1 | #LyX 1.6.7 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ |
---|
2 | \lyxformat 345 |
---|
3 | \begin_document |
---|
4 | \begin_header |
---|
5 | \textclass article |
---|
6 | \use_default_options true |
---|
7 | \language english |
---|
8 | \inputencoding auto |
---|
9 | \font_roman default |
---|
10 | \font_sans default |
---|
11 | \font_typewriter default |
---|
12 | \font_default_family default |
---|
13 | \font_sc false |
---|
14 | \font_osf false |
---|
15 | \font_sf_scale 100 |
---|
16 | \font_tt_scale 100 |
---|
17 | |
---|
18 | \graphics default |
---|
19 | \paperfontsize default |
---|
20 | \use_hyperref false |
---|
21 | \papersize default |
---|
22 | \use_geometry false |
---|
23 | \use_amsmath 1 |
---|
24 | \use_esint 1 |
---|
25 | \cite_engine basic |
---|
26 | \use_bibtopic false |
---|
27 | \paperorientation portrait |
---|
28 | \secnumdepth 3 |
---|
29 | \tocdepth 3 |
---|
30 | \paragraph_separation indent |
---|
31 | \defskip medskip |
---|
32 | \quotes_language english |
---|
33 | \papercolumns 1 |
---|
34 | \papersides 1 |
---|
35 | \paperpagestyle default |
---|
36 | \tracking_changes false |
---|
37 | \output_changes false |
---|
38 | \author "" |
---|
39 | \author "" |
---|
40 | \end_header |
---|
41 | |
---|
42 | \begin_body |
---|
43 | |
---|
44 | \begin_layout Title |
---|
45 | PMSM rovnice |
---|
46 | \end_layout |
---|
47 | |
---|
48 | \begin_layout Subsection* |
---|
49 | Odvození rovnic do |
---|
50 | \begin_inset Formula $dq$ |
---|
51 | \end_inset |
---|
52 | |
---|
53 | soustavy |
---|
54 | \end_layout |
---|
55 | |
---|
56 | \begin_layout Standard |
---|
57 | Rovnici pro napětí v obvodu statoru synchroního stroje lze zapsat jako |
---|
58 | \begin_inset Formula \[ |
---|
59 | u_{s}=R_{s}i_{s}+u_{i},\] |
---|
60 | |
---|
61 | \end_inset |
---|
62 | |
---|
63 | tedy součet napětí v obvodu (Ohmův zákon) a indukovaného napětí, přičemž |
---|
64 | veličiny jsou uvažovány komplexní. |
---|
65 | Vyjáříme-li indukované napětí, jako změnu toku v čase (Faradayův zákon |
---|
66 | elektromagnetické indukce) přejde rovnice na tvar |
---|
67 | \begin_inset Formula \[ |
---|
68 | u_{s}=R_{s}i_{s}+\frac{d\psi_{s}}{dt}.\] |
---|
69 | |
---|
70 | \end_inset |
---|
71 | |
---|
72 | Pro přechod do rotujícího souřadného systému předpokládáme obecně rotaci |
---|
73 | o úhel |
---|
74 | \begin_inset Formula $\varepsilon$ |
---|
75 | \end_inset |
---|
76 | |
---|
77 | , kterou provedeme vynásobením všech veličin operátorem rotace v komplexních |
---|
78 | číslech |
---|
79 | \begin_inset Formula $e^{j\varepsilon}$ |
---|
80 | \end_inset |
---|
81 | |
---|
82 | , kde |
---|
83 | \begin_inset Formula $j$ |
---|
84 | \end_inset |
---|
85 | |
---|
86 | značí komplexní jednotku. |
---|
87 | Tedy |
---|
88 | \begin_inset Formula \begin{eqnarray*} |
---|
89 | u_{s}e^{j\varepsilon} & = & R_{s}i_{s}e^{j\varepsilon}+\frac{d(\psi_{s}e^{j\varepsilon})}{dt},\\ |
---|
90 | u_{s}e^{j\varepsilon} & \text{=} & R_{s}i_{s}e^{j\varepsilon}+\frac{d\psi_{s}}{dt}e^{j\varepsilon}+\psi_{s}j\omega_{\varepsilon}e^{j\varepsilon},\\ |
---|
91 | u_{s} & \text{=} & R_{s}i_{s}+\frac{d\psi_{s}}{dt}+\psi_{s}j\omega_{\varepsilon},\end{eqnarray*} |
---|
92 | |
---|
93 | \end_inset |
---|
94 | |
---|
95 | kde symbol |
---|
96 | \begin_inset Formula $\omega_{\varepsilon}$ |
---|
97 | \end_inset |
---|
98 | |
---|
99 | označuje úhlovou rychlost -- změnu úhlu |
---|
100 | \begin_inset Formula $\varepsilon$ |
---|
101 | \end_inset |
---|
102 | |
---|
103 | , jedná se tedy o derivaci |
---|
104 | \begin_inset Formula $\omega_{\varepsilon}=\frac{d\varepsilon}{dt}$ |
---|
105 | \end_inset |
---|
106 | |
---|
107 | . |
---|
108 | Tato úhlová rychlost |
