DC Motor

Модель двигателя постоянного тока с электрическим и характеристиками крутящего момента

Библиотека:
Simscape / Электрический / Электромеханический / Нарисованные кистью Двигатели

Описание

Блок DC Motor представляет электрические характеристики и характеристики крутящего момента двигателя постоянного тока с помощью следующей модели эквивалентной схемы:

Вы задаете параметры эквивалентной схемы для этой модели, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By equivalent circuit parameters. Резистор R соответствует сопротивлению, которое вы задаете в параметре Armature resistance. Индуктор L соответствует индуктивности, которую вы задаете в параметре Armature inductance. Постоянные магниты в двигателе вызывают следующую обратную эдс _vb в арматуре:

$v_{b} = k_{v} ω$

где _kv является Back-emf constant, и ω является скоростью вращения. Двигатель производит следующий крутящий момент, который пропорционален моторному текущему i:

$T_{E} = k_{t} i$

где _kt является Torque constant. Блок DC Motor принимает, что нет никаких электромагнитных потерь. Это означает, что механическая энергия равна электроэнергии, рассеянной обратной эдс в арматуре. Приравнивание этих двух условий дает:

$\begin{array}{l} T_{E} ω = v_{b} i \\ k_{t} i ω = k_{v} ω i \\ k_{v} = k_{t} \end{array}$

В результате вы задаете или _kv или _kt в параметрах блоков.

Характеристика скорости крутящего момента для блока DC Motor связана с параметрами в предыдущей фигуре. Когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By stall torque & no-load speed или By rated power, rated speed & no-load speed, блок решает для параметров эквивалентной схемы можно следующим образом:

Для установившегося отношения скорости крутящего момента L не оказывает влияния.
Суммируйте напряжения вокруг цикла и перестроения для i:

$i = \frac{V - v_{b}}{R} = \frac{V - k_{v} ω}{R}$
Замените этим значением i в уравнение для крутящего момента:

$T_{E} = \frac{k_{t}}{R} (V - k_{v} ω)$
Когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By stall torque & no-load speed, блок использует предыдущее уравнение, чтобы определить значения для R и _kt (и эквивалентно _kv).
Когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By rated power, rated speed & no-load speed, блок использует расчетную скорость и степень вычислить расчетный крутящий момент. Блок использует расчетный крутящий момент и значения скорости без загрузок в предыдущем уравнении, чтобы определить значения для R и _kt.

Моторная инерция моделей блока J и затухание λ для всех значений параметра Model parameterization. Получившийся крутящий момент через блок:

$T = \frac{k_{t}}{R} (V - k_{v} ω) - J \dot{ω} - λ ω$

Не всегда возможно измерить затухание ротора, и затухание ротора не всегда обеспечивается на таблице данных производителя. Альтернатива должна использовать ток без загрузок, чтобы вывести значение для затухания ротора.

Для без загрузок электрически сгенерированный механический крутящий момент должен равняться крутящему моменту затухания ротора:

$k_{t} i_{n o l o a d} = λ ω_{n o l o a d}$

где i _noload является током без загрузок. Если вы выбираете By no-load current для параметра Rotor damping parameterization затем это уравнение используется в дополнение к уравнению скорости крутящего момента, чтобы определить значения для λ и других коэффициентов уравнения.

Значение для затухания ротора, ли заданный непосредственно или в терминах тока без загрузок, учтено при определении параметров эквивалентной схемы для опций Model parameterization By stall torque and no-load speed и By rated power, rated speed and no-load speed.

Когда положительные электрические токи от электрического + до портов -, положительный крутящий момент действует от механического C до портов R.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы осушить тепловой порт, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели, и затем из контекстного меню выбирают Simscape> Block choices> Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и отсоединяет параметры Thermal Port и Temperature Dependence.

Используйте тепловой порт, чтобы симулировать эффекты медных потерь сопротивления, которые преобразуют электроэнергию нагреться. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и на Temperature Dependence и параметрах Thermal Port, смотрите Термальные эффекты Симуляции во Вращательных и Поступательных Приводах.

Порты

Сохранение

развернуть все

`+` — Положительный терминал
электрический

Электрический порт сохранения сопоставил с двигателем постоянного тока положительный терминал.

`-` — Отрицательный терминал
электрический

Электрический порт сохранения сопоставил с двигателем постоянного тока отрицательный терминал.

`C` — Моторный случай
механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен со случаем двигателя постоянного тока.

`R` — Моторный ротор
механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с ротором двигателя постоянного тока.

`H` — Тепловой порт
тепловой

Тепловой порт. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловой Порт.

