Составной двигатель

Составная модель двигателя с электрическими характеристиками и характеристиками крутящего момента, а также моделирование неисправностей

развернуть все на странице

Библиотека:
Simscape/Электрические/Электромеханические/Щеточные двигатели

Описание

Блок «Составной двигатель» представляет электрические и крутящие характеристики составного двигателя. На этом рисунке показана эквивалентная схема двигателя с коротким шунтом:

Short-shunt compound motor model

На этом рисунке показана эквивалентная схема двигателя с длинным шунтом:

Long-shunt compound motor model

где:

i - общий ток.
_- последовательный ток обмотки поля.
_ip - ток обмотки параллельного поля.
_ia - ток якоря.
V - общее напряжение.
_Vs - последовательное напряжение обмотки поля.
_Vp - напряжение обмотки параллельного поля.
_Va - напряжение якоря.
λ - угловая скорость.
_te - крутящий момент.

Если для параметра Параметризация стационарного состояния (Steady-state parameterization) задано значение By equivalent circuit parameters, можно задать эквивалентные параметры цепи для этой модели:

_Ra - Сопротивление якоря, Ra
_Rs - сопротивление обмотки поля серии, Rs
_Rp - Сопротивление обмотки шунтирующего поля, Rp
_Lsa - последовательная обмотка поля до постоянной ЭДС задней части якоря, Lsa
_Lpa - обмотка шунтирующего поля до постоянной ЭДС задней части якоря, Lpa

Уравнения короткого шунта

Если для топологии электрической цепи установлено значение Short-shunt, электрические динамические уравнения:

$\begin{array}{l} _{Vs} =_{}_{} {Rsis}_{} \frac{+_{}}{}_{Lsdisdt} \frac{+_{}}{} \\ _{}_{}_{} LspdipdtVp_{=} \frac{_{}}{Rpip} +_{} \frac{_{}}{} \\ {Lpdipdt}_{+}_{}_{}_{} LspdisdtVemf_{=}_{} kvλ \\ = (_{}_{} \\ {Lsais}_{} +_{}_{Lpaip)}_{} \\ _{} \\ _{}_{}_{} \end{array}$

Это механические динамические уравнения для двигателя с коротким шунтом:

$\begin{array}{l} \overset{}{}_{}_{} \\ _{}_{}_{} Jω˙+Dω=te+tloadte=kvia= (_{}_{} Lsais_{+}_{}_{Lpaip} \end{array}$ ) ia

Из этих динамических уравнений блок получает установившиеся уравнения, делая производные равными нулю:

$\begin{array}{l} _{Вемф} =_{}_{} {Лсайсом}_{+}_{} \\ _{}_{} Лпаиптелек_{=}_{кв} (_{есть -} \frac{_{} ип)_{}}{=} \\ _{}_{} Вемфис_{-}_{} \\ _{} {ипф V}_{} =_{} Рсис_{+}_{}_{} \end{array}$ РпипРпип = Вемф + Ра (есть − ип)

Затем вычисляет установившиеся токи и крутящий момент следующим образом:

$\begin{array}{l} _{telec} (λ, V \frac{)^{=} -_{} V2 (_{} Lpaλ_{+}_{} {Lsa}_{-}_{Rp})_{(}_{}_{RaLpa} +}{{_{}_{} RaLsa_{+}_{}_{} {RpLsa}_{)} (_{}_{RaRp} +_{}_{RaRs} +}^{}} \\ _{RpRs} + \frac{{LcaRpλ}_{} -_{}_{} LpaRsλ)}{_{} {2i}_{} = (_{} {λ,}_{}_{}_{V})_{=} V_{} (R_{}_{}} \end{array}$

Уравнения длинного шунта

Если для топологии электрической цепи установлено значение Long-shunt, электрические динамические уравнения:

$\begin{array}{l} _{Vs} =_{}_{} {Rsis}_{} \frac{+_{}}{}_{Lsdisdt} \frac{+_{}}{} \\ _{}_{}_{} LspdipdtVp_{=} \frac{_{}}{Rpip} +_{} \frac{_{}}{} \\ {Lpdipdt}_{+}_{}_{}_{} LspdisdtVemf_{=}_{} kvλ \\ = (_{} \\ _{} {Lsais}_{} +_{}_{} Lpaip)_{} \\ _{}_{} \\ _{}_{} \end{array}$

Это механические динамические уравнения для двигателя с длинным шунтом:

$\begin{array}{l} \overset{}{}_{}_{} \\ _{}_{}_{} Jω˙+Dω=te+tloadte=kvia= (_{}_{} Lsais_{+}_{}_{Lpaip} \end{array}$ ) ia

Из этих динамических уравнений блок получает установившиеся уравнения, делая производные равными нулю:

$\begin{array}{l} _{Vemf} =_{}_{} {Lsaisü}_{+}_{} \\ _{}_{} {Lpaipobjecttelec}_{} =_{} \frac{{kvis}_{}}{=} \\ _{}_{} \\ _{} {VemfisstartV}_{} =_{}_{} RpipRpip_{=}_{} \end{array}$ Vemf + (Ra + Rs) =

Затем вычисляет установившиеся токи и крутящий момент следующим образом:

$\begin{array}{l} _{telec} (λ, V \frac{)^{} =_{} V2_{(} Ra -_{}_{Lpaλ})_{(}_{} {RaLpa}_{} +_{}}{_{}^{RsLpa} {+_{}_{} {RpLsa}_{)}}^{Rp2}} \\ (Ra +_{Rs} +_{} \frac{}{_{Lsα}}) \frac{_{} 2i (_{λ,} V}{)_{} =_{} является_{+}_{ip} =} \end{array}$ VRp + RpV − LpaVstartRp (Ra + R+ L+ L

Ошибки

Блок «Составной двигатель» позволяет моделировать три типа неисправностей:

Отказ обмотки якоря - обмотка якоря выходит из строя и становится разомкнутой.
Отказ последовательной обмотки поля - последовательная обмотка поля выходит из строя и становится разомкнутой.
Отказ обмотки шунтирующего поля - обмотка шунтирующего поля выходит из строя и становится разомкнутой.