---|
109 | \begin_inset Formula $\omega_{\varepsilon}$ |
---|
110 | \end_inset |
---|
111 | |
---|
112 | odpovídá elektrickým otáčkám |
---|
113 | \begin_inset Formula $\omega_{el}$ |
---|
114 | \end_inset |
---|
115 | |
---|
116 | a lze ji přepočíst na mechanické otáčky pomocí vztahu |
---|
117 | \begin_inset Formula $\omega_{el}=p_{p}\omega_{m},$ |
---|
118 | \end_inset |
---|
119 | |
---|
120 | kde |
---|
121 | \begin_inset Formula $p_{p}$ |
---|
122 | \end_inset |
---|
123 | |
---|
124 | je počet párů polů rotoru a |
---|
125 | \begin_inset Formula $\omega_{m}$ |
---|
126 | \end_inset |
---|
127 | |
---|
128 | mechanické otáčky. |
---|
129 | Když pro jednoduchost předpokládáme počet párů polů roven 1, je |
---|
130 | \begin_inset Formula $\omega_{e}=\omega_{m}$ |
---|
131 | \end_inset |
---|
132 | |
---|
133 | . |
---|
134 | \end_layout |
---|
135 | |
---|
136 | \begin_layout Standard |
---|
137 | Nyní můžeme přejít k rovnicím v souřadném systému |
---|
138 | \begin_inset Formula $dq$ |
---|
139 | \end_inset |
---|
140 | |
---|
141 | , který je natočen oproti souřadnému systému statoru ( |
---|
142 | \begin_inset Formula $\alpha\beta$ |
---|
143 | \end_inset |
---|
144 | |
---|
145 | ) o úhel |
---|
146 | \begin_inset Formula $\varepsilon=\vartheta$ |
---|
147 | \end_inset |
---|
148 | |
---|
149 | a otáčí se rychlostí |
---|
150 | \begin_inset Formula $\omega_{m}$ |
---|
151 | \end_inset |
---|
152 | |
---|
153 | . |
---|
154 | Osa magnetického toku rotoru je osou |
---|
155 | \begin_inset Formula $d$ |
---|
156 | \end_inset |
---|
157 | |
---|
158 | a v tomto směru uvažujeme reálnou složku komplexních veličin, osa |
---|
159 | \begin_inset Formula $q$ |
---|
160 | \end_inset |
---|
161 | |
---|
162 | je pak na ní kolmá a bude reprezentovat složku imaginární. |
---|
163 | Dostáváme tedy |
---|
164 | \begin_inset Formula \[ |
---|
165 | u_{d}+ju_{q}\text{=}R_{s}\left(i_{d}+ji_{q}\right)+\frac{d\left(\psi_{d}+j\psi_{q}\right)}{dt}+\left(\psi_{d}+j\psi_{q}\right)j\omega_{m},\] |
---|
166 | |
---|
167 | \end_inset |
---|
168 | |
---|
169 | což při rozepsání po složkách (reálná a imaginární) vede na rovnice |
---|
170 | \end_layout |
---|
171 | |
---|
172 | \begin_layout Standard |
---|
173 | \begin_inset Formula \begin{eqnarray*} |
---|
174 | u_{d} & = & R_{s}i_{d}+\frac{d\psi_{d}}{dt}-\omega_{m}\psi_{q},\\ |
---|
175 | u_{q} & = & R_{s}i_{q}+\frac{d\psi_{q}}{dt}+\omega_{m}\psi_{d}.\end{eqnarray*} |
---|
176 | |
---|
177 | \end_inset |
---|
178 | |
---|
179 | Dále uvažujme vztahy pro magnetické toky |
---|
180 | \begin_inset Formula \begin{eqnarray*} |
---|
181 | \psi_{d} & = & L_{d}i_{d}+\psi_{pm},\\ |
---|
182 | \psi_{q} & = & L_{q}i_{q}.\end{eqnarray*} |
---|
183 | |
---|
184 | \end_inset |
---|
185 | |
---|
186 | My ovšem položíme |
---|
187 | \begin_inset Formula $L_{d}=L_{q}=L_{s}$ |
---|
188 | \end_inset |
---|
189 | |
---|
190 | a po dosazení dostaneme rovnice |
---|
191 | \begin_inset Formula \begin{eqnarray*} |
---|
192 | u_{d} & = & R_{s}i_{d}+L_{s}\frac{di_{d}}{dt}-\omega_{m}L_{s}i_{q},\\ |
---|
193 | u_{q} & = & R_{s}i_{q}+L_{s}\frac{di_{q}}{dt}+\omega_{m}L_{s}i_{d}+\omega_{m}\psi_{pm}.\end{eqnarray*} |
---|
194 | |
---|
195 | \end_inset |
---|
196 | |
---|
197 | Vydělení |
---|
198 | \begin_inset Formula $L_{s}$ |
---|
199 | \end_inset |
---|
200 | |
---|
201 | pak vede na tvar |
---|
202 | \begin_inset Formula \begin{eqnarray*} |
---|
203 | \frac{di_{d}}{dt} & = & -\frac{R_{s}}{L_{s}}i_{d}+\omega_{m}i_{q}+\frac{u_{d}}{L_{s}},\\ |
---|
204 | \frac{di_{q}}{dt} & = & -\frac{R_{s}}{L_{s}}i_{q}-\frac{\psi_{pm}}{L_{s}}\omega_{m}-\omega_{m}i_{d}+\frac{u_{q}}{L_{s}}.\end{eqnarray*} |
---|
205 | |
---|
