalar`

每相的定子相电阻 R_s，以欧姆为单位。

Stator d-axis and q-axis inductance (Ldq) — 电感
`[1.7e-3 3.2e-3]` (默认) | `vector`

定子 d 轴和 q 轴电感 L_d、L_q，以 H 为单位。

Permanent flux linkage constant (lambda_pm) — 磁通
`0.2205` (默认) | `scalar`

永磁链常量 λ_pm，以 Wb 为单位。

Back-emf constant (Ke) — 反电动势
`scalar`

反电动势、电动势 K_e，以 Vpk_LL/krpm 为单位。Vpk_LL 是线电压峰值。

为了计算永磁链常量，该模块实现以下方程。

$λ_{p m} = \frac{1}{\sqrt{3}} \cdot \frac{K_{e}}{1000 P} \cdot \frac{60}{2 π}$

Physical inertia, viscous damping, and static friction (mechanical) — 惯量、阻尼、摩擦
`[0.002700,4.924e-4,0]` (默认) | `vector`

电机的机械属性：

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 T_f，以 N·m 为单位

依存关系

要启用此参数，请选择 Torque 配置参数。

初始值

Initial d-axis and q-axis current (idq0) — 电流
`[0 0]` (默认) | `vector`

初始 q 轴和 d 轴电流 i_q, i_d，以 A 为单位。

Initial mechanical position (theta_init) — 角
`0` (默认) | `scalar`

初始电机角位置 θ_m0，以弧度为单位。

Initial mechanical speed (omega_init) — 转速
`0` (默认) | `scalar`

电机的初始角速度 ω_m0，以弧度/秒为单位。

依存关系

要启用此参数，请选择 Torque 配置参数。

参考

[1] Kundur, P. Power System Stability and Control. New York, NY: McGraw Hill, 1993.

[2] Anderson, P. M. Analysis of Faulted Power Systems. Hoboken, NJ: Wiley-IEEE Press, 1995.

Interior PMSM

描述

电机构造

三相正弦模型电气系统

机械系统

功率计算

振幅不变的 dq 变换

端口

输入

LdTrq — 电机上的负载转矩 scalar

依存关系

Spd — 电机轴转速 scalar

依存关系

PhaseVolt — 定子端电压 1×3 数组

依存关系

输出

Info — 总线信号 总线

PhaseCurr — a、b、c 相电流 1×3 数组

MtrTrq — 电机转矩 scalar

依存关系

MtrSpd — 电机转速 scalar

依存关系

参数

Mechanical input configuration — 选择端口配置 Torque (默认) | Speed

Simulation type — 选择仿真类型 Continuous (默认) | Discrete

依存关系

Sample Time (Ts) — 离散积分的采样时间 0.001 (默认) | scalar

依存关系

File — 电机参数 .m 或 .mat 文件的路径 文件名

Number of pole pairs (P) — 极对 4 (默认) | scalar

Stator phase resistance per phase (Rs) — 电阻 0.02 (默认) | scalar

Stator d-axis and q-axis inductance (Ldq) — 电感 [1.7e-3 3.2e-3] (默认) | vector

Permanent flux linkage constant (lambda_pm) — 磁通 0.2205 (默认) | scalar

Back-emf constant (Ke) — 反电动势 scalar

Physical inertia, viscous damping, and static friction (mechanical) — 惯量、阻尼、摩擦 [0.002700,4.924e-4,0] (默认) | vector

依存关系

Initial d-axis and q-axis current (idq0) — 电流 [0 0] (默认) | vector

Initial mechanical position (theta_init) — 角 0 (默认) | scalar

Initial mechanical speed (omega_init) — 转速 0 (默认) | scalar

依存关系

参考

扩展功能

C/C++ 代码生成 使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

版本历史记录

另请参阅

主题

WeChat

LdTrq — 电机上的负载转矩
`scalar`

Spd — 电机轴转速
`scalar`

PhaseVolt — 定子端电压
`1`×`3` 数组

Info — 总线信号
总线

PhaseCurr — a、b、c 相电流
`1`×`3` 数组

MtrTrq — 电机转矩
`scalar`

MtrSpd — 电机转速
`scalar`

Mechanical input configuration — 选择端口配置
Torque (默认) | Speed

Simulation type — 选择仿真类型
Continuous (默认) | Discrete

Sample Time (Ts) — 离散积分的采样时间
`0.001` (默认) | `scalar`

File — 电机参数 .m 或 .mat 文件的路径
文件名

Number of pole pairs (P) — 极对
`4` (默认) | `scalar`

Stator phase resistance per phase (Rs) — 电阻
`0.02` (默认) | `scalar`

Stator d-axis and q-axis inductance (Ldq) — 电感
`[1.7e-3 3.2e-3]` (默认) | `vector`

Permanent flux linkage constant (lambda_pm) — 磁通
`0.2205` (默认) | `scalar`

Back-emf constant (Ke) — 反电动势
`scalar`

Physical inertia, viscous damping, and static friction (mechanical) — 惯量、阻尼、摩擦
`[0.002700,4.924e-4,0]` (默认) | `vector`

Initial d-axis and q-axis current (idq0) — 电流
`[0 0]` (默认) | `vector`

Initial mechanical position (theta_init) — 角
`0` (默认) | `scalar`

Initial mechanical speed (omega_init) — 转速
`0` (默认) | `scalar`

C/C++ 代码生成
使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。