Блок может инициировать события отказа:

В определенное время (временной отказ)
При превышении текущего предела более чем на определенный интервал времени (поведенческий сбой)

Эти механизмы триггера можно включать или отключать отдельно.

С помощью параметра Reporting when a fault можно указать, выдавать ли утверждение при возникновении сбоя. Утверждение может иметь форму предупреждения или ошибки. По умолчанию блок не выдает утверждение.

Если для параметра Enable armature winding open-circuit fault установлено значение Yes, якорь выходит из строя в момент времени, заданный параметром Time (Время), в который инициируется отказ обмотки якоря для временного сбоя, или когда токи обмотки превышают значение параметра Maximum allowed armature (Максимально допустимый ток обмотки якоря) для поведенческого сбоя. Когда якорь выходит из строя, источник напряжения, подключенный к этому блоку, наблюдает разомкнутую цепь для части полного оборота двигателя, определяемого долей вращения, в течение которой якорь является параметром разомкнутой цепи. На этом рисунке показано поведение состояния цепи и состояние разомкнутой цепи (rev_faulted) на период революции:

Тепловые порты

Блок имеет три дополнительных тепловых порта, которые по умолчанию скрыты. Чтобы открыть тепловые порты, щелкните блок правой кнопкой мыши и в контекстном меню выберите «Simscape» > «Block choices» > «Show thermal port».

Используйте тепловые порты для моделирования влияния потерь сопротивления меди, которые преобразуют электроэнергию в тепло. Дополнительные сведения об использовании тепловых портов в блоках привода см. в разделе Моделирование тепловых эффектов во вращательных и поступательных приводах.

Порты

Тип, видимость и расположение портов блока зависят от настройки параметра «Топология электрической цепи» на вкладке «Конфигурация», а также от отображения тепловых портов:

Топология электрических цепей	Тепловые порты	Блок
`Long-shunt`	`Hidden`
`Long-shunt`	`Visible`
`Short-shunt`	`Hidden`
`Short-shunt`	`Visible`

Сохранение

развернуть все

`+` - Положительный терминал
электрический

Электрический консервационный порт, связанный с положительным выводом составного двигателя.

`-` - Отрицательный вывод
электрический

Порт экономии электроэнергии, связанный с отрицательным выводом составного двигателя.

`C` - Корпус двигателя
механический

Механическое поворотное защитное отверстие, связанное с корпусом составного двигателя.

`R` - Ротор двигателя
механический

Механическое отверстие для сохранения вращения, связанное с ротором двигателя.

`Hs` - Последовательный тепловой порт обмотки возбуждения
тепловой

Термосберегающий порт, связанный с последовательной обмоткой поля. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловые порты.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, щелкните правой кнопкой мыши блок и выберите команду Simscape > Block choices > Show thermal port.

`Hp` - Тепловой порт обмотки шунтирующего поля
тепловой

Порт тепловой экономии, связанный с обмоткой шунтирующего поля. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловые порты.

Зависимости

`Ha` - Тепловой порт якоря
тепловой

Термосберегающий порт, связанный с якорем. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловые порты.

Зависимости

Параметры

развернуть все

Конфигурация

`Electrical circuit topology` - Топология электрической цепи
`Long-shunt` (по умолчанию) | `Short-shunt`

Топология электрической цепи.

`Shunt winding polarity` - Полярность шунтирующей обмотки
`Cumulative` (по умолчанию) | `Differential`

Магнитная ориентация шунтирующей обмотки.

Стационарный режим

`Steady-state parameterization` - Параметризация блока
`By equivalent circuit parameters` (по умолчанию) | `By rated, stall, and no-load datasheet parameters`

Выберите один из следующих методов параметризации блока:

By equivalent circuit parameters - Предоставить электрические параметры для эквивалентной модели цепи двигателя.
By rated, stall, and no-load datasheet parameters - Укажите параметры тока и скорости, которые блок преобразует в эквивалентную модель цепи двигателя.

`Armature resistance, Ra` - Сопротивление якоря
`1.68` `Ohm` (по умолчанию) | положительный скаляр

Сопротивление проводящей части двигателя.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Steady-state parameterization значение By equivalent circuit parameters.

`Series field winding resistance, Rs` - Последовательное сопротивление обмотки возбуждения
`1.68` `Ohm` (по умолчанию) | положительный скаляр

Сопротивление последовательной обмотки поля.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Steady-state parameterization значение By equivalent circuit parameters.

`Shunt field winding resistance, Rp` - Сопротивление обмотки шунтирующего поля
`303` `Ohm` (по умолчанию) | положительный скаляр

Сопротивление обмотки шунтирующего поля.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Steady-state parameterization значение By equivalent circuit parameters.

`Series field winding to armature back EMF constant, Lsa` - Последовательная обмотка поля до постоянной ЭДС задней части якоря
`0.69` `H` (по умолчанию) | положительный скаляр

Последовательная обмотка поля для обратной ЭМП якоря.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Steady-state parameterization значение By equivalent circuit parameters.

`Shunt field winding to armature back EMF constant, Lpa` - Обмотка шунтирующего поля до постоянной ЭДС заднего якоря
`0.64` `H` (по умолчанию) | положительный скаляр

Обмотка шунтирующего поля для обратной ЭМП якоря.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Steady-state parameterization значение By equivalent circuit parameters.