206 | \end_inset |
---|
207 | |
---|
208 | Toto vyjádření je shodné s tím, které dostaneme následně. |
---|
209 | \end_layout |
---|
210 | |
---|
211 | \begin_layout Subsection* |
---|
212 | Odvození rovnic do |
---|
213 | \begin_inset Formula $\alpha\beta$ |
---|
214 | \end_inset |
---|
215 | |
---|
216 | soustavy |
---|
217 | \end_layout |
---|
218 | |
---|
219 | \begin_layout Standard |
---|
220 | Opět vyjdeme z rovnice |
---|
221 | \begin_inset Formula \[ |
---|
222 | u_{s}=R_{s}i_{s}+\frac{d\psi_{s}}{dt}.\] |
---|
223 | |
---|
224 | \end_inset |
---|
225 | |
---|
226 | Magnetický tok |
---|
227 | \begin_inset Formula $\psi_{s}$ |
---|
228 | \end_inset |
---|
229 | |
---|
230 | vyjádříme jako tok vytvořený cívkami statoru a dále přičteme tok permanentních |
---|
231 | magnetů, je však třeba uvažovat, že rotor obsahující permanentní magnety |
---|
232 | je natočen obecně pod úhlem |
---|
233 | \begin_inset Formula $\vartheta$ |
---|
234 | \end_inset |
---|
235 | |
---|
236 | . |
---|
237 | Tedy v komplexní rovině lze vyjádřit tok jako |
---|
238 | \begin_inset Formula \[ |
---|
239 | \psi_{s}=L_{s}i_{s}+\psi_{pm}e^{j\vartheta}.\] |
---|
240 | |
---|
241 | \end_inset |
---|
242 | |
---|
243 | Dosadíme nyní do rovnice a rozepíšeme ji po složkách |
---|
244 | \begin_inset Formula \begin{eqnarray*} |
---|
245 | u_{s} & = & R_{s}i_{s}+\frac{d\left(L_{s}i_{s}+\psi_{pm}e^{j\vartheta}\right)}{dt},\\ |
---|
246 | u_{\alpha}+ju_{\beta} & \text{=} & R_{s}\left(i_{\alpha}+ji_{\beta}\right)+\frac{d}{dt}\left(L_{s}\left(i_{\alpha}+ji_{\beta}\right)+\psi_{pm}\left(\cos\vartheta+j\sin\vartheta\right)\right).\end{eqnarray*} |
---|
247 | |
---|
248 | \end_inset |
---|
249 | |
---|
250 | Rozepsaní na dvě rovnice je pak následující |
---|
251 | \begin_inset Formula \begin{eqnarray*} |
---|
252 | u_{\alpha} & \text{=} & R_{s}i_{\alpha}+L_{s}\frac{di_{\alpha}}{dt}-\frac{d\vartheta}{dt}\psi_{pm}\sin\vartheta,\\ |
---|
253 | u_{\beta} & = & R_{s}i_{\beta}+L_{s}\frac{di_{\beta}}{dt}+\frac{d\vartheta}{dt}\psi_{pm}\cos\vartheta.\end{eqnarray*} |
---|
254 | |
---|
255 | \end_inset |
---|
256 | |
---|
257 | Vydělíme-li rovnice indukčností |
---|
258 | \begin_inset Formula $L_{s}$ |
---|
259 | \end_inset |
---|
260 | |
---|
261 | , vyjádříme z nich derivace proudů a derivace úhlu natočení |
---|
262 | \family roman |
---|
263 | \series medium |
---|
264 | \shape up |
---|
265 | \size normal |
---|
266 | \emph off |
---|
267 | \bar no |
---|
268 | \noun off |
---|
269 | \color none |
---|
270 | označíme jako |
---|
271 | \begin_inset Formula $\frac{d\vartheta}{dt}$ |
---|
272 | \end_inset |
---|
273 | |
---|
274 | = |
---|
275 | \begin_inset Formula $\omega$ |
---|
276 | \end_inset |
---|
277 | |
---|
278 | úhlovou rychlost dostaneme následující rovnice v souřadné soustavě |
---|
279 | \family default |
---|
280 | \series default |
---|
281 | \shape default |
---|
282 | \size default |
---|
283 | \emph default |
---|
284 | \bar default |
---|
285 | \noun default |
---|
286 | \color inherit |
---|
287 | |
---|
288 | \begin_inset Formula $\alpha\beta$ |
---|
289 | \end_inset |
---|
290 | |
---|
291 | : |
---|
292 | \begin_inset Formula \begin{eqnarray*} |
---|
293 | \frac{di_{\alpha}}{dt} & = & -\frac{R_{s}}{L_{s}}i_{\alpha}+\frac{\psi_{pm}}{L_{s}}\omega\sin\vartheta+\frac{u_{\alpha}}{L_{s}},\\ |
---|
294 | \frac{di_{\beta}}{dt} & = & -\frac{R_{s}}{L_{s}}i_{\beta}-\frac{\psi_{pm}}{L_{s}}\omega\cos\vartheta+\frac{u_{\beta}}{L_{s}}.\end{eqnarray*} |
---|
295 | |
---|
296 | \end_inset |
---|
297 | |
---|
298 | |
---|
299 | \end_layout |
---|
300 | |
---|
301 | \begin_layout Standard |
---|
302 | Nyní je ještě třeba přidat další dvě diferenciální rovnice pro otáčky |
