DC Machine

Реализуйте машину постоянного тока с обмоткой возбуждения или с постоянными магнитами

Библиотека

Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Электрические Машины

  • DC Machine block

Описание

Блок DC Machine реализует машину постоянного тока с обмоткой возбуждения или с постоянными магнитами.

Для машины постоянного тока с обмоткой возбуждения обеспечивается доступ к полевым клеммам (F +, F−), так что модель машины может использоваться как шунтируемая или последовательно соединенная машина постоянного тока. Крутящий момент, приложенный к валу, обеспечивается в Simulink® вход TL.

Схема якоря (A +, A−) состоит из индуктора La и резистора Ra последовательно с противоэлектродвижущей силой (CEMF) E.

CEMF пропорциональен скорости машины.

E = KEω

KE - постоянное напряжение, а ω - скорость машины.

В модели машины постоянного тока с отдельным возбуждением постоянная напряжения KE пропорциональна If тока возбуждения:

KE = L af If,

L af является векторной взаимной индуктивностью .

Электромеханический крутящий момент, развиваемый машиной постоянного тока, пропорционален Ia тока якоря.

Te = KTIa,

KT - крутящий момент, константа. Конвенция о знаках для Te и TL:

Te , TL > 0: Моторный режим
Te, TL < 0: режим генератора

Крутящий момент равен постоянному напряжению.

KT = KE.

Схема якоря соединяется между портами A + и A− блока DC Machine. Оно представлено последовательной ветвью Ra La с Управляемым Источником Напряжения и блоком Измерения Тока.

В модели машины постоянного тока с обмоткой возбуждения цепь возбуждения представлена схемой RL. Он соединяется между F + и F− портами блока DC Machine.

В модели машины постоянного тока с постоянными магнитами ток возбуждения отсутствует, поскольку поток возбуждения устанавливается магнитами. KE и KT являются постоянными.

Механическая часть вычисляет скорость машины постоянного тока из крутящего крутящего момента привода, приложенного к ротору. Скорость используется для реализации напряжения E CEMF схемы якоря.

Механическая часть реализует это уравнение:

Jdωdt=TeTLBmωTf,

J = инерция, Bm = коэффициент вязкого трения и Tf = крутящий момент трения Кулона.

Параметры

Вкладка « строение»

Preset model

Обеспечивает набор предопределенных электрических и механических параметров для различных номиналов машины постоянного тока степени (HP), постоянного напряжения (V), номинальной скорости (об/мин) и напряжения возбуждения (V).

Предустановленные модели доступны только для модели машины постоянного тока с обмоткой возбуждения.

Выберите одну из предустановленных моделей, чтобы загрузить соответствующие электрические и механические параметры в записи диалогового окна. Выберите No (по умолчанию), если вы не хотите использовать предустановленную модель, или если вы хотите изменить некоторые параметры предустановленной модели.

При выборе предустановленной модели электрические и механические параметры на вкладке Parameters диалогового окна становятся немодифицируемыми (недоступными). Чтобы начать с заданной предустановленной модели и затем изменить параметры машины:

  1. Выберите предустановленную модель, которую вы хотите инициализировать параметры.

  2. Измените значение параметров Preset model на No. Это не меняет параметры машины. При этом вы разрываете связь с конкретной предустановленной моделью.

  3. Измените параметры машины так, как вы хотите, затем нажмите Apply.

Mechanical input

Выберите крутящий момент, приложенный к валу, или скорость ротора в качестве входов Simulink блока, или представьте вал машины с помощью Simscape™ вращающегося механического порта.

Выберите Torque TL (по умолчанию), чтобы задать вход крутящего момента в N.m и изменить маркировку входного сигнала блока на TL. Скорость машины определяется Инерцией J машины и различием между приложенным крутящим моментом механической нагрузки TL и внутренним электромагнитным крутящим моментом Te. Условие знака для механического крутящего момента: когда скорость положительная, сигнал положительного крутящего момента указывает на режим двигателя и отрицательный сигнал указывает на режим генератора.

Выберите Speed w чтобы задать вход скорости в рад/с и изменить маркировку входа блока на w. Скорость машины налагается, и механическая часть модели (Inertia J) игнорируется. Использование скорости в качестве механического входа позволяет моделировать механическую связь между двумя машинами.

Следующий рисунок показывает, как смоделировать жесткое соединение вала в генераторе мотора. Выход скорости машины 1 (двигатель) соединяется со входом скорости машины 2 (генератор), тогда как выход Te электромагнитного крутящего момента машины 2 прикладывается к входу TL механического крутящего момента нагрузки машины 1. Коэффициент Kw учитывает модули скорости обеих машин (рад/с) и отношение коробки передач. Коэффициент KT учитывает крутящие модули обеих машин (N.m) и номинальные значения машины. Кроме того, поскольку J2 инерции проигнорирована в машине 2, J2, относящаяся к скорости машины 1, должна быть добавлена к J1 инерции машины 1.

Выберите Mechanical rotational port добавить в блок механический вращательный порт Simscape, который позволяет соединять вал машины с другими блоками Simscape, имеющими механические вращательные порты. Вход Simulink, представляющий механический крутящий момент TL или скорость w машины, затем удаляется из блока.

Следующий рисунок показывает, как соединить Идеальный Исходный блок Крутящего момента из библиотеки Simscape с валом машины, чтобы представлять машину в режиме двигателя или в режиме генератора, когда скорость ротора положительная.

Field type

Выберите между обмоткой возбуждения и установкой постоянного тока с постоянными магнитами. Варианты Wound (по умолчанию) и Permanent magnet.

Use signal names to identify bus labels

Когда этот флажок установлен, выходы измерения используют имена сигналов для идентификации меток шины. Выберите эту опцию для приложений, которые требуют, чтобы метка сигнала шины имела только алфавитно-цифровые символы.

Когда этот флажок снят (по умолчанию), выход измерения использует определение сигнала для идентификации меток шины. Метки содержат неалфавитно-цифровые символы, которые несовместимы с некоторыми приложениями Simulink.

Вкладка « параметры»

Armature resistance and inductance [Ra La]

Сопротивление якоря Ra, в омах, и индуктивность якоря La, в генри. По умолчанию это [ 0.6 0.012].

Field resistance and inductance [Rf Lf]

Сопротивление возбуждения Rf, в омах, и индуктивность возбуждения Lf, в генри. Этот параметр видим, только когда параметр Field type на вкладке Configuration установлен в Wound. По умолчанию это [ 240 120].

Field armature mutual inductance Laf

Обмотка якоря возбуждения, взаимная индуктивность, в генри. Этот параметр видим, только когда параметр Field type на вкладке Configuration установлен в Wound. По умолчанию это 1.8.

Specify

Для машины постоянного тока с постоянными магнитами выберите постоянную машину, которую вы хотите задать для параметризации блоков. Значения следующие Torque constant (по умолчанию) и Back-emf constant. Этот параметр видим, только когда параметр Field type на вкладке Configuration установлен в Permanent magnet.

Torque constant

Крутящий момент на постоянную тока машины постоянного тока с постоянными магнитами в N.m/A. Этот параметр видим только, когда параметр Field type на вкладке Configuration установлен в Permanent magnet и параметр Specify выше установлен в Torque constant. По умолчанию это 1.8.

Back-emf constant

Напряжение на константу скорости машины постоянного тока с постоянными магнитами в В/об/мин. Этот параметр видим только, когда параметр Field type на вкладке Configuration установлен в Permanent magnet и параметр Specify выше установлен в Back-emf constant. По умолчанию это 1.8.

Total inertia J

Общая инерция машины постоянного тока, в кг.м2. По умолчанию это 1.

Viscous friction coefficient Bm

Коэффициент общего трения машины постоянного тока в Н.М.с. По умолчанию это 0.

Coulomb friction torque Tf

Суммарный крутящий момент трения Кулона машины постоянного тока в N.M. Default равен 0.

Initial speed

Задает начальную скорость для машины постоянного тока, в рад/с, порядком начать симуляцию с определенной начальной скоростью. Чтобы начать симуляцию в установившемся состоянии, начальное значение входного сигнала крутящего момента TL должно быть пропорционально начальной скорости. По умолчанию это 1.

Вкладка «Дополнительно»

Sample time (−1 for inherited)

Задает шаг расчета, которую использует блок. Чтобы наследовать шаг расчета, заданное в блоке Powergui, установите этот параметр равным −1 (по умолчанию).

Входы и выходы

TL

Входной вход блока является крутящим моментом механической нагрузки в Н.м.

w

Альтернативный вход блока (в зависимости от значения параметра Mechanical input) является скоростью машины, в рад/с.

m

Выход блока является вектором, содержащим сигналы измерения. Можно демультиплексировать эти сигналы с помощью блока Bus Selector, предоставленного в библиотеке Simulink.

Имя

Определение

Модули

w

Скорость wm

рад/с

iA

Ток якоря ia

A

если

