三相巻線型同期機（汎用）

この簡略化された三相巻線型同期機モデルは、電力や電圧といった一般的な機械データのみを用いて、機械のダイナミクスをリアルタイムでシミュレーションすることを可能にします。使いやすく実装しやすい、信号処理ベースのコンポーネントとして構築されています。

図1. Typhoon HIL回路図エディタの3相巻線回転子同期機（汎用）コンポーネント

A、B、Cは固定子巻線の端子です。固定子巻線はリアクタンスインターフェースの後ろの電圧を利用します。固定子巻線の配置（接続）は、アクセス可能な中性点を持つスター結線とみなされます。

機械の簡略化モデルでは、回転子は円形で、界磁巻線は分離され独立して動作するものと仮定しています。一方、機械にはq軸に短絡された1つの制動巻線のみがあり、この制動巻線はアクセス可能な端子のない短絡状態になっています。

パラメータ推定

同期機モデルを実装するために、ユーザーから提供された機械の公称動作条件に関する一般情報を用いて、一連の基本パラメータを推定します。これらの情報は、機械状態空間方程式（次節で説明）で使用されます。推定パラメータは、固定子、界磁巻線、およびq軸上の単一ダンパー巻線の抵抗値と漏れインダクタンス値、およびdq磁化インダクタンスです。

$R_{s} = 0.02 \frac{V_{段階}}{私_{段階}} \frac{P_{n}}{S_{n}} = 0.02 \frac{P_{n} {V_{ライン}}^{2}}{{S_{n}}^{2}}$ , $R_{f d} = 0.05 \frac{{V_{ライン}}^{2}}{S_{n}}$ , $R_{け q} = R_{s}$

$L_{メートル d} = 0.5 \frac{V_{段階}}{ω_{s} 私_{段階}} = 0.5 \frac{{V_{ライン}}^{2}}{ω_{s} S_{n}}$ , $L_{メートル q} = L_{メートル d}$ , $L_{l s} = L_{l け q} = L_{l f d} = 0.0833 L_{メートル d}$

$ω_{s} = 2 π f_{名目上の}$

リストされている推定では、固定子抵抗は、予測される固定子銅損 (ここでは機械公称電力の 2%) に基づいて選択されています。回転子抵抗器は固定子側に変換され、過渡安定性を向上させるために固定子抵抗 ( d軸フィールド) と等しいと見なされます。磁化インダクタンスは、公称条件での機械磁束の量と相電流振幅に基づいて選択されます (ここで、0.5 の乗数は、リストされている公称値の周りのより広い範囲の動作条件に対して安定性マージン過剰設計を保証するためです)。漏れインダクタンスは、いくつかの一般的な同期機設計の平均に基づいて推定された磁化インダクタンスの 1/12 になるように選択され、推定された抵抗を考慮して回転子巻線と固定子の両方に対して高速ダンピング時定数を維持します。

記載されている推定値では、 $V_{ライン}$ , $S_{n}$ , $P_{n}$ そして $f_{名目上の}$ コンポーネントマスクから提供される機械の公称線間電圧、公称皮相電力、公称有効電力、および機械の公称電気周波数です。

注:使用された推定値は、公称条件の仮定に基づく 1 つのアプローチにすぎず、参考のために提示されていることに注意してください。

電気サブシステムモデル

機械の電気部分は、簡略化されたリアクタンス背後電圧モデルに基づいて実装されており、回転子磁束（すなわち、界磁巻線磁束とq軸ダンパー巻線磁束）が状態変数として選択され、固定子電流と回転子界磁巻線電圧がシステムへの入力として使用されます。また、簡略化のため、 d軸の界磁巻線磁束方程式は固定子電流ダイナミクスから分離され、回転するdq基準フレームでモデル化された以下の方程式系で表されます。

$[\begin{array}{c} v_{d s} \\ v_{q s} \\ v_{0 s} \\ v_{f d} \\ v_{け q} \end{array}] = [\begin{matrix} R_{s} & 0 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & R_{s} & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & R_{s} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & R_{f d} & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & R_{け q} \end{matrix}] [\begin{array}{c} 私_{d s} \\ 私_{q s} \\ 私_{0 s} \\ 私_{f d} \\ 私_{け q} \end{array}] + \frac{d}{d t} [\begin{array}{c} ψ_{d s} \\ ψ_{q s} \\ ψ_{0 s} \\ ψ_{f d} \\ ψ_{け q} \end{array}] + ω_{r} [\begin{array}{c} - ψ_{q s} \\ ψ_{d s} \\ 0 \\ 0 \\ 0 \end{array}]$

$[\begin{array}{c} ψ_{d s} \\ ψ_{q s} \\ ψ_{0 s} \\ ψ_{f d} \\ ψ_{け q} \end{array}] = [\begin{matrix} L_{l s} + L_{メートル d} & 0 & 0 & L_{メートル d} & 0 \\ 0 & L_{l s} + L_{メートル q} & 0 & 0 & L_{メートル q} \\ 0 & 0 & L_{l s} & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & L_{l f d} + L_{メートル d} & 0 \\ 0 & L_{メートル q} & 0 & 0 & L_{l け q} + L_{メートル q} \end{matrix}] [\begin{array}{c} 私_{d s} \\ 私_{q s} \\ 私_{0 s} \\ 私_{f d} \\ 私_{け q} \end{array}]$

