电机数学模型.pdf
《电机数学模型.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电机数学模型.pdf(11页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、 电机数学模型 YUKI was compiled on the morning of December 16,2020 电机数学模型 以二相导通星形三相六状态为例,分析 BLDC 的数学模型及电磁转矩等特性。为了便于分析,假定:a)三相绕组完全对称,气隙磁场为方波,定子电流、转子磁场分布皆对称;b)忽略齿槽、换相过程和电枢反应等的影响;c)电枢绕组在定子内表面均匀连续分布;d)磁路不饱和,不计涡流和磁滞损耗。则三相绕组的电压平衡方程可表示为:uaubuc=r000r000riaibic+LMMMLMMMLpiaibic+eaebec(1)式中:ua,ub,uc为定子相绕组电压(V);ia,i
2、b,ic为定子相绕组电流(A);ea,eb,ec为定子相绕组电动势(V);L为每相绕组的自感(H);M 为每相绕组间的互感(H);p 为微分算子p=d/dt。三相绕组为星形连接,且没有中线,则有 ia+ib+ic=0(2)Mia+Mib+Mic=0(3)得到最终电压方程:uaubuc=r000r000riaibic+L M000L M000L Mpiaibic+eaebec(4)图.无刷直流电机的等效电路 无刷直流电机的电磁转矩方程与普通直流电动机相似,其电磁转矩大小与磁通和电流幅值成正比 Te=eaia+ebib+ecic1(5)所以控制逆变器输出方波电流的幅值即可以控制 BLDC 电机的转
3、矩。为产生恒定的电磁转矩,要求定子电流为方波,反电动势为梯形波,且在每半个周期内,方波电流的持续时间为 120电角度,梯形波反电动势的平顶部分也为 120电角度,两者应严格同步。由于在任何时刻,定子只有两相导通,则:电磁功率可表示为:Pe eaia+ebib+ecic=2EsIs(6)电磁转矩又可表示为:Te=Pe=2EsIs(7)无刷直流电机的运动方程为:Te TL B=Jddt=JP(8)其中Te为电磁转矩;TL为负载转矩;B为阻尼系数;为电机机械转速;J 为电机的转动惯量。传递函数:无刷直流电机的运行特性和传统直流电机基本相同,其动态结构图可以采用直流电机通用的动态结构图,如图所示:图2
4、.无刷直流电机动态结构图 由无刷直流电机动态结构图可求得其传递函数为:n(s)=K11+TmsU(s)K21+TmsTL 式中:K1为电动势传递系数,K1=1Ce,Ce为电动势系数;K2为转矩传递函数,K1=RCeCt,R 为电动机内阻,Ct 为转矩系数;Tm为电机时间常数,Tm=RGD2365CeCt,G为转子重量,D为转子直径。基于 MATLAB的 BLDC 系统模型的建立 在 Matlab 中进行 BLDC 建模仿真方法的研究已受到广泛关注,已有提出采用节点电流法对电机控制系统进行分析,通过列写 m 文件,建立 BLDC 仿真模型,这种方法实质上是一种整体分析法,因而这一模型基础上修改控
5、制算法或添加、删除闭环就显得很不方便;为了克服这一不足,提出在 Matlab/Simulink 中构造独立的功能模块,通过模块组合进行 BLDC 建模,这一方法可观性好,在原有建模的基础上添加、删除闭环或改变控制策略都十分便捷,但该方法采用快速傅立叶变换(FFT)方法求取反电动势,使得仿真速度受限制。本文提出了一种新型的 BLDC 建模方法,将控制单元模块化,在 Matlab/Simulink建立独立的功能模块:BLDC 本体模块、电流滞环控制模块、速度控制模块、参考电流模块、转矩计算模块和电压逆变模块,对这些功能模块进行有机整合,即可搭建出无刷直流电机系统的仿真模型。在建模过程中,梯形波反电
6、动势的求取方法一直是较难解决的问题27,28,本文采用分段线性法成功地化解了这一难点,克服了建模方法存在的不足。Matlab6.5针对电气传动控制领域所设计的工具箱 SimPowerSystemToolbox2.3已提供了 PMSM 的电机模型,但没有给出 BLDC 的电机模型。因此,本文在分析无刷直流电机数学模型的基础上,借助于 Matlab 强大的仿真建模能力,在 Matlab/Simulink 中建立了 BLDC 控制系统的仿真模型。BLDC 建模仿真系统采用双闭环控制方案:下即为 BLDC 建模的整体控制框图,其中主要包括:BLDC 本体模块、电流滞环控制模块、速度控制模块、参考电流模
7、块、转矩计算模块和电压逆变模块。BLDC 本体结构(1)BLDCM 本体模块 在整个控制系统的仿真模型中,BLDCM 本体模块是最重要的部分,该模块根据 BLDC 电压方程式(4)求取 BLDC 三相相电流,结构框图如图所示 图.BLDCM 本体模块结构框图及其封装形式 在整个控制系统的仿真模型中,BLDC 本体模块是最重要的部分,该模块根据 BLDC 电压方程式(2-4)求取 BLDC 三相相电流,而要获得三相相电流信号 ia,ib,ic,必需首先求得三相反电动势信号 ea,eb,ec控制框图如图 2-11所示。而 BLDC 建模过程中,梯形波反电动势的求取方法一直是较难解决的问题,反电动势
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电机 数学模型
限制150内