---|
303 | \begin_inset Formula $\omega$ |
---|
304 | \end_inset |
---|
305 | |
---|
306 | a polohu |
---|
307 | \begin_inset Formula $\vartheta$ |
---|
308 | \end_inset |
---|
309 | |
---|
310 | . |
---|
311 | Rovnice pro |
---|
312 | \begin_inset Formula $\vartheta$ |
---|
313 | \end_inset |
---|
314 | |
---|
315 | je triviální a už byla užita, jedná se o |
---|
316 | \begin_inset Formula \[ |
---|
317 | \frac{d\vartheta}{dt}=\omega.\] |
---|
318 | |
---|
319 | \end_inset |
---|
320 | |
---|
321 | |
---|
322 | \end_layout |
---|
323 | |
---|
324 | \begin_layout Standard |
---|
325 | Rovnice pro |
---|
326 | \begin_inset Formula $\omega$ |
---|
327 | \end_inset |
---|
328 | |
---|
329 | získáme následovně ze základních zákonů mechaniky: Pro točivý moment (speciální |
---|
330 | případ momentu síly pro silovou dvojici, kdy se vektory skládají na nulu, |
---|
331 | avšak mají točivý účinek, v anglické literatuře označeno jako |
---|
332 | \emph on |
---|
333 | torque |
---|
334 | \emph default |
---|
335 | ) |
---|
336 | \emph on |
---|
337 | |
---|
338 | \emph default |
---|
339 | platí obecně vztah |
---|
340 | \begin_inset Formula \[ |
---|
341 | \tau=\frac{dL}{dt},\] |
---|
342 | |
---|
343 | \end_inset |
---|
344 | |
---|
345 | kde |
---|
346 | \begin_inset Formula $L$ |
---|
347 | \end_inset |
---|
348 | |
---|
349 | označuje moment hybnosti ( |
---|
350 | \emph on |
---|
351 | angular momentum |
---|
352 | \emph default |
---|
353 | ). |
---|
354 | Při uvažování působení více točivých momentu momentů pak |
---|
355 | \begin_inset Formula \[ |
---|
356 | \tau_{1}+\ldots+\tau_{n}=\sum\tau=\frac{dL}{dt}.\] |
---|
357 | |
---|
358 | \end_inset |
---|
359 | |
---|
360 | Uvažujeme-li rotaci kolem pevné osy, lze moment hybnosti vyjádřit jako |
---|
361 | \begin_inset Formula \[ |
---|
362 | L=J\omega_{m},\] |
---|
363 | |
---|
364 | \end_inset |
---|
365 | |
---|
366 | kde |
---|
367 | \begin_inset Formula $J$ |
---|
368 | \end_inset |
---|
369 | |
---|
370 | označuje moment setrvačnosti ( |
---|
371 | \emph on |
---|
372 | moment of inertia |
---|
373 | \emph default |
---|
374 | ) a |
---|
375 | \begin_inset Formula $\omega_{m}$ |
---|
376 | \end_inset |
---|
377 | |
---|
378 | je mechanická úhlová rychlost. |
---|
379 | Po dosazení tedy |
---|
380 | \begin_inset Formula \[ |
---|
381 | \sum\tau=\frac{dL}{dt}=\frac{d(J\omega_{m})}{dt}=J\frac{d\omega_{m}}{dt}.\] |
---|
382 | |
---|
383 | \end_inset |
---|
384 | |
---|
385 | Točivé momenty |
---|
386 | \begin_inset Formula $\sum\tau$ |
---|
387 | \end_inset |
---|
388 | |
---|
389 | jsou: |
---|
390 | \end_layout |
---|
391 | |
---|
392 | \begin_layout Itemize |
---|
393 | moment získaný konverzním procesem elektrické energie, který vyjadřuje hlavní |
---|
394 | vlastnost točivého stroje, a to právě převod elektrické energie na mechanickou, |
---|
395 | tento mement označíme jako |
---|
396 | \begin_inset Formula $T_{e}$ |
---|
397 | \end_inset |
---|
398 | |
---|
399 | |
---|
400 | \end_layout |
---|
401 | |
---|
402 | \begin_layout Itemize |
---|
403 | zátěžný moment reprezentující zatížení stroje, tedy v podstatě to, co motor |
---|
404 | pohání, je však třeba uvažovat, že působí v opačném směru a stroj brzdí, |
---|
405 | označíme ho tedy |
---|
406 | \begin_inset Formula $-T_{L}$ |
---|
407 | \end_inset |
---|
408 | |
---|
409 | |
---|
410 | \end_layout |
---|
411 | |
---|
412 | \begin_layout Itemize |
---|
413 | dále je ještě třeba uvažovat ztráty ve stroji v důsledku tření, tento moment |
---|
414 | opět působí v opačném směru a uvažujeme jej lineárně závislý na otáčkách |
---|
415 | |
---|
416 | \begin_inset Formula $\omega_{m}$ |
---|
417 | \end_inset |
