首页 > 解决方案 > 能源 > MapleSim_永 MapleSim_永磁同步电机(PMSM)整合电和热元件的应用

本文为MapleSim永磁同步电机(PMSM)的应用范例,利用MapleSim参数化模型加上控制器进行控制仿真、其中考虑热损失并进行功率消耗计算,测量出电机的实际输出。其整体模型包括以下模块,结构如图一所示:

1.永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor-PMSM)系统,将电能转换为机械能输出。

2.变频器(Inverter),功能是将直流电(DC)转换为交流电(AC),供PMSM使用。

3.PWMGenerator:PWM信号生成器。

4.PMSMController:PMSM控制模块,进行三相坐标转换。

5.AVGPLOSS:功率损耗计算模块,主要对连接的热力系统进量Inverter装置的热输出,并转换计算其功率损耗。


图一: PMSM Control_Speed_Switching

在电力电子系统中,热效应往往作为不可忽略的影响存在。目前普遍在进行电力电子系统仿真分析时,由于热效应的测量不容易或往往被忽略,所以仿真分析结果均无法真实反映实际情况。

MapleSim 提供了多领域物理元件和参数化建模的的功能,可以将不同领域的系统整合在同一环境中进行仿真分析,因此能提供与实际相符的仿真分析结果。

在电力电子中,使用模拟电路元件时伴有热效应产生,所以需要考虑此类型元件的热效应。我们可以利用将元件中的useHeatPort参数项设为True,即可打开该元件热效应的端口。此元件的HeatPort可与热力学库中的相关元件连接,进行测量或计算此元件使用时所产生的热输出。元件的HeatPort示意图如下图二所示:


图二:Ideal Dioad元件

当启用元件的HeatPort功能,则其热输出效应应等于所产生的功率损失。所以当考虑此功率损失时,即可精确计算系统的实际功率输出。当元件考虑热输出时,其元件的温度即可由与连接的热力学元件获得。当不启用热输出功能时,则其装置的操作温度则由元件的温度参数T所决定。其初始设定值为293.15K(20℃)。

应用一定常直流电压输入到Inverter,将其转换为交流电压供PMSM使用,并考虑其间的热输出损失。Inverter系统内部架构如图三所示,红色线代表组件之热输出,经由外部的热流传感器测量热输出之后,进入AVGPLOSS模块中计算功率损失。


图三: Inverter示意图
整个系统输入一阶跃信号,从0 RPM开始,经过0.1秒之后,系统保持在500 RPM速度输出。系统中变频器的温度变化测量、产生的功率损失、电流、以及马达输出扭矩结果如下图所示:


a.速度控制要求 


b. Inverter输出电流信号

 
c. 温度变化效应


d. 热流输出测量值


e. 功率损失


f. 电机输出扭矩

总结:MapleSim提供多领域物理系统和参数化建模的优势,提供广泛的元件,可以应用到广泛的领域,提高功能,以及真实的仿真结果,是进行相关领域研究不可或缺的工具!