三相スイッチドリラクタンスマシン

回路図エディタの 3 相スイッチリラクタンスマシンコンポーネントの説明。

図1. Typhoon HIL回路図エディタの3相スイッチドリラクタンスマシンコンポーネント

A+、A-、B+、B-、C+、C-はそれぞれステータA、B、C巻線の端子です。各ステータ巻線は、単相電流源インターフェースを使用します。

電気サブシステムモデル

機械の電気部分は次の方程式系で表されます。

$[\begin{matrix} v_{α s} \\ v_{b s} \\ \begin{matrix} v_{c s}^{} \end{matrix} \end{matrix}] = [\begin{matrix} R_{s} & 0 & 0 \\ 0 & R_{s} & 0 \\ 0 & 0 & R_{s}^{} \end{matrix}] [\begin{matrix} 私_{1つの s} \\ 私_{b s} \\ \begin{matrix} 私_{c s}^{} \end{matrix} \end{matrix}] + \frac{d}{d t} [\begin{matrix} ψ_{1つの s} \\ ψ_{b s} \\ \begin{matrix} ψ_{c s}^{} \end{matrix} \end{matrix}]$

どこ：

$ψ_{s 1つの} = f_{ψ} (θ_{r}, 私_{s 1つの})$

$ψ_{s b} = f_{ψ} (θ_{r}, 私_{s b})$

$ψ_{s c} = f_{ψ} (θ_{r}, 私_{s c})$

T_{e} = T_{e 1つの} + T_{e b} + T_{e c}

どこ：

$T_{e 1つの} = f_{T} (θ_{r}, 私_{s 1つの})$

$T_{e b} = f_{T} (θ_{r}, 私_{s b})$

$T_{e c} = f_{T} (θ_{r}, 私_{s c})$

表1.三相スイッチドリラクタンスマシンの電気サブシステムモデルの変数
シンボル	説明
ψ_として	固定子A相磁束[Wb]
ψ _bs	固定子B相磁束[Wb]
ψ _cs	固定子C相磁束[Wb]
私_は	固定子A相電流[A]
_IBS	ステータB相電流[A]
_{i cs}	固定子C相電流[A]
v_として	固定子A相電圧[V]
v _bs	固定子B相電圧[V]
v _cs	固定子C相電圧[V]
_Rs	固定子相抵抗 [Ω]
θ _r	ローター機械角度 [rad]
T _e	機械発生電磁トルク[Nm]
_お茶	機械が位相aで発生する電磁トルク[Nm]
_テブ	機械が位相bで発生する電磁トルク[Nm]
_技術	機械が位相cで発生する電磁トルク[Nm]

機械サブシステムモデル

運動方程式:

\frac{{d ω}_{メートル}}{d t} = \frac{1}{J_{メートル}} (T_{e} - T_{l} - b ω_{メートル})

θ_{メートル} = \int ω_{メートル} d t

表2機械サブシステムモデルの変数
シンボル	説明
ω _m	ローターの機械速度 [rad/s]
J_メートル	ローターと負荷の合成慣性モーメント [kgm2]
T _e	機械発生電磁トルク[Nm]
T _l	シャフトの機械的負荷トルク [Nm]
b	機械粘性摩擦係数[Nms]
θ _m	ローター機械角度 [rad]

注:運動方程式はすべての回転機械モデルで同じです。

飽和効果

スイッチドリラクタンスマシンの非線形特性は、ルックアップテーブルを用いて表現されます。モデルは、次のいずれかの方法でパラメータ化できます。

磁束鎖交およびトルク参照テーブル、または
ステータ電流およびトルクのルックアップテーブル。

鎖交磁束およびトルクのルックアップテーブルは、機械の機械角度と対応する相のステータ電流の関数である必要があります。一方、電流ルックアップテーブルは、機械の機械角度と対応する相の鎖交磁束の関数である必要があります。入力ベクトル（θベクトル、電流ベクトル、鎖交磁束ベクトル）は単調増加でなければならず、それぞれの要素数は、提供されたルックアップテーブル内の対応する次元の要素数と一致している必要があります。ルックアップテーブルでは、線形補間と線形外挿が使用されます。

ルックアップテーブルは、ネストされたPythonリストまたは2次元numpy配列のいずれかで提供される必要があります。磁束鎖交テーブルとトルクテーブルの場合、内側のリストの要素数は固定子電流ベクトルの要素数と一致する必要があり、外側のリストの要素数は機械の機械角度ベクトルの要素数と一致する必要があります。固定子電流テーブルの場合、内側のリストの要素数は磁束鎖交ベクトルの要素数と一致する必要があり、外側のリストの要素数は機械の機械角度ベクトルの要素数と一致する必要があります。これは、図2 、図3 、および図4にまとめられています。