上記で表現された機械状態空間モデルは、回転子磁束を状態変数として回転子状態空間システムを形成し、固定子電流と界磁電圧を入力として解くVBR定式化に変換されます。得られた解は、q軸とd軸の両方に制御電圧源と等価インダクタンスとして表され、両軸の固定子等価回路に直列に接続されます。固定子は、変換された前述の電圧源と等価直列回路を用いて外部回路に直接接続されます。 RL 分岐。インターフェース抵抗は $R_{s}$ そして、インターフェースインダクタンスは $L_{l s} + {L''}_{メートル d}$ どこ：

${L''}_{メートル d} = \frac{L_{l f d} L_{メートル d}}{L_{l f d} + L_{メートル d}}$

また、機械システム方程式の場合、電磁トルクは次のように計算されます。

T_{e} = \frac{3}{2} p (ψ_{d s} 私_{q s} - ψ_{q s} 私_{d s})

ここで、 p はコンポーネントマスクから提供された公称速度と公称周波数を使用して計算される極対の数です。

注：リアルタイム/VHILシミュレーションにおいて、このマシンモデルで使用されるVBRインターフェース回路はリアクタンス・インターフェースに類似していますが、状態方程式のシミュレーションでは標準のマシンソルバーは使用されず、より大きな時間ステップサイズを使用する信号処理ブロックとモジュールを使用して実装されていることに注意してください。したがって、このマシンモデルは、選択したHILデバイス構成に関連付けられたマシンの最大数には寄与しません。そのため、主に大規模システムとその過渡現象に焦点を当てたモデルに、多数のマシンを含めることができます。

表1電気サブシステムモデルの変数
シンボル	説明
v _ds	固定子相電圧の直軸成分[V]
v _qs	固定子相電圧の直交軸成分[V]
v_0s	固定子相電圧の零相成分[V]
v _fd	固定子基準の回転子界磁巻線電圧 [V]
v _kq	直交軸ローターダンパー巻線電圧（固定子基準）[V]
私_は	固定子相電流の直軸成分[A]
私は_{質問します}	固定子相電流の直交軸成分[A]
i_0s	固定子相電流の零相成分[A]
私は_FD	回転子界磁巻線電流（固定子基準）[A]
私は_kq	直交軸ローターダンパー巻線電流（固定子基準）[A]
ψ _ds	固定子磁束の直軸成分[Wb]
ψ _qs	固定子磁束の直交軸成分[Wb]
ψ_0s	固定子磁束の零相成分[Wb]
ψ _fd	固定子を基準とした回転子界磁巻線磁束 [Wb]
ψ _kq	固定子を基準とした直交軸ローターダンパー巻線磁束[Wb]
_Rs	固定子相抵抗 [Ω]
R _fd	回転子界磁巻線抵抗（固定子基準）[Ω]
R _kq	固定子を基準とした直交軸ローターダンパー巻線抵抗[Ω]
L _ls	固定子相漏れインダクタンス[H]
L _md	直軸磁化（相互、主）インダクタンス [H]
L _mq	直交軸磁化（相互、主）インダクタンス [H]
L _lfd	固定子を基準とした直軸回転子界磁巻線漏れインダクタンス[H]
L _lkq	固定子を基準とした直交軸ローターダンパー巻線の漏れインダクタンス[H]
L'' _md	直軸サブトランジェントインダクタンス [H]
ω _r	ローター電気速度 [rad/s] ( $= p ω_{メートル}$ )
p	機械の極対数
T _e	機械発生電磁トルク[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})

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]
θ _m	ローター機械角度 [rad]

ポート

A（電気）
- ステータ巻線 A 相ポート。

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。

N（電気）
- スター（Y）接続された固定子巻線の中性点。

で
- ローター速度 -機械入力が速度に設定されている場合。
- ロータートルク -機械入力がトルクに設定されている場合。

VFD
- 回転子界磁巻線電圧[V]

電気（タブ）

公称機械線間電圧
- 機械の固定子端子における公称線間電圧。[V]
公称皮相電力
- 機械の固定子端子における公称皮相電力。[VA]
公称有効電力
- 機械の固定子端子における公称有効電力[W]
公称周波数
- ステータの公称電気周波数。[Hz]
公称回転数/分
- ローターの公称機械速度。[RPM]

メカニカル（タブ）

慣性
- 機械のローターに取り付けられた回転慣性の合計（ローター自体を含む）- 追加の負荷慣性もこの値に含める必要があります。[kgm2]
初期ローター角度
- ローターの初期機械角度（ ar軸に対するas軸）。[度]
機械入力
- 機械への機械的入力の種類。機械的トルク [Nm] または機械的速度 [rad/s] で構成されます。

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。

固定子A相電流
- 固定子A相電流[A]
ステータB相電流
- ステータB相電流[A]
固定子C相電流
- 固定子C相電流[A]
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]

実行率（タブ）

コンポーネントのシグナル処理実行レートはここで指定します。実行レートの処理方法の詳細については、実行レートに関するドキュメントをご覧ください。

実行率
- 信号処理出力実行速度[秒]

特典（タブ）

「Extras」タブでは、コンポーネントの信号アクセス管理を設定できます。

シグナルの可視性は、「signal_access」プロパティと、その階層内の親コンポーネントがロックされているかどうかに基づいて計算されます。ロックされたコンポーネントに含まれていないコンポーネントは、「signal_access」プロパティに関係なくシグナルを公開します。「signal_access」プロパティは、以下の3つの値のいずれかになります。

パブリック - パブリックとしてマークされたコンポーネントは、すべてのレベルでシグナルを公開します。
保護済み - 保護済みとしてマークされたコンポーネントは、最初のロックされた親コンポーネントの外部のコンポーネントへの信号を非表示にします。
継承 - 継承としてマークされたコンポーネントは、継承以外の値に設定されている最も近い親の 'signal_access' プロパティ値を取得します。