Параметры

развернуть все

Электрический крутящий момент

`Model parameterization` — Блокируйте параметризацию
`By equivalent circuit parameters` (значение по умолчанию) | `By stall torque & no-load speed` | `By rated power, rated speed & no-load speed`

Выберите один из следующих методов для параметризации блока:

By equivalent circuit parameters — Обеспечьте электрические параметры для модели эквивалентной схемы двигателя.
By stall torque & no-load speed — Обеспечьте крутящий момент и параметры скорости, которые блок преобразует в модель эквивалентной схемы двигателя.
By rated power, rated speed & no-load speed — Обеспечьте степень и параметры скорости, которые блок преобразует в модель эквивалентной схемы двигателя.

`Armature resistance` — Сопротивление якоря
3.9 `Ohm` (значение по умолчанию)

Сопротивление фрагмента проведения двигателя.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By equivalent circuit parameters.

`Armature inductance` — Индуктивность якоря
`12e-6` `H` (значение по умолчанию)

Индуктивность фрагмента проведения двигателя. Если у вас нет информации об этой индуктивности, установите значение этого параметра к маленькому, ненулевому номеру.

`Define back-emf or torque constant` — Спецификация констант
`Specify back-emf constant` (значение по умолчанию) | `Specify torque constant`

Укажите, зададите ли вы постоянную обратную эдс двигателя или постоянный крутящий момент. Когда вы задаете их в единицах СИ, эти константы имеют то же значение, таким образом, вы только задаете один или другой в диалоговом окне блока.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By equivalent circuit parameters.

`Back-emf constant` — Постоянная обратная эдс
`0.072e-3` (значение по умолчанию) | `V/rpm`

Отношение напряжения, сгенерированного двигателем к скорости, на которой вращается двигатель.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Define back-emf or torque constant на Specify back-emf constant.

`Torque constant` — Постоянный крутящий момент
`6.876e-4` `N*m/A` (значение по умолчанию)

Отношение крутящего момента, сгенерированного двигателем к току, поставленному ему.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Define back-emf or torque constant на Specify torque constant.

`Stall torque` — Остановите крутящий момент
`0.24e-3` `N*m`. (значение по умолчанию)

Сумма крутящего момента, сгенерированного двигателем, когда скорость является приблизительно нулем.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By stall torque & no-load speed.

`No-load speed` — Скорость без загрузок
19100 `rpm` (значение по умолчанию)

Скорость двигателя, если не управляющего загрузкой.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By stall torque & no-load speed или By rated power, rated speed & no-load speed.

`Rated speed (at rated load)` — Расчетная скорость
15000 `rpm` (значение по умолчанию)

Частота вращения двигателя на расчетном уровне механической энергии.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By rated power, rated speed & no-load speed.

`Rated load (mechanical power)` — Расчетная загрузка
0.08 `W` (значение по умолчанию)

Механическая энергия двигатель спроектирована, чтобы поставить на расчетной скорости.

Зависимости

`Rated DC supply voltage` — Расчетное напряжение предоставления DC
1.5 `V` (значение по умолчанию)

Напряжение, при котором двигатель оценивается, чтобы действовать.

Зависимости

`Rotor damping parameterization` — Параметризация затухания ротора
`By damping value` (значение по умолчанию) | `By no-load current`

Выберите один из следующих методов, чтобы задать затухание ротора:

By damping value — Задайте значение для ротора, ослабляющего непосредственно, при помощи параметра Rotor damping в параметрах Mechanical.
By no-load current — Блок вычисляет затухание ротора на основе значений, которые вы задаете для параметров DC supply voltage when measuring no-load current и No-load current. Если вы выбираете эту опцию, параметр Rotor damping не доступен для параметров Mechanical.

`No-load current` — Ток без загрузок
0 `A` (значение по умолчанию)

Задайте текущее значение без загрузок, чтобы использоваться в вычислении затухания ротора. Этот параметр только отображается, когда вы выбираете By no-load current для параметра Rotor damping parameterization.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Rotor damping parameterization на By no-load current.

`DC supply voltage when measuring no-load current` — Напряжение предоставления DC при измерении тока без загрузок
1.5 `V` (значение по умолчанию)

Задайте напряжение предоставления DC, соответствующее текущему значению без загрузок, чтобы использоваться в вычислении затухания ротора.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Rotor damping parameterization на By no-load current.

Механическое устройство

`Rotor inertia` — Инерция ротора
0.01 `g*cm^2` (значение по умолчанию)

Сопротивление ротора, чтобы измениться в моторном движении. Значение может быть нулем.