---|
418 | |
---|
419 | , tedy |
---|
420 | \begin_inset Formula $-B\omega_{m}$ |
---|
421 | \end_inset |
---|
422 | |
---|
423 | , kde |
---|
424 | \begin_inset Formula $B$ |
---|
425 | \end_inset |
---|
426 | |
---|
427 | je koeficient viskozity (tření) |
---|
428 | \end_layout |
---|
429 | |
---|
430 | \begin_layout Standard |
---|
431 | Rovnice po dosazení tedy přejde na tvar |
---|
432 | \begin_inset Formula \[ |
---|
433 | T_{e}-T_{L}-B\omega_{m}=J\frac{d\omega_{m}}{dt}.\] |
---|
434 | |
---|
435 | \end_inset |
---|
436 | |
---|
437 | Nyní je ještě třeba vyjádřit točívý moment |
---|
438 | \begin_inset Formula $T_{e}$ |
---|
439 | \end_inset |
---|
440 | |
---|
441 | na základě elektrických veličin. |
---|
442 | Toho lze dosáhnout výpočtem přes okamžitý elektrický výkon, pro trojfázový |
---|
443 | systém |
---|
444 | \begin_inset Formula \[ |
---|
445 | P=u_{a}i_{a}+u_{b}i_{b}+u_{c}i_{c}.\] |
---|
446 | |
---|
447 | \end_inset |
---|
448 | |
---|
449 | Po transformaci do systému |
---|
450 | \begin_inset Formula $\alpha\beta$ |
---|
451 | \end_inset |
---|
452 | |
---|
453 | získáme vyjádření |
---|
454 | \begin_inset Formula \[ |
---|
455 | P=k_{p}\left(u_{\alpha}i_{\alpha}+u_{\beta}i_{\beta}\right),\] |
---|
456 | |
---|
457 | \end_inset |
---|
458 | |
---|
459 | kde |
---|
460 | \begin_inset Formula $k_{p}$ |
---|
461 | \end_inset |
---|
462 | |
---|
463 | označuje Parkovu konstantu s hodnotou |
---|
464 | \begin_inset Formula $k_{p}=\frac{3}{2}$ |
---|
465 | \end_inset |
---|
466 | |
---|
467 | . |
---|
468 | Napětí je zde uvažováno indukované |
---|
469 | \begin_inset Formula $u_{i}=\frac{d\psi_{s}}{dt}=\frac{d\left(L_{s}i_{s}+\psi_{pm}e^{j\vartheta}\right)}{dt}=L_{s}\frac{di_{s}}{dt}+j\omega\psi_{pm}e^{j\vartheta}$ |
---|
470 | \end_inset |
---|
471 | |
---|
472 | a z něj využijeme pouze složku bez derivace proudu, protože ta slouží k |
---|
473 | tvorbě samotného magnetického pole stroje a nepodílí se na tvorbě výkonu, |
---|
474 | tedy |
---|
475 | \begin_inset Formula $\omega\psi_{pm}j(\cos\vartheta+j\sin\vartheta)$ |
---|
476 | \end_inset |
---|
477 | |
---|
478 | . |
---|
479 | V systému |
---|
480 | \begin_inset Formula $\alpha\beta$ |
---|
481 | \end_inset |
---|
482 | |
---|
483 | získáme vyjádření |
---|
484 | \begin_inset Formula \begin{eqnarray*} |
---|
485 | u_{\alpha} & = & -\omega\psi_{pm}\sin\vartheta,\\ |
---|
486 | u_{\beta} & = & \omega\psi_{pm}\cos\vartheta,\end{eqnarray*} |
---|
487 | |
---|
488 | \end_inset |
---|
489 | |
---|
490 | tedy po dosazení |
---|
491 | \begin_inset Formula \[ |
---|
492 | P=k_{p}\left(-i_{\alpha}\omega\psi_{pm}\sin\vartheta+i_{\beta}\omega\psi_{pm}\cos\vartheta\right).\] |
---|
493 | |
---|
494 | \end_inset |
---|
495 | |
---|
496 | Moment |
---|
497 | \begin_inset Formula $T_{e}$ |
---|
498 | \end_inset |
---|
499 | |
---|
500 | lze pak určit ze vztahu |
---|
501 | \begin_inset Formula $P=\omega_{m}T_{e}$ |
---|
502 | \end_inset |
---|
503 | |
---|
504 | a tedy |
---|
505 | \begin_inset Formula \[ |
---|
506 | T_{e}=\frac{P}{\omega_{m}}=k_{p}\frac{i_{\beta}\omega\psi_{pm}\cos\vartheta-i_{\alpha}\omega\psi_{pm}\sin\vartheta}{\omega_{m}}=k_{p}p_{p}\psi_{pm}\left(i_{\beta}\cos\vartheta-i_{\alpha}\sin\vartheta\right),\] |
---|
507 | |
---|
508 | \end_inset |
---|
509 | |
---|
510 | kde jsme využili vztahu |
---|
511 | \begin_inset Formula $\frac{\omega}{\omega_{m}}=p_{p}$ |
---|
512 | \end_inset |
---|
513 | |
---|
514 | . |
---|
515 | \end_layout |
---|
516 | |
---|
517 | \begin_layout Standard |
---|
518 | Dosazení do rovnice pro momenty pak vede na tvar |
---|
519 | \begin_inset Formula \[ |
---|
