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PMSM HDL

具有正弦反电动势的三相永磁同步电机

自 R2022b 起

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

描述

PMSM HDL 模块实现具有正弦反电动势的三相永磁同步电机 (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。

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 PMSM 参数和工作模式。您还可以使用 PMSM 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。

电机构造

下列各图显示内置式和表贴式 PMSM 构造,且电机上有一个单极点对。

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 θr 为零时,相位 a 与 d 轴对齐。

三相正弦模型电气系统

该模块实现在电机磁通参考系(dq 系)中表达的下列方程。电机参考系中的所有量都以定子为参考。

ωe=Pωmddtid=1LdvdRLdid+LqLdPωmiq

ddtiq=1LqvqRLqiqLdLqPωmidλpmPωmLq

Te=1.5P[λpmiq+(LdLq)idiq]

由于电机电磁的凸极率,Lq 和 Ld 电感表示相电感和电机位置之间的关系。对于表贴式 PMSM,Ld=Lq

上述方程用到了以下变量。

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)

λpm

永磁磁链(Wb)

Ke

反电动势 (EMF)(Vpk_LL/krpm,其中 Vpk_LL 是线电压峰值)

Kt

转矩常量 (N·m/A)

P

极对数

Te

电磁转矩 (Nm)

Θe

电气角(弧度)

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

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

Pmot

Pmot= ωmTe
PwrBus

电功率

Pbus

Pbus= vania+ vbnib+vcnic

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

Pelec

Pelec= 32(Rsisd2+Rsisq2)
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 

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

Pstr

Pstr= Pbus+ Pmot+ Pelec + Pmech

上述方程用到了以下变量。

Rs

定子电阻(ohm)

ia, ib, ic

定子相位 a、b 和 c 电流 (A)

isq, isd

定子 q 轴和 d 轴电流 (A)

van, vbn, vcn

定子相位 a、b 和 c 电压 (V)

ωm

电机的机械角速度(弧度/秒)

F

电机和负载组合粘性阻尼 N·m/(弧度/秒)

Te

电磁转矩 (Nm)

Tf

电机和负载组合摩擦转矩 (Nm)

端口

输入

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包含模块配置参数的 PMSM HDL 模块的配置信号。有关组成参数的详细信息,请参阅 PMSM Configuration 模块的配置输出。

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

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

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

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 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 R2022b 中推出