Перевод справки пакета SimPowerSystems программы Matlab / powersysSmall

Parallel RLC Load (параллельная RLC нагрузка)

Назначение: Моделируетпараллельную RLC нагрузку.

Библиотека: Elements (элементы)

Описание: Блок Parallel RLC Load (параллельная RLC нагрузка), моделируетлинейную нагрузку для комбинации RLC элементов соединенных параллельно. Для заданной частоты нагрузка покажетпостоянное полное сопротивление, и ее мощность будетпропорциональна квадрату прикладываемого напряжения.

Только элементы параметры, которых не равны нулю будутпоказаны на изображении блока.

Диалоговое окно ипараметры:

Nominal voltage Vn: Номинальное напряжение нагрузки, в Вольтах (действующее).

Nominal frequency fn: Номинальная частота, в Герц (Гц). Active power P: Активная мощность нагрузки, в ваттах.

Inductive reactive power QL: Индуктивная реактивная мощность QL, в ВАР. Вводите положительное значение, или ноль.

311

Capacitive reactive power QC: Емкостная реактивная мощность QС, в ВАР. Вводите положительное значение, или ноль.

Measurements: Выберите Branch voltage (напряжение ветви), чтобы измерить напряжение на выходе блока Parallel RLC Load (параллельная RLC нагрузка).

Выберите Branch current (ток ветви), чтобы измерить ток, текущий через блок Parallel RLC Load (параллельная RLC нагрузка).

Выберите Branch voltage and current (напряжение и ток ветви), чтобы измерить напряжение и ток блока Parallel RLC Load (параллельная RLC нагрузка).

Поместите блок Multimeter (мультиметр), чтобы просмотреть выбранные кривые, получаемые в течение моделирования. Вполе Available Measurement (доступные измерения) блока Multimeter (мультиметр), будетпредставлены измерения, обозначенные, как показано в таблице ниже, сопровождаемые именем блока:

Пример:

Следующая схема используетблок Parallel RLC Load (параллельная RLC нагрузка), чтобы смоделировать нагрузку. Этотпример доступен в фай-

ле psbparalload.mdl.

См. также: Parallel RLC Branch, (параллельная RLC ветвь), Series RLC Load (последовательная RLC нагрузка), Series RLC Branch (последовательная RLC ветвь)

312

Permanent Magnet Synchronous Machine (синхроннаямашина спо-

стоянными магнитами)

Назначение: Моделируетдинамику трехфазной синхронной машины с постоянными магнитами с синусоидальным распределением потока.

Библиотека: Machines (машины)

Описание: Блок Permanent Magnet Synchronous Machine (синхронная машина с постоянными магнитами) работаетв генераторном или двигательном режиме. Режим работы определяется знаком механического вращающего момента (положительным для двигательного режима, отрицательным для генераторного режима). Электрическая и механическая часть машины представлена моделью state-space (режим-пространство) второго порядка.

Модель предполагает, что поток, выработанный постоянными магнитами в статоре, является синусоидальным, что подразумевает, что электродвижущие силы являются синусоидальными.

Блок моделируетследующие уравнения, выраженные в роторной системе отсчёта (dq координаты).

Электрическая часть

где (все переменные в роторной системе отсчета приведены к статору): Lq, Ld: индуктивность осей q и d

R: сопротивление обмоток статора

iq, id: токи осей q и d

vq, vd: напряжение осей q и d

ωr: угловая скорость ротора

λ: амплитуда потока, производимого постоянными магнитами ротора в фазах статора

p: число пар полюсов

Te: электромагнитный вращающий момент

313

Механическая часть

где:

J: суммарная инерция ротора и нагрузки

F: объединенное вязкое трение ротора и нагрузки q: угловое положение ротора

Tm : механический вращающий моментвала

Диалоговое окно ипараметры:

Resistance: Сопротивление статора R (Ом).

314

Inductances: Индуктивность статора оси d и оси q – Ld и Lq (Гн).

Flux induced by magnets: Постоянный поток λ (Вб) индуцированный магнитами в обмотках статора.

Mechanical: Суммарная инерция машины и нагрузки J (кг·м2), суммарный коэффициентвязкого трения F (Н·м·с), и число пар полюсов p.

Входы и выходы:

Первые три входа – статорные обмотки машины, подключаемые к электросети. Четвертый вход – механический вращающий моментна вале машины (сигнал Simulink). Обычно на этотвход подается положительный сигнал,

потому что блок Permanent Magnet Synchronous Machine (синхронная ма-

шина с постоянными магнитами) обычно используется как двигатель. Однако Вы можете подавать отрицательный вращающий момент, если Вы хотите использовать блок в генераторном режиме.

Выходы блока – вектор, содержащий следующие 10 переменных (все токи, текущие машине):

1-3: линейные токи – ia, ib иic, в A

4-5: токи осей q и d – iq и id, в A

6-7: напряжения осей q и d – vq и vd, в V

8: механическая скорость ротора ωr, в рад/с

9: механический угол ротора θ, в рад

10: электромагнитный вращающий момент Te, в Н·м

Эти переменные могутбыть демультиплексированы, используя специальный блок Machines Measurement Demux (демультиплексирование измерений машин), который находится в библиотеке Machines (машины).