`Rotor damping` — Ротор рассеял энергию
0 `N*m/(rad/s)` (значение по умолчанию)

Энергия рассеивается ротором. Значение может быть нулем.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Rotor damping parameterization в установке Electrical Torque к By damping value.

`Initial rotor speed` — Начальная скорость ротора
0 `rpm` (значение по умолчанию)

Скорость ротора в начале симуляции.

Температурная зависимость

Эта вкладка появляется только для блоков с осушенным тепловым портом. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловой Порт.

`Resistance temperature coefficient` — Коэффициент температуры сопротивления
`3.93e-3` `1/K` (значение по умолчанию)

Коэффициент температуры сопротивления.

`Measurement temperature` — Температура измерения
25 `degC` (значение по умолчанию)

Температура, для которой заданы моторные параметры.

Тепловой порт

`Thermal mass` — Количество тепла
100 `J/K` (значение по умолчанию)

Количество тепла является энергией, требуемой повысить температуру одной степенью.

`Initial temperature` — Начальная температура
25 `degC` (значение по умолчанию)

Температура теплового порта в начале симуляции.

Примеры модели

Бесщеточный двигатель постоянного тока

Как системная модель бесщеточного двигателя постоянного тока (т.е. сервопривод) может быть создана и параметризована на основе информации о таблице данных. Двигатель и драйвер моделируются как одна подсистема маскированная. При просмотре модели в Simulink® выберите Motor и блок драйверов, и введите Ctrl+U, чтобы посмотреть под маской и видеть структуру модели.

Открытая модель

Линейный электропривод (модель электродвигателя)

Как разработать модель неконтролируемого линейного привода с помощью значений параметров таблицы данных. Привод состоит из двигателя постоянного тока, управляющего 6.25:1 червячная передача, которая в свою очередь управляет 3-миллиметровым ведущим винтом, чтобы произвести линейное движение. Данные производителя для привода задают линейную скорость без загрузок (26mm/s), оцененная загрузка (1000 Н), расчетная загрузка линейная скорость (19mm/s) и максимальный ток (5 А). Максимальная статическая сила составляет 4000 Н, и номинальное напряжение является 24-вольтовым DC.

Открытая модель

Линейный электропривод с управлением

Подробная модель реализации управляемого линейного привода. Привод состоит из двигателя постоянного тока, управляющего червячной передачей, которая в свою очередь управляет ведущим винтом, чтобы произвести линейное движение. Модель включает эффекты квантования датчика эффекта Холла и реализацию управления в аналоговой электронике. Существует несколько различных подсистем в этой модели, которые имеют модели на различных уровнях точности.

Открытая модель

PWM-управляемый двигатель постоянного тока

Как использовать Управляемое Напряжение PWM и H-мостовой-брусья, чтобы управлять двигателем. Блок двигателя постоянного тока использует параметры таблицы данных производителя, которые задают двигатель как поставку механической энергии на 10 Вт в 2 500 об/мин и скорости без загрузок как 4 000 об/мин, когда запущено от 12-вольтового предоставления DC. Следовательно, если ссылочное напряжение PWM установлено в свое максимальное значение +5V, то двигатель должен достигнуть 4 000 об/мин. Если это установлено в +2.5V, то это должно запуститься на уровне приблизительно 2 000 об/мин. Параметр Имитационной модели устанавливается на Усредненный и для Управляемого Напряжения PWM и для H-мостовой-брусьев, приводящих к быстрой симуляции. Чтобы подтвердить усредненное поведение, измените параметр режима Simulation в PWM в обоих блоках.

Открытая модель

Ссылки

[1] Болтон, W. Механотроника: Системы Электронного управления в Машиностроении и Электротехнике, 3-м выпуске Образование Пирсона, 2004..

Документация

DC Motor

Описание

Тепловой порт

Порты

Сохранение

+ — Положительный терминал электрический

- — Отрицательный терминал электрический

C — Моторный случай механическое устройство

R — Моторный ротор механическое устройство

H — Тепловой порт тепловой

Параметры

Электрический крутящий момент

Model parameterization — Блокируйте параметризацию By equivalent circuit parameters (значение по умолчанию) | By stall torque & no-load speed | By rated power, rated speed & no-load speed

Armature resistance — Сопротивление якоря3.9 Ohm (значение по умолчанию)

Зависимости

Armature inductance — Индуктивность якоря 12e-6 H (значение по умолчанию)

Define back-emf or torque constant — Спецификация констант Specify back-emf constant (значение по умолчанию) | Specify torque constant

Зависимости

Back-emf constant — Постоянная обратная эдс 0.072e-3 (значение по умолчанию) | V/rpm

