Stepper Motor
Реализуйте модель шагового двигателя
Библиотека
Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Электрические Машины
Описание
Блок Stepper Motor (STM) реализует типовую модель, которая представляет два самых популярных семейства шаговых двигателей:
Шаговые двигатели переменного нежелания
Постоянный магнит или гибридные шаговые двигатели
Модель Stepper Motor состоит из электрических и механических разделов. Электрический раздел представлен эквивалентной схемой, настройка которой зависит от моторного типа. Эквивалентные схемы принимают, что магнитная схема линейна (никакое насыщение), и взаимная индуктивность между фазами незначительна. Механический раздел представлен моделью в пространстве состояний на основе момента инерции и коэффициента вязкого трения.
Этот рисунок показывает эквивалентную схему для одной фазы в шаговом двигателе переменного нежелания.
В этой модели Ra и La (θ), соответственно, представляют сопротивление и индуктивность фазы обмотка. Извилистая индуктивность варьируется в зависимости от положения ротора:
La (θ) = L 0 + L 1cos (Nrθ),
где,
L 0 является средней индуктивностью.
L 1 является максимальным изменением индуктивности.
Nr является зубным номером ротора.
В ссылочном положении (θ = 0), зуб ротора полностью выравнивается с полюсом A-оси, чтобы достигнуть максимальной A-фазы извилистая индуктивность.
Общий электромагнитный крутящий момент, произведенный двигателем, является суммой крутящих моментов, произведенных моторными фазами:
где,
m является количеством фаз.
ix является обмоткой, текущей в фазе x.
Lx является функцией индуктивности обмотки фазы x.
Этот рисунок показывает эквивалентную схему для одной фазы в постоянном магните (PM), или гибридный шаговый двигатель.
В этой модели Ra и La, соответственно, представляют сопротивление и индуктивность обмотки A-фазы. Из-за большого значения воздушного зазора, введенного магнитами, извилистая индуктивность премьер-министра или гибридного шагового двигателя может считаться независимой от положения ротора. Исходный ea напряжения (θ) представляет моторную противоэлектродвижущую силу (EMF), который является синусоидальной функцией положения ротора:
где,
p является количеством пар полюса. Количество пар полюса p дано p = Nr/2.
ψm является моторным максимальным магнитным потоком.
Обратите внимание на то, что в ссылочном положении (θ = 0), Северный полюс на роторе полностью выравнивается с полюсом A-оси, чтобы достигнуть нулевого значения коэффициента противо-ЭДС A-фазы.
Электромагнитный крутящий момент, произведенный двухфазным PM или гибридным шаговым двигателем, равен сумме крутящего момента, следующего из взаимодействия токов фазы и магнитных потоков, созданных магнитами и крутящим моментом стопора, который следует из выступа ротора:
Te = –pψmiasin (pθ) – sin pψmib (pθ – π/2) – T dmsin (m Nrθ).
где,
m является количеством фазы (m =2) двигателя.
Nr количество зубов на роторе (Nr = 2*p).
Параметры
Постоянный магнит / гибрид
- Motor type
Выберите
Permanent-magnet/Hybrid(значение по умолчанию), чтобы реализовать премьер-министра или гибридный шаговый двигатель.- Number of phases
Выберите
2(значение по умолчанию) или4фазы.- Winding inductance
Индуктивность, La, в H, каждой обмотки фазы. Значением по умолчанию является
10e-3.- Winding resistance
Сопротивление, Ra, в Омах, каждой обмотки фазы. Значением по умолчанию является
1.2.- Step angle
Угол шага, в градусах, перемещения ротора. Значением по умолчанию является
30.- Maximum flux linkage
Максимальное потокосцепление, ψm, в V.s, произведенном магнитами. Значением по умолчанию является
0.04.- Maximum detent torque
Максимальный крутящий момент стопора, Tdm, в N.m, следуя из выступа ротора. Значением по умолчанию является
0.02.- Total inertia
Общий импульс инерции, J, в kg.m2, двигателя и загрузки. Значением по умолчанию является
1e-4/5.- Total viscous friction coefficient
Общий коэффициент вязкого трения, B, в N.m.s, двигателя и загрузки. Значением по умолчанию является
1e-3.- Initial speed
Начальная скорость вращения, ω0, в rad/s. Значением по умолчанию является
0.- Initial position
Начальное положение ротора, Θ0, в градусах. Значением по умолчанию является
0.- Sample time (-1 for inherited)
Задайте шаг расчета шагового двигателя в s. Задайте
–1наследовать шаг расчета блока powergui в вашей модели. Значением по умолчанию является–1.