ポート

A+（電気）
- ステータ巻線相A+ポート。

A-（電気）
- ステータ巻線相 A ポート。

B+（電気）
- ステータ巻線相 B + ポート。

B-（電気）
- ステータ巻線相 B ポート。

C+（電気）
- ステータ巻線相C+ポート。

C-（電気）
- 固定子巻線相 C ポート。

ロードイン
- モデルロードソースを選択した場合に使用可能

電気（タブ）

ルピー
- 固定子相抵抗 [Ω]

Ns
- ステータ極数

番号
- ローター極数

シータベクトル
- 機械角度入力ベクトル[度]

現在のベクトル
- 固定子相電流入力ベクトル[A]

磁束連鎖表
- Fluxマップを選択した場合に使用可能
- 磁束結合ルックアップテーブル [Wb]

磁束鎖交ベクトル
- 現在のマップが選択されている場合に使用可能
- 磁束鎖交入力ベクトル[Wb]

現在のテーブル
- 現在のマップが選択されている場合に使用可能
- 固定子相電流ルックアップテーブル [A]

テーブル
- 電気トルク参照表 [Nm]

メカニカル（タブ）

ジャム
- ローターと負荷の合成慣性モーメント [kgm2]
摩擦係数
- 機械粘性摩擦係数[Nms]
制約のない機械角度
- 機械角を0～2πに制限

ロード（タブ）

ロードソース
- 負荷ソースは、SCADA/外部またはモデルから設定できます (モデルの場合、1 つの信号処理入力が表示されます)。
- TyphoonSimでは、負荷ソースとしてSCADA/外部を選択した場合、アナログ信号は内部の仮想IOバスから読み取られます。したがって、アナログ出力1に何らかの信号が送信されると、アナログ入力1にも表示されます。
外部/モデル荷重タイプ
- 負荷の種類: トルクまたは速度
AIピンをロード
- 外部トルク/速度コマンド用の AI ピンをロードします。
- リアルタイム/VHIL シミュレーションでは、Load ai ピンは外部トルクコマンドの HIL アナログ入力アドレスを表します。
- TyphoonSimでは、アナログ信号は内部の仮想IOバスから読み取られます。したがって、アナログ出力1に何らかの信号が送られると、アナログ入力1にも表示されます。
- SCADA/外部がロードソースとして設定されている場合にのみ使用できます。
AIオフセットをロード
- 外部トルクコマンドを表す入力信号にオフセット値を割り当てます。
- SCADA/外部がロードソースとして設定されている場合にのみ使用できます。
ロードAIゲイン
- 外部トルクコマンドを表す入力信号にゲイン値を割り当てます。
- SCADA/外部がロードソースとして設定されている場合にのみ使用できます。

外部負荷を使用すると、load_ai_pin アドレスを持つ HIL/TyphoonSim (TyphoonSim の内部仮想 IO バス) アナログチャネルからのアナログ入力信号を外部トルク/速度負荷として使用し、次の式に従って入力信号にオフセット (V) とゲイン (Nm/V) を割り当てることができます。

$T_{l} = l o 1つの d_1つの私_グラム 1つの私 n \cdot (あ私 (l o 1つの d_1つの私_p 私 n) + l o 1つの d_1つの私_o f f s e t)$

注:別のコンポーネントが同じアナログ入力ピンを使用している場合、アナログ入力ピンは上書きされる可能性があります。同じコンポーネントまたは別のコンポーネントの別のプロパティが同じアナログ入力ピンを使用している場合、入力信号値はそれらのプロパティのどちらか一方にのみ適用されます。例えば、負荷信号とレゾルバキャリア信号の両方が同じアナログ入力ピンを使用している場合、信号値はどちらか一方にのみ適用されます。