520 | k_{p}p_{p}\psi_{pm}\left(i_{\beta}\cos\vartheta-i_{\alpha}\sin\vartheta\right)-T_{L}-B\omega_{m}=J\frac{d\omega_{m}}{dt}.\] |
---|
521 | |
---|
522 | \end_inset |
---|
523 | |
---|
524 | Ještě je třeba upravit rovnici tak, aby v ní nevystupovaly mechanické otáčky |
---|
525 | |
---|
526 | \begin_inset Formula $\omega_{m}$ |
---|
527 | \end_inset |
---|
528 | |
---|
529 | , ale otáčky elektrické |
---|
530 | \begin_inset Formula $\omega$ |
---|
531 | \end_inset |
---|
532 | |
---|
533 | . |
---|
534 | Toho je možno snadno dosáhnout násobením celé rovnice |
---|
535 | \begin_inset Formula $p_{p}$ |
---|
536 | \end_inset |
---|
537 | |
---|
538 | . |
---|
539 | Rovnici ještě vydělíme momentem setrvačnosti |
---|
540 | \begin_inset Formula $J$ |
---|
541 | \end_inset |
---|
542 | |
---|
543 | a získáme tvar |
---|
544 | \begin_inset Formula \[ |
---|
545 | \frac{d\omega}{dt}=\frac{k_{p}p_{p}^{2}\psi_{pm}}{J}\left(i_{\beta}\cos\vartheta-i_{\alpha}\sin\vartheta\right)-\frac{T_{L}p_{p}}{J}-\frac{B}{J}\omega.\] |
---|
546 | |
---|
547 | \end_inset |
---|
548 | |
---|
549 | Tedy máme poslední rovnici následující soustavy: |
---|
550 | \end_layout |
---|
551 | |
---|
552 | \begin_layout Standard |
---|
553 | \begin_inset Formula \begin{eqnarray*} |
---|
554 | \frac{di_{\alpha}}{dt} & \text{=} & -\frac{R_{s}}{L_{s}}i_{\alpha}+\frac{\psi_{pm}}{L_{s}}\omega\sin\vartheta+\frac{u_{\alpha}}{L_{s}}\\ |
---|
555 | \frac{di_{\beta}}{dt} & \text{=} & -\frac{R_{s}}{L_{s}}i_{\beta}-\frac{\psi_{pm}}{L_{s}}\omega\cos\vartheta+\frac{u_{\beta}}{L_{s}}\\ |
---|
556 | \frac{d\omega}{dt} & \text{=} & \frac{k_{p}p_{p}^{2}\psi_{pm}}{J}\left(i_{\beta}\cos\vartheta-i_{\alpha}\sin\vartheta\right)-\frac{B}{J}\omega-\frac{p_{p}}{J}T_{L}\\ |
---|
557 | \frac{d\vartheta}{dt} & \text{=} & \omega\end{eqnarray*} |
---|
558 | |
---|
559 | \end_inset |
---|
560 | |
---|
561 | |
---|
562 | \end_layout |
---|
563 | |
---|
564 | \begin_layout Subsection* |
---|
565 | Diskretizace |
---|
566 | \end_layout |
---|
567 | |
---|
568 | \begin_layout Standard |
---|
569 | Diskretizací pomocí Eulerovy metody s časovým krokem |
---|
570 | \begin_inset Formula $\Delta t$ |
---|
571 | \end_inset |
---|
572 | |
---|
573 | získáme následující diskrétní rovnice: |
---|
574 | \end_layout |
---|
575 | |
---|
576 | \begin_layout Standard |
---|
577 | \begin_inset Formula \begin{eqnarray*} |
---|
578 | i_{\alpha,t+1} & \text{=} & \left(1-\frac{R_{s}}{L_{s}}\Delta t\right)i_{\alpha,t}+\frac{\psi_{pm}}{L_{s}}\omega_{t}\sin\vartheta_{t}+\frac{u_{\alpha,t}}{L_{s}}\\ |
---|
579 | i_{\beta,t+1} & \text{=} & \left(1-\frac{R_{s}}{L_{s}}\Delta t\right)i_{\beta,t}-\frac{\psi_{pm}}{L_{s}}\omega_{t}\cos\vartheta_{t}+\frac{u_{\beta,t}}{L_{s}}\\ |
---|
580 | \omega_{t+1} & \text{=} & \left(1-\frac{B}{J}\Delta t\right)\omega_{t}+\frac{k_{p}p_{p}^{2}\psi_{pm}}{J}\Delta t\left(i_{\beta,t}\cos\vartheta_{t}-i_{\alpha,t}\sin\vartheta_{t}\right)-\frac{p_{p}}{J}T_{L}\Delta t\\ |
---|
581 | \vartheta_{t+1} & \text{=} & \vartheta_{t}+\omega_{t}\Delta t\end{eqnarray*} |
---|
582 | |
---|
583 | \end_inset |
---|
584 | |
---|
585 | |
---|
586 | \end_layout |
---|
587 | |
---|
588 | \begin_layout Subsection* |
---|
589 | Rotace do |
---|
590 | \begin_inset Formula $dq$ |
---|
591 | \end_inset |
---|
592 | |
---|
593 | |
---|
594 | \end_layout |
---|
595 | |
---|
596 | \begin_layout Standard |
---|
597 | Převod do rotující souřadné soustavy |
---|
598 | \begin_inset Formula $dq$ |
---|
599 | \end_inset |
---|
600 | |
---|
601 | pootočené o úhel |
---|
602 | \begin_inset Formula $\vartheta$ |
---|
603 | \end_inset |
---|
604 | |
---|
605 | a rotojící rychlostí |
---|
606 | \begin_inset Formula $\omega$ |
---|
607 | \end_inset |
---|
608 | |
---|
609 | : |
---|