Переменное нежелание
- Motor type
Выберите
Variable reluctanceреализовывать шаговый двигатель переменного нежелания.- Number of phases
Выберите
3, 4, или5фазы.- Maximum winding inductance
Максимальная индуктивность, Lmax, в H, каждой обмотки фазы. Значением по умолчанию является
10e-3.- Minimum winding inductance
Минимальная индуктивность, Lmin, в H, каждой обмотки фазы. Значением по умолчанию является
2e-3.- Winding resistance
Сопротивление, Ra, в Омах, каждой обмотки фазы. Значением по умолчанию является
1.2.- Step angle
Угол шага, в градусах, перемещения ротора. Значением по умолчанию является
30.- Total inertia
Общий импульс инерции, J, в kg.m2, двигателя и загрузки. Значением по умолчанию является
1e-4/5.- Total friction
Общий коэффициент вязкого трения, B, в N.m.s, двигателя и загрузки. Значением по умолчанию является
1e-3.- Initial speed
Начальная скорость вращения, ω0, в rad/s. Значением по умолчанию является
0.- Initial position
Начальное положение ротора, Θ0, в градусах. Значением по умолчанию является
0.- Sample time (-1 for inherited)
Задайте шаг расчета шагового двигателя в s. Задайте
–1наследовать шаг расчета блока powergui в вашей модели. Значением по умолчанию является–1.
Вводы и выводы
TLМеханический крутящий момент нагрузки, в N.m.
TLположительно в моторной операции и отрицателен в работе генератора.mВыход Simulink® блока является вектором, содержащим пять сигналов. Можно демультиплексировать эти сигналы при помощи блока Селектора Шины, обеспеченного в Библиотеке Simulink.
Сигнал
Определение
Модули
Символ
1
Напряжение фазы
V
Vph
2
Текущая фаза
A
Iph
3
Электромагнитный крутящий момент
N.m
Te
4
Скорость ротора
рад/с
w
5
Положение ротора
рад
Theta
Как получить параметры шагового двигателя
Параметры, используемые в модели степпера, обычно получаются из таблиц данных производителя. В случае, если параметры не доступны, можно определить их из экспериментальных измерений.
Параметры шагового двигателя переменного нежелания
Параметры, обеспеченные таблицами данных производителя, обычно: количество фаз, содержа крутящий момент, угол шага, напряжение на фазу, текущую на фазу, сопротивление обмотки, Ra, максимальную индуктивность, Lmax, среднюю индуктивность, L0, и инерцию ротора, J.
Параметры Шагового двигателя постоянного магнита/Гибрида
Параметры, обеспеченные таблицами данных производителя, обычно:
количество фаз
содержание крутящего момента
угол шага
напряжение на фазу
текущий на фазу
сопротивление обмотки, Ra
извилистая индуктивность, La
инерция ротора, J
Максимальный крутящий момент стопора, Tdm, не всегда задается. Этот параметр может быть принят, чтобы быть равным 1-10% максимального крутящего момента содержания.
Максимальное потокосцепление, ψm, не всегда задается. Этот параметр может быть получен экспериментально путем управления двигателем к постоянной скорости, N, в об/мин, и путем измерения максимальной разомкнутой цепи извилистое напряжение, Em, в V.
Параметр ψm затем вычисляется следующим отношением:
ψm = (30/pπ) (Em/N),
где p является количеством пар полюса, данных p =360 / (2m · шаг. Здесь m = номер фазы, продвиньтесь = угол шага в градусах.
Примеры
power_steppermotor пример иллюстрирует работу диска шагового двигателя с помощью двухфазной гибридной модели шагового двигателя.
Ссылки
[1] Т. Кенджо, А. Сугоара, шаговые двигатели и их микропроцессорные управления, 2-й выпуск, издательство Оксфордского университета, Оксфорд, 2003.
[2] П. Акарнли, Шаговые двигатели - руководство по теории и практике, 4-му Выпуску, Учреждению Инженеров-электриков, Лондона, 2002.