フィードバック（タブ）

エンコーダー ppr
- インクリメンタルエンコーダの1回転あたりのパルス数
エンコーダZパルス長
- Zデジタル信号パルスの長さ（周期）。1 /4周期または全周期（デフォルト）を選択できます。
レゾルバ極対
- レゾルバの極対数
リゾルバキャリアソース
- レゾルバキャリア信号源の選択（内部または外部）
レゾルバキャリア周波数
- レゾルバキャリア信号周波数（内部キャリア）[Hz]
- リゾルバキャリアソースプロパティが内部に設定されている場合にのみ使用可能です
外部リゾルバキャリアソースタイプ
- 外部レゾルバキャリア信号源タイプの選択（シングルエンドまたは差動）
- リゾルバキャリアソースプロパティが外部に設定されている場合にのみ使用可能です
レゾルバAIピン1
- レゾルバキャリア入力チャネル1アドレス（外部キャリア）
- リゾルバキャリアソースプロパティが外部に設定されている場合にのみ使用可能です
- TyphoonSimでは、アナログ信号は内部の仮想IOバスから読み取られます。したがって、アナログ出力1に何らかの信号が送られると、アナログ入力1にも表示されます。
リゾルバAIピン2
- レゾルバキャリア入力チャネル2アドレス（外部キャリア）
- リゾルバキャリアソースプロパティが外部に設定され、外部リゾルバキャリアソースタイププロパティが差動に設定されている場合にのみ使用できます。
- TyphoonSimでは、アナログ信号は内部の仮想IOバスから読み取られます。したがって、アナログ出力1に何らかの信号が送られると、アナログ入力1にも表示されます。
リゾルバAIオフセット
- レゾルバキャリア入力チャンネルオフセット（外部キャリア）
- リゾルバキャリアソースプロパティが外部に設定されている場合にのみ使用可能です
- TyphoonSimでは、アナログ信号は内部の仮想IOバスから読み取られます。したがって、アナログ出力1に何らかの信号が送られると、アナログ入力1にも表示されます。
リゾルバAIゲイン
- レゾルバキャリア入力チャンネルゲイン（外部キャリア）
- リゾルバキャリアソースプロパティが外部に設定されている場合にのみ使用可能です
- TyphoonSimでは、アナログ信号は内部の仮想IOバスから読み取られます。したがって、アナログ出力1に何らかの信号が送られると、アナログ入力1にも表示されます。
アブソリュートエンコーダプロトコル
- 絶対的なマシンエンコーダ位置を提供する標準化されたプロトコル。
- TyphoonSimでは絶対エンコーダプロトコルは無視されます。この値を変更しても、TyphoonSimのシミュレーションにはまったく影響しません。
シングルターンビット
- マシン絶対エンコーダシングルターンビットの数。
- 絶対エンコーダプロトコルが「なし」でない場合にのみ使用できます。
- TyphoonSimでは絶対エンコーダプロトコルは無視されます。この値を変更しても、TyphoonSimのシミュレーションにはまったく影響しません。
マルチターンを有効にする
- マルチターン絶対エンコーダのサポートを有効にします。
- 絶対エンコーダプロトコルが「なし」でない場合にのみ使用できます。
- TyphoonSimでは絶対エンコーダプロトコルは無視されます。この値を変更しても、TyphoonSimのシミュレーションにはまったく影響しません。
マルチターンビット
- マシン絶対エンコーダマルチターンビットの数。
- 「マルチターンを有効にする」がチェックされている場合にのみ使用できます。
- TyphoonSimでは絶対エンコーダプロトコルは無視されます。この値を変更しても、TyphoonSimのシミュレーションにはまったく影響しません。
EnDat/SSI/BiSSクロックDIピン
- 選択した絶対エンコーダプロトコルタイプのクロックデジタル入力ピン。
- 絶対エンコーダプロトコルが「なし」でない場合にのみ使用できます。
- TyphoonSimでは絶対エンコーダプロトコルは無視されます。この値を変更しても、TyphoonSimのシミュレーションにはまったく影響しません。
クロックDIロジック
- クロック DI ピンのロジック: アクティブハイ/アクティブロー。
- 絶対エンコーダプロトコルが「なし」でない場合にのみ使用できます。
- TyphoonSimでは絶対エンコーダプロトコルは無視されます。この値を変更しても、TyphoonSimのシミュレーションにはまったく影響しません。
EnDatデータDIピン
- EnDat データデジタル入力ピン。
- 絶対エンコーダプロトコルがEnDat の場合にのみ使用できます。
- TyphoonSimでは絶対エンコーダプロトコルは無視されます。この値を変更しても、TyphoonSimのシミュレーションにはまったく影響しません。
データDIロジック
- EnDat データ DI ピンロジック: アクティブハイ/アクティブロー。
- 絶対エンコーダプロトコルがEnDat の場合にのみ使用できます。
- TyphoonSimでは絶対エンコーダプロトコルは無視されます。この値を変更しても、TyphoonSimのシミュレーションにはまったく影響しません。

外部レゾルバキャリアソースを選択した場合、ソース信号タイプはシングルエンドまたは差動のいずれかに設定できます。シングルエンド外部レゾルバキャリアソースタイプでは、HIL/TyphoonSim（TyphoonSimの内部仮想IOバス）のアナログチャンネルから、res_ai_pin_1アドレスを外部キャリアソースとしてアナログ入力信号を使用できます。さらに、入力信号には、以下の式に従ってオフセット（V）とゲイン（V/V）の値を割り当てることができます。

r e s_c 1つの r r_s r c = r e s_1つの 私_グラム 1つの 私 n \cdot (あ 私 (r e s_1つの 私_p 私 n_1) + r e s_1つの 私_o f f s e t)