610 | \begin_inset Formula \[ |
---|
611 | \left[\begin{array}{c} |
---|
612 | x_{d}\\ |
---|
613 | x_{q}\end{array}\right]\text{=}\left[\begin{array}{cc} |
---|
614 | \cos\vartheta & \sin\vartheta\\ |
---|
615 | -\sin\vartheta & \cos\vartheta\end{array}\right]\left[\begin{array}{c} |
---|
616 | x_{\alpha}\\ |
---|
617 | x_{\beta}\end{array}\right]\] |
---|
618 | |
---|
619 | \end_inset |
---|
620 | |
---|
621 | |
---|
622 | \end_layout |
---|
623 | |
---|
624 | \begin_layout Standard |
---|
625 | (nebo stejného efektu lze dosáhnout i použítím komplexních souřadnic a zápisem |
---|
626 | |
---|
627 | \begin_inset Formula $x_{dq}=e^{j\vartheta}x_{\alpha\beta}$ |
---|
628 | \end_inset |
---|
629 | |
---|
630 | , jako v odvození rovnic rovnou do tvaru v |
---|
631 | \begin_inset Formula $dq$ |
---|
632 | \end_inset |
---|
633 | |
---|
634 | souřadnicích) |
---|
635 | \end_layout |
---|
636 | |
---|
637 | \begin_layout Standard |
---|
638 | následně tedy |
---|
639 | \begin_inset Formula \begin{alignat*}{2} |
---|
640 | i_{d} & = & i_{\alpha}\cos\vartheta+i_{\beta}\sin\vartheta\\ |
---|
641 | i_{q} & = & i_{\beta}\cos\vartheta-i_{\alpha}\sin\vartheta\end{alignat*} |
---|
642 | |
---|
643 | \end_inset |
---|
644 | |
---|
645 | |
---|
646 | \end_layout |
---|
647 | |
---|
648 | \begin_layout Standard |
---|
649 | a analogicky pro |
---|
650 | \begin_inset Formula $u$ |
---|
651 | \end_inset |
---|
652 | |
---|
653 | ; naopak pro opačný směr transformace |
---|
654 | \end_layout |
---|
655 | |
---|
656 | \begin_layout Standard |
---|
657 | \begin_inset Formula \begin{alignat*}{2} |
---|
658 | i_{\alpha} & = & i_{d}\cos\vartheta-i_{q}\sin\vartheta\\ |
---|
659 | i_{\beta} & = & i_{q}\cos\vartheta+i_{d}\sin\vartheta\end{alignat*} |
---|
660 | |
---|
661 | \end_inset |
---|
662 | |
---|
663 | |
---|
664 | \end_layout |
---|
665 | |
---|
666 | \begin_layout Standard |
---|
667 | a opět anoalogicky pro |
---|
668 | \begin_inset Formula $u$ |
---|
669 | \end_inset |
---|
670 | |
---|
671 | , což po dosazení do původních diferenciálních rovnic vede na |
---|
672 | \end_layout |
---|
673 | |
---|
674 | \begin_layout Standard |
---|
675 | \begin_inset Formula \begin{eqnarray*} |
---|
676 | \frac{d(i_{d}\cos\vartheta-i_{q}\sin\vartheta)}{dt} & \text{=} & -\frac{R_{s}}{L_{s}}(i_{d}\cos\vartheta-i_{q}\sin\vartheta)+\frac{\psi_{pm}}{L_{s}}\omega\sin\vartheta+\frac{u_{d}\cos\vartheta-u_{q}\sin\vartheta}{L_{s}}\\ |
---|
677 | \frac{d(i_{q}\cos\vartheta+i_{d}\sin\vartheta)}{dt} & \text{=} & -\frac{R_{s}}{L_{s}}(i_{q}\cos\vartheta+i_{d}\sin\vartheta)-\frac{\psi_{pm}}{L_{s}}\omega\cos\vartheta+\frac{u_{q}\cos\vartheta+u_{d}\sin\vartheta}{L_{s}}\\ |
---|
678 | \frac{d\omega}{dt} & \text{=} & \frac{k_{p}p_{p}^{2}\psi_{pm}}{J}\left(i_{q}\right)-\frac{B}{J}\omega-\frac{p_{p}}{J}T_{L}\\ |
---|
679 | \frac{d\vartheta}{dt} & \text{=} & \omega\end{eqnarray*} |
---|
680 | |
---|
681 | \end_inset |
---|
682 | |
---|
683 | |
---|
684 | \end_layout |
---|
685 | |
---|
686 | \begin_layout Standard |
---|
687 | ve třetí rovnici rovnou dosadíme |
---|
688 | \begin_inset Formula $i_{q}$ |
---|
689 | \end_inset |
---|
690 | |
---|
691 | , čtvrtá se nemění a z prvních dvou vyjádříme rovnice pro proudy a napětí |
---|
692 | v |
---|
693 | \begin_inset Formula $d$ |
---|
694 | \end_inset |
---|
695 | |
---|
696 | a |
---|
697 | \begin_inset Formula $q$ |
---|
698 | \end_inset |
---|
699 | |
---|
700 | , například tak, že první rovnici násobíme |
---|
701 | \begin_inset Formula $\cos\vartheta$ |
---|
702 | \end_inset |
---|
703 | |
---|
704 | a sečteme s druhou násobenou |
---|
705 | \begin_inset Formula $\sin\vartheta$ |
---|
706 | \end_inset |
---|
707 | |
---|