Зависимости

Torque constant — Постоянный крутящий момент 6.876e-4 N*m/A (значение по умолчанию)

Зависимости

Stall torque — Остановите крутящий момент 0.24e-3 N*m. (значение по умолчанию)

Зависимости

No-load speed — Скорость без загрузок19100 rpm (значение по умолчанию)

Зависимости

Rated speed (at rated load) — Расчетная скорость15000 rpm (значение по умолчанию)

Зависимости

Rated load (mechanical power) — Расчетная загрузка0.08 W (значение по умолчанию)

Зависимости

Rated DC supply voltage — Расчетное напряжение предоставления DC1.5 V (значение по умолчанию)

Зависимости

Rotor damping parameterization — Параметризация затухания ротора By damping value (значение по умолчанию) | By no-load current

No-load current — Ток без загрузок0 A (значение по умолчанию)

Зависимости

DC supply voltage when measuring no-load current — Напряжение предоставления DC при измерении тока без загрузок1.5 V (значение по умолчанию)

Зависимости

Механическое устройство

Rotor inertia — Инерция ротора0.01 g*cm^2 (значение по умолчанию)

Rotor damping — Ротор рассеял энергию0 N*m/(rad/s) (значение по умолчанию)

Зависимости

Initial rotor speed — Начальная скорость ротора0 rpm (значение по умолчанию)

Температурная зависимость

Resistance temperature coefficient — Коэффициент температуры сопротивления 3.93e-3 1/K (значение по умолчанию)

Measurement temperature — Температура измерения25 degC (значение по умолчанию)

Тепловой порт

Thermal mass — Количество тепла100 J/K (значение по умолчанию)

Initial temperature — Начальная температура25 degC (значение по умолчанию)

Примеры модели

Бесщеточный двигатель постоянного тока

Линейный электропривод (модель электродвигателя)

Линейный электропривод с управлением

PWM-управляемый двигатель постоянного тока

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Смотрите также

Введенный в R2008a

Документация Simscape Electrical

Поддержка

`+` — Положительный терминал
электрический

`-` — Отрицательный терминал
электрический

`C` — Моторный случай
механическое устройство

`R` — Моторный ротор
механическое устройство

`H` — Тепловой порт
тепловой

`Model parameterization` — Блокируйте параметризацию
`By equivalent circuit parameters` (значение по умолчанию) | `By stall torque & no-load speed` | `By rated power, rated speed & no-load speed`

`Armature resistance` — Сопротивление якоря
3.9 `Ohm` (значение по умолчанию)

`Armature inductance` — Индуктивность якоря
`12e-6` `H` (значение по умолчанию)

`Define back-emf or torque constant` — Спецификация констант
`Specify back-emf constant` (значение по умолчанию) | `Specify torque constant`

`Back-emf constant` — Постоянная обратная эдс
`0.072e-3` (значение по умолчанию) | `V/rpm`

`Torque constant` — Постоянный крутящий момент
`6.876e-4` `N*m/A` (значение по умолчанию)

`Stall torque` — Остановите крутящий момент
`0.24e-3` `N*m`. (значение по умолчанию)

`No-load speed` — Скорость без загрузок
19100 `rpm` (значение по умолчанию)

`Rated speed (at rated load)` — Расчетная скорость
15000 `rpm` (значение по умолчанию)

`Rated load (mechanical power)` — Расчетная загрузка
0.08 `W` (значение по умолчанию)

`Rated DC supply voltage` — Расчетное напряжение предоставления DC
1.5 `V` (значение по умолчанию)

`Rotor damping parameterization` — Параметризация затухания ротора
`By damping value` (значение по умолчанию) | `By no-load current`

`No-load current` — Ток без загрузок
0 `A` (значение по умолчанию)

`DC supply voltage when measuring no-load current` — Напряжение предоставления DC при измерении тока без загрузок
1.5 `V` (значение по умолчанию)

`Rotor inertia` — Инерция ротора
0.01 `g*cm^2` (значение по умолчанию)

`Rotor damping` — Ротор рассеял энергию
0 `N*m/(rad/s)` (значение по умолчанию)

`Initial rotor speed` — Начальная скорость ротора
0 `rpm` (значение по умолчанию)

`Resistance temperature coefficient` — Коэффициент температуры сопротивления
`3.93e-3` `1/K` (значение по умолчанию)

`Measurement temperature` — Температура измерения
25 `degC` (значение по умолчанию)

`Thermal mass` — Количество тепла
100 `J/K` (значение по умолчанию)

`Initial temperature` — Начальная температура
25 `degC` (значение по умолчанию)

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.