Допущения:

Блок Permanent Magnet Synchronous Machine (синхронная машина с постоянными магнитами) не учитывает насыщение в железе ротора и статора, а используетлинейную магнитную цепь. Это насыщение можно не учи-

315

тывать, из-за большого воздушного зазора, в постоянных магнитах синхронной машины.

Пример:

Этотпример иллюстрирует использование блока Permanent Magnet Synchronous Machine (синхронная машина с постоянными магнитами) в двигательном режиме с устройством регулирования с обратной связью, полностью построенной на блоках Simulink. Связь с блоками библиотеки powerlib сделана, с помощью блока Controlled Voltage Source (регулируемый источник напряжения) из библиотеки Electrical Sources (электрические источники). Система состоитиз PWM (ШИМ) инвертора, построенного с помощью идеальных выключателей (Simulink блок – Relay (реле)). Используется двух контурная система управления; внутренний контур регулируетлинейные токи двигателя, а внешний контур регулируетскорость двигателя. Более детально разработанные и эффективные системы управления для блока Permanent Magnet Synchronous Machine (синхронная машина с постоянными магнитами) могутбыть найдены, например в [1]. Первоначально механический вращающий моментна валу двигателя равен 3 Н·с (номинальное значение), при t=0.04 секунд происходитсброс нагрузки до 1 Н·м. Параметры машины те, которые показаны в диалоговом окне представленном выше.

Double click on the Help button (?) for details

Откройте диаграмму Simulink, напечатав psbpmmotor или выбрав Permanent Magnet Synchronous Machine (синхронная машина с постоянными магнитами) в группе Demos (демонстрационные примеры) в библиотеке powerlib. Установите параметры моделирования следующим образом:

Integrator type (тип интегратора): Stiff (жесткий), ode15s

Stop time (время остановки моделирования): 0.06 s

Integration options (опции интегрирования): Используйте опции по умолчанию, кроме относительной погрешности, которая должна быть установлена в 1e-3.

316

Запустите моделирование. Как только моделирование закончится, можно посмотреть кривые скорости, тока и момента машины.

При пуске двигателя вращающий моментувеличивается до 32 Н·м, затем быстро, стабилизируется до своего номинального значения (3 Н·м), при t=0.04 происходитсброс нагрузки, вращающий моментнемного колеблется, перед его стабилизацией к новому значению (1 Н·м).

Что касается скорости, Вы видите, что она, при пуске, стабилизируется весьма быстро и сброс нагрузки на нее не влияет.

Токи, при пуске двигателя, высоки, подобно вращающему моменту, но быстро стабилизируются к их номинальному значению, при t=0.04 происходитсброс нагрузки, токи немного колеблются перед их стабилизацией к более низкому значению, что соответствуетуменьшенному вращающему моменту.

Литература

[1] Grenier D., L.-A. Dessaint, O. Akhrif, Y. Bonnassieux, and B. LePioufle, “Experimental Nonlinear Torque Control of a Permanent Magnet Synchronous

317

Motor Using Saliency”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 44, No. 5, October 1997, pp. 680-687.

318

PI Section Line (линии pi секций)

Назначение: Моделируетоднофазную линию электропередач с сосредоточенными параметрами.

Библиотека: Elements (элементы)

Описание: Блок PI Section Line (линии pi секций) моделируетоднофазную линию электропередач с сосредоточенными параметрами в pi секциях.

Для линии электропередачи, сопротивление, индуктивность и емкость равномерно распределены по линии. Приблизительная модель линии с распределенными параметрами получается при каскадировании нескольких идентичных pi секций, как показано на рисунке ниже.

секция 1

Вотличие отблока Distributed Parameter Line (линия c распределенными параметрами), который имеетбесконечное число состояний, линейная модель pi секции имеетконечное число состояний, которая разрешаетвычислять линейную модель state-space (режим пространство). Число используемых секций, зависитотчастотного диапазона, который надо исследовать.

Хорошее приближение максимального частотного диапазона исследуемого моделью pi линии рассчитывается следующим уравнением

N v

fmax = 8 l

где:

N = число pi секций

v = скорость распространения в км/с = 1 LC , L в Гн/км, C в Ф/км

l = длина линии в км

Например, для 100–километровой воздушной линии, имеющей скорость распространения 300000 км/с, максимальный частотный диапазон, представленный однофазной pi секцией – приблизительно 375 Гц. Для того чтобы изучить взаимодействия между энергосистемой и системой управления, этой

319

простой модели будетдостаточно. Однако для изучения бросков тока при переключениях, включающих высокочастотные переходные процессы в килогерцовом диапазоне, должны использоваться намного более короткие pi секции. Фактически, точные результаты были бы получены, используя модель линии с распределенными параметрами.

Диалоговое окно ипараметры:

Frequency used for RLC specifications: Частота, используемая для вы-

числения параметров линии, в герц (Гц).

Resistance per unit length: Сопротивление на единицу длины линии, в Омах на км (Ом/км).

Inductance per unit length: Индуктивность на единицу длины линии, в генри на км (Гн/км).

Capacitance per unit length: Емкость на единицу длины линии, в фарадах на км (Ф/км).

Length: Длина линии, в км.

320