708 | , dále pak první rovnici násobenou |
---|
709 | \begin_inset Formula $-\sin\vartheta$ |
---|
710 | \end_inset |
---|
711 | |
---|
712 | sečteme s druhou násobenou |
---|
713 | \begin_inset Formula $\cos\vartheta$ |
---|
714 | \end_inset |
---|
715 | |
---|
716 | , tento postup vede na rovnice |
---|
717 | \end_layout |
---|
718 | |
---|
719 | \begin_layout Standard |
---|
720 | \begin_inset Formula \begin{eqnarray*} |
---|
721 | \frac{di_{d}}{dt}-i_{q}\omega & \text{=} & -\frac{R_{s}}{L_{s}}i_{d}+\frac{u_{d}}{L_{s}}\\ |
---|
722 | \frac{di_{q}}{dt}+i_{d}\omega & \text{=} & -\frac{R_{s}}{L_{s}}i_{q}-\frac{\psi_{pm}}{L_{s}}\omega+\frac{u_{q}}{L_{s}}\\ |
---|
723 | \frac{d\omega}{dt} & \text{=} & \frac{k_{p}p_{p}^{2}\psi_{pm}}{J}i_{q}-\frac{B}{J}\omega-\frac{p_{p}}{J}T_{L}\\ |
---|
724 | \frac{d\vartheta}{dt} & \text{=} & \omega\end{eqnarray*} |
---|
725 | |
---|
726 | \end_inset |
---|
727 | |
---|
728 | |
---|
729 | \end_layout |
---|
730 | |
---|
731 | \begin_layout Standard |
---|
732 | otázkou je co se členy |
---|
733 | \begin_inset Formula $-i_{q}\omega$ |
---|
734 | \end_inset |
---|
735 | |
---|
736 | a |
---|
737 | \begin_inset Formula $i_{d}\omega$ |
---|
738 | \end_inset |
---|
739 | |
---|
740 | na levé straně první a druhé rovnice, protože když bychom nejdříve provedli |
---|
741 | diskretizaci a až následně převod do |
---|
742 | \begin_inset Formula $dq$ |
---|
743 | \end_inset |
---|
744 | |
---|
745 | souřadnic, tyto členy zřejmě nevzniknou, nevzniknou také, když soustavu |
---|
746 | |
---|
747 | \begin_inset Formula $dq$ |
---|
748 | \end_inset |
---|
749 | |
---|
750 | definujeme ne jako pootočenou o |
---|
751 | \begin_inset Formula $\vartheta$ |
---|
752 | \end_inset |
---|
753 | |
---|
754 | , ale jako soustavu pootočenou o nějaké konstantní |
---|
755 | \begin_inset Formula $\varepsilon$ |
---|
756 | \end_inset |
---|
757 | |
---|
758 | , proto se bude vhodné |
---|
759 | \series bold |
---|
760 | \shape italic |
---|
761 | \color red |
---|
762 | otestovat |
---|
763 | \series default |
---|
764 | \shape default |
---|
765 | \color inherit |
---|
766 | , jaký je vliv těchto členů |
---|
767 | \end_layout |
---|
768 | |
---|
769 | \begin_layout Standard |
---|
770 | diskretizovaná verze rovnic v |
---|
771 | \begin_inset Formula $dq$ |
---|
772 | \end_inset |
---|
773 | |
---|
774 | je tedy |
---|
775 | \end_layout |
---|
776 | |
---|
777 | \begin_layout Standard |
---|
778 | \begin_inset Formula \begin{eqnarray*} |
---|
779 | i_{d,t+1}+{\color{red}\left(-i_{q,t}\omega_{t}\right)} & \text{=} & \left(1-\frac{R_{s}}{L_{s}}\Delta t\right)i_{d,t}+\frac{u_{d,t}}{L_{s}}\\ |
---|
780 | i_{q,t+1}+{\color{red}\left(i_{d,t}\omega_{t}\right)} & \text{=} & \left(1-\frac{R_{s}}{L_{s}}\Delta t\right)i_{q,t}-\frac{\psi_{pm}}{L_{s}}\omega_{t}+\frac{u_{q,t}}{L_{s}}\\ |
---|
781 | \omega_{t+1} & \text{=} & \left(1-\frac{B}{J}\Delta t\right)\omega_{t}+\Delta t\frac{k_{p}p_{p}^{2}\psi_{pm}}{J}i_{q,t}-\frac{p_{p}}{J}T_{L}\Delta t\\ |
---|
782 | \vartheta_{t+1} & \text{=} & \vartheta_{t}+\omega_{t}\Delta t\end{eqnarray*} |
---|
783 | |
---|
784 | \end_inset |
---|
785 | |
---|
786 | |
---|
787 | \end_layout |
---|
788 | |
---|
789 | \begin_layout Standard |
---|
790 | |
---|
791 | \series bold |
---|
792 | Vliv červených členů: |
---|
793 | \series default |
---|
794 | testováno na simulátoru, který s nimi ale asi nepočítá a tedy je výsledek |
---|
795 | špatný, dost se to rozkmitá (i když to teda drží tvar křivky), řídící napětí |
---|
796 | jde na dorazy, prostě je to špatný, jak by to běželo na skutečném motoru |
---|
797 | je otázka |
---|
798 | \end_layout |
---|
799 | |
---|
800 | \end_body |
---|
801 | \end_document |
---|