Шунт-мотор

Шунтирующий двигатель с электрическими характеристиками и характеристиками крутящего момента

Библиотека:
Simscape/Электрические/Электромеханические/Щеточные двигатели

Описание

Блок шунтирующего двигателя представляет электрические характеристики и характеристики крутящего момента шунтирующего двигателя с использованием следующей эквивалентной модели цепи.

Если для параметра Параметризация модели (Model parameterization) задано значение By equivalent circuit parameters, для этой модели задаются эквивалентные параметры цепи:

_Ra - Сопротивление якоря
_La - Индуктивность якоря
_Rf - Сопротивление обмотки поля
_Lf - Индуктивность обмотки возбуждения

Блок шунтирующего двигателя вычисляет крутящий момент двигателя следующим образом:

Магнитное поле в двигателе индуцирует следующее обратное emf _vb в якоре:

$_{vb} =_{}_{}$ Лафиф
где _Laf - константа пропорциональности, а λ - угловая скорость.
Механическая мощность равна мощности, реагирующей на обратную эдс:

$P =_{}_{} {vbia}_{=}_{}_{}$ Лафифиа
Крутящий момент двигателя:

$T = {P/λ}_{=}_{}_{}$ Лафифия

Характеристика крутящего момента и частоты вращения для модели блока шунтирующего двигателя связана с параметрами на предыдущем рисунке. Если для параметра Параметризация модели (Model parameterization) задано значение By rated power, rated speed & no-load speed, блок решает для эквивалентных параметров цепи следующим образом:

Для установившегося соотношения крутящий момент-скорость L не имеет эффекта.
Суммировать напряжения вокруг контура:

$\begin{array}{l} V =_{}_{} {iaRa}_{+}_{} \\ _{} {Lafif, V}_{} \end{array}$ = ifRf
Решите предыдущие уравнения для _ia и _если:

$\begin{array}{l} _{if} \frac{=}{_{}} \\ _{} \frac{VRfia}{_{=}} \frac{{VRa}_{(} 1}{_{-}} \end{array}$ LafwRf)
Заменить эти значения _ia и _если в уравнение крутящего момента:

$T \frac{=_{}}{_{}_{}} LafRaRf \frac{(_{1} -}{_{}}^{}$ LafstartRf) V2
Блок использует номинальную скорость и мощность для вычисления номинального крутящего момента. Блок использует номинальные значения крутящего момента и частоты вращения без нагрузки для получения одного уравнения, относящегося к _Ra и _Laf/Rf. Он использует скорость без нагрузки при нулевом крутящем моменте, чтобы получить второе уравнение, которое связывает эти две величины. Затем он решает для _Ra и _Laf/Rf.

Блок моделирует инерцию двигателя J и демпфирование B для всех значений параметра параметризации модели. Выходной крутящий момент:

$_{Tload} \frac{=_{}}{_{}_{}} LafRaRf \frac{(_{1} -}{_{}}^{} LafstartRf \overset{}{)}$ V2−Jω˙−Bω

Блок создает положительный крутящий момент, действующий от механических портов C к R.

Тепловые порты

Блок имеет два дополнительных тепловых порта, по одному на обмотку, скрытых по умолчанию. Чтобы открыть тепловые порты, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, а затем в контекстном меню выберите «Simscape» > «Block choices» > «Show thermal port». Это действие отображает тепловые порты на значке блока и отображает параметры Температурная зависимость (Temperature Dependence) и Тепловой порт (Thermal Port). Эти параметры описаны далее на этой справочной странице.

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

Сохранение

развернуть все

`+` - Положительный терминал
электрический

Электрический консервационный порт, связанный с положительным выводом шунтирующего двигателя.

`-` - Отрицательный вывод
электрический

Электрический консервационный порт, связанный с отрицательным выводом шунтирующего двигателя.

`C` - Корпус двигателя
механический

Механическое отверстие для сохранения вращения, связанное с корпусом шунтирующего двигателя.

`R` - Ротор двигателя
механический

Механическое отверстие для сохранения вращения, связанное с ротором шунтирующего двигателя.

`Hf` - Тепловой порт обмотки возбуждения
тепловой

Тепловой порт обмотки возбуждения. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловые порты.

`Ha` - Тепловой порт обмотки якоря
тепловой

Тепловой порт обмотки якоря. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловые порты.

Параметры

развернуть все

Электрический крутящий момент

`Model parameterization` - Параметризация блока
`By equivalent circuit parameters` (по умолчанию) | `By rated power, rated speed & no-load speed`

Выберите один из следующих методов параметризации блока:

By equivalent circuit parameters - Предоставить электрические параметры для эквивалентной модели цепи двигателя.
By rated power, rated speed & no-load speed - Предоставить параметры мощности и скорости, которые блок преобразует в эквивалентную модель цепи двигателя.

`Armature resistance` - Сопротивление якоря
`110` `Ohm` (по умолчанию)

Сопротивление якоря.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если для параметра Параметризация модели (Model parameterization) задано значение By equivalent circuit parameters.

`Field winding resistance` - Сопротивление обмотки возбуждения
`2500` `Ohm` (по умолчанию)

Сопротивление обмотки возбуждения.

Зависимости

`Back-emf constant` - Константа Back-emf
`5.11` `s*V/rad/A` (по умолчанию)

Отношение напряжения, генерируемого двигателем, к скорости двигателя.

`Armature inductance` - Индуктивность якоря
`0.1` `H` (по умолчанию)

Индуктивность якоря. Если у вас нет информации об этой индуктивности, установите значение этого параметра на малое ненулевое число. Значение может быть равно нулю.

`Field winding inductance` - Индуктивность обмотки возбуждения
`0.1` `H` (по умолчанию)

Индуктивность обмотки возбуждения. Если у вас нет информации об этой индуктивности, установите значение этого параметра на малое ненулевое число. Значение может быть равно нулю.

`No-load speed` - Скорость холостого хода
`4600` `rpm` (по умолчанию)

Скорость двигателя при отсутствии нагрузки.

Зависимости

Этот параметр отображается, только если для параметра Параметризация модели (Model parameterization) задано значение By rated power, rated speed & no-load speed.

`Rated speed (at rated load)` - Номинальная скорость
`4000` `rpm` (по умолчанию)

Частота вращения двигателя при номинальной нагрузке.

Зависимости

`Rated load (mechanical power)` - Номинальная нагрузка
`50` `W` (по умолчанию)

Механическая нагрузка, на которую рассчитан двигатель.

Зависимости

`Rated DC supply voltage` - Номинальное напряжение питания постоянного тока
`220` `V` (по умолчанию)

Напряжение, при котором двигатель должен работать.

Зависимости

`Starting current at rated DC supply voltage` - Пусковой ток при номинальном напряжении питания постоянного тока
`2.09` `A` (по умолчанию)

Начальный ток при запуске двигателя с номинальным напряжением питания постоянного тока.

Зависимости

Механический

`Rotor inertia` - Инерция ротора
`2e-4` `kg*m^2` (по умолчанию)

Сопротивление ротора изменению движения двигателя. Значение может быть равно нулю.

`Rotor damping` - Рассеиваемая энергия ротора
`1e-6` `N*m/(rad/s)` (по умолчанию)

Энергия, рассеиваемая ротором. Значение может быть равно нулю.

`Initial rotor speed` - Начальная частота вращения ротора
`0` `rpm` (по умолчанию)

Частота вращения ротора в начале моделирования.

Температурная зависимость

Эта вкладка отображается только для блоков с открытыми тепловыми портами. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловые порты.

`Resistance temperature coefficients, [alpha_f alpha_a]` - Температурные коэффициенты сопротивления статора и ротора
`[.00393, .00393]` `1/K` (по умолчанию)

Вектор строки 1 на 2, который определяет коэффициент α в уравнении, связывающем сопротивление с температурой, как описано в тепловой модели для блоков привода. Первый элемент соответствует обмотке поля, а второй - якорю. Значение по умолчанию - медь.

`Measurement temperature` - Температура измерения
`25` `C` (по умолчанию)

Температура, для которой определены параметры двигателя.

Тепловой порт

`Thermal masses, [Mf Ma]` - Тепловые массы
`[100, 100]` `J/K` (по умолчанию)

Вектор строки 1 на 2, определяющий тепловую массу для обмоток поля и якоря. Тепловая масса - это энергия, необходимая для повышения температуры на один градус.

`Initial temperatures` - Начальные температуры
`[25, 25]` `C` (по умолчанию)

Вектор строки 1 на 2, определяющий температуру поля и тепловых портов якоря в начале моделирования.

Примеры модели

Кривые крутящего момента и частоты вращения двигателя

Сравнение характеристик крутящего момента и частоты вращения для пяти различных типов двигателей. Чтобы выбрать тип двигателя, щелкните правой кнопкой мыши блок «Электродвигатель», выберите «Вариант- > Переопределить с помощью» и выберите требуемый двигатель. Все двигатели имеют одинаковую номинальную механическую мощность.

Ссылки

[1] Болтон, В. Мехатроника: Электронные системы управления в машиностроении и электротехнике, 3-е издание Pearson Education, 2004..

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Электродвигатель постоянного тока | Индукционная машина (однофазная) | Двигатель и привод (уровень системы) | Универсальный двигатель

Представлен в R2008a

Документация

Шунт-мотор

Описание

Тепловые порты

Порты

Сохранение

+ - Положительный терминал электрический

- - Отрицательный вывод электрический

C - Корпус двигателя механический

R - Ротор двигателя механический

Hf - Тепловой порт обмотки возбуждения тепловой

Ha - Тепловой порт обмотки якоря тепловой

Параметры

Электрический крутящий момент

Model parameterization - Параметризация блока By equivalent circuit parameters (по умолчанию) | By rated power, rated speed & no-load speed

Armature resistance - Сопротивление якоря 110 Ohm (по умолчанию)

Зависимости

Field winding resistance - Сопротивление обмотки возбуждения 2500 Ohm (по умолчанию)

Зависимости

Back-emf constant - Константа Back-emf 5.11 s*V/rad/A (по умолчанию)

Armature inductance - Индуктивность якоря 0.1 H (по умолчанию)

Field winding inductance - Индуктивность обмотки возбуждения 0.1 H (по умолчанию)

No-load speed - Скорость холостого хода 4600 rpm (по умолчанию)

Зависимости

Rated speed (at rated load) - Номинальная скорость 4000 rpm (по умолчанию)

Зависимости

Rated load (mechanical power) - Номинальная нагрузка 50 W (по умолчанию)

Зависимости

Rated DC supply voltage - Номинальное напряжение питания постоянного тока 220 V (по умолчанию)

Зависимости

Starting current at rated DC supply voltage - Пусковой ток при номинальном напряжении питания постоянного тока 2.09 A (по умолчанию)

Зависимости

Механический

Rotor inertia - Инерция ротора 2e-4 kg*m^2 (по умолчанию)

Rotor damping - Рассеиваемая энергия ротора 1e-6 N*m/(rad/s) (по умолчанию)

Initial rotor speed - Начальная частота вращения ротора 0 rpm (по умолчанию)

Температурная зависимость

Resistance temperature coefficients, [alpha_f alpha_a] - Температурные коэффициенты сопротивления статора и ротора [.00393, .00393] 1/K (по умолчанию)

Measurement temperature - Температура измерения 25 C (по умолчанию)

Тепловой порт

Thermal masses, [Mf Ma] - Тепловые массы [100, 100] J/K (по умолчанию)

Initial temperatures - Начальные температуры [25, 25] C (по умолчанию)

Примеры модели

Кривые крутящего момента и частоты вращения двигателя

Ссылки

Расширенные возможности

Создание кода C/C + + Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

См. также

Документация Simscape Electrical

Поддержка

`+` - Положительный терминал
электрический

`-` - Отрицательный вывод
электрический

`C` - Корпус двигателя
механический

`R` - Ротор двигателя
механический

`Hf` - Тепловой порт обмотки возбуждения
тепловой

`Ha` - Тепловой порт обмотки якоря
тепловой

`Model parameterization` - Параметризация блока
`By equivalent circuit parameters` (по умолчанию) | `By rated power, rated speed & no-load speed`

`Armature resistance` - Сопротивление якоря
`110` `Ohm` (по умолчанию)

`Field winding resistance` - Сопротивление обмотки возбуждения
`2500` `Ohm` (по умолчанию)

`Back-emf constant` - Константа Back-emf
`5.11` `s*V/rad/A` (по умолчанию)

`Armature inductance` - Индуктивность якоря
`0.1` `H` (по умолчанию)

`Field winding inductance` - Индуктивность обмотки возбуждения
`0.1` `H` (по умолчанию)

`No-load speed` - Скорость холостого хода
`4600` `rpm` (по умолчанию)

`Rated speed (at rated load)` - Номинальная скорость
`4000` `rpm` (по умолчанию)

`Rated load (mechanical power)` - Номинальная нагрузка
`50` `W` (по умолчанию)

`Rated DC supply voltage` - Номинальное напряжение питания постоянного тока
`220` `V` (по умолчанию)

`Starting current at rated DC supply voltage` - Пусковой ток при номинальном напряжении питания постоянного тока
`2.09` `A` (по умолчанию)

`Rotor inertia` - Инерция ротора
`2e-4` `kg*m^2` (по умолчанию)

`Rotor damping` - Рассеиваемая энергия ротора
`1e-6` `N*m/(rad/s)` (по умолчанию)

`Initial rotor speed` - Начальная частота вращения ротора
`0` `rpm` (по умолчанию)

`Resistance temperature coefficients, [alpha_f alpha_a]` - Температурные коэффициенты сопротивления статора и ротора
`[.00393, .00393]` `1/K` (по умолчанию)

`Measurement temperature` - Температура измерения
`25` `C` (по умолчанию)

`Thermal masses, [Mf Ma]` - Тепловые массы
`[100, 100]` `J/K` (по умолчанию)

`Initial temperatures` - Начальные температуры
`[25, 25]` `C` (по умолчанию)

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™