2.3. Моделирование двухконтурного электропривода с вентильным двигателем

Модель двухконтурного электропривода в программе SimPowerSystem системы MATLAB представлена на рис. 10. Модель содержит внешний контур скорости с ПИ-регулятором (PI), преобразователь из системы координат ротора d, q в трехфазную систему координат статора a, b, c (dq0_to_abc Transformation), инвертор с широтно-импульсным преобразователем (PWM invertor), синхронную машину с постоянным магнитом (Permanent Magnet Synchronous Machine), демультиплексор вектора измеренных параметров машины (Machines Measurement Demux), мультиплексоры (Mux), а также блоки тригонометрических функций (sin, cos) и средства измерения.

Блок dq0_to_abc Transformation определяет по проекциям токов на продольную ось d (i_d), поперечную ось q (i_q) и нулевой составляющей (i₀) заданные токи i_a, i_b, i_c в трех фазах статора в соответствии с уравнениями:

i_a = [i_d sin(_et) + i_q cos(_et) + i₀],

i_b = [i_d sin(_et – 2 / 3) + i_q cos(_et – 2 / 3) + i₀)], (27)

i_c = [i_d sin(_et + 2 / 3) + i_q cos(_et + 2 / 3) + i₀)],

где _e – электрическая угловая скорость поля статора.

На первый вход блока dq0_to_abc Transformation поступает вектор [i_d i_q i₀], на второй вход – вектор [sin(_et) cos(_et)]. Выход преобразователя координат представляет собой вектор сигналов задания токов фаз статора [i_a i_b i_с].

Блок PWM invertor формирует токи в фазах статорной обмотки синхронной машины с постоянным магнитом в соответствии с сигналами задания.

Блок Permanent Magnet Synchronous Machine работает в режиме двигателя или генератора. Положительный знак механического момента Т_m определяет двигательный режим, отрицательный – генераторный. Электрическая и механическая части машины представлены моделью пространства состояния второго порядка. Модель предполагает, что поток от постоянных магнитов в статоре синусоидален, что подразумевает синусоидальность электродвижущей силы.

Синхронная машина описывается следующими уравнениями, выраженными в системе координат ротора d, q.

Электрическая система:

(28)

где L_q, L_d – индуктивности по осям q и d;

R – активное сопротивление фазы статора;

i_q, i_d – токи по осям q и d;

V_q, V_d – напряжения по осям q и d;

_m – угловая скорость ротора;

_b – потокосцепление постоянного магнита ротора;

р – число пар полюсов;

Т_е – электромагнитный крутящий момент.

Механическая система:

(29)

где F – суммарный коэффициент вязкого трения ротора и нагрузки;

Т_m – механический момент на валу двигателя;

J – суммарный момент инерции ротора и нагрузки;

_m – угол поворота ротора.

3. Предварительное задание

3.1. Изучить особенности управления синхронным двигателем в схеме вентильного двигателя.

3.2. Построить структурную схему двухконтурного электропривода с вентильным двигателем.

3.3. Изучить основные блоки модели двухконтурного электропривода с вентильным двигателем.