差動外部レゾルバキャリアソースタイプでは、HIL/TyphoonSim（TyphoonSimの内部仮想IOバス）アナログチャンネルから、res_ai_pin_1およびres_ai_pin_2アドレスを持つ2つのアナログ入力信号を使用できます。これらのHIL/TyphoonSim（TyphoonSimの内部仮想IOバス）アナログ入力からのアナログ信号は減算され、その結果が外部差動キャリアソースとして使用されます。さらに、入力信号には（シングルエンドの場合と同様に）オフセット（V）とゲイン（V/V）値を以下の式に従って割り当てることができます。

r e s_c 1つの r r_s r c = r e s_1つの 私_グラム 1つの 私 n \cdot ((あ 私 (r e s_1つの 私_p 私 n_1) - あ 私 (r e s_1つの 私_p 私 n_2)) + r e s_1つの 私_o f f s e t)

注：リアルタイム/VHILシミュレーションでは、差動外部レゾルバ信号のサポートはソフトウェアバージョン2023.1から利用可能になりました。以前のソフトウェアバージョンでは、シングルエンド外部レゾルバオプションのみが利用可能でした。

注：外部キャリア信号を用いてレゾルバ信号の振幅を1にするには、調整後のレゾルバキャリア信号の振幅が1になるようにオフセットとゲインを選択する必要があります。図5に示すように、外部レゾルバキャリア信号源を生成するために使用される正弦波信号は、HIL/TyphoonSim（TyphoonSimの内部仮想IOバス）のアナログ入力1に入力されます。アナログ入力信号は、レゾルバ信号の振幅が1になるようにスケーリングされます。

エンコーダ信号を適切に生成するには、次の式が成り立つ必要があります。

4 \cdot e n c_p p r \cdot f_{メートル} {\cdot T}_{s} \leq 1

表3エンコーダ制限式の変数
シンボル	説明
enc_ppr	エンコーダの1回転あたりのパルス数
f _m	ローター機械周波数[Hz]
_Ts	シミュレーション時間ステップ[秒]

注意:マシン速度が正の場合、エンコーダチャネル B 信号はエンコーダチャネル A 信号より進みます。

注:絶対エンコーダプロトコルは HIL402 (構成: 1、2、3、および 4) ではサポートされていません。

注:絶対エンコーダプロトコルの詳細については、ここを参照してください。

スナッバー（タブ）

Rsnbステーター
- ステータスナバ抵抗値 [Ω]

電流源ベースの回路インターフェースを持つすべてのマシンには、プロパティウィンドウに[スナバ]タブがあり、スナバ抵抗の値を設定できます。インバータまたはコンタクタがマシンの端子に直接接続される場合、スナバが必要です。この値は無限大 ( inf ) に設定できますが、電流源がオープンスイッチに直接接続されるため、マシンがインバータに直接接続されている場合は推奨されません。この場合、トポロジの競合を回避するために、スイッチペア S1 と S2、S3 と S4、および S5 と S6 のいずれかが回路ソルバーによって強制的に閉じられます。一方、有限のスナバ値を使用すると、常に電流 Ia と Ib のパスが存在するため、この場合はすべてのインバータスイッチをオープンにすることができます。この回路のスナバ抵抗なしとスナバ抵抗ありの回路図をそれぞれ図 8と図 9に示します。スナバは電流源に接続されます。

図8すべてのスイッチが抵抗なしで開いている場合の機械とインバータの回路図（非推奨）

図9すべてのスイッチが抵抗器付きで開いている場合の機械とインバータの回路図（推奨）

注意:スナバは、電流源ベースの回路インターフェースを持つ機械コンポーネントにのみ存在します。

注:スナバは動的です。つまり、トポロジの競合が検出された回路モードにスナバが動的に追加されます。

出力（タブ）

このブロックタブは、機械からのベクトル化された単一の信号出力を可能にします。出力ベクトルには、選択された機械の機械的変数および／または電気的変数が、このタブにリストされている順序と同じ順序で含まれます。

注意:すべての機械コンポーネントには実行速度、電気トルク、機械速度、機械角度がありますが、残りの信号はコンポーネントごとに異なります。

実行率
- 信号処理出力実行速度[秒]
電気トルク
- 機械電気トルク[Nm]
機械速度
- 機械の機械角速度[rad/s]
機械角度
- 機械機械角度 [rad]
固定子相磁束鎖交
- a相の磁束鎖交数[Wb]
固定子相b磁束鎖交
- b相の磁束鎖交数[Wb]
固定子相c磁束鎖交
- c相の磁束鎖交数[Wb]
位相トルク成分
- フェーズaで発生する電気トルク[Nm]
フェーズbのトルク成分
- フェーズbで発生する電気トルク[Nm]
フェーズcのトルク成分
- 位相cで発生する電気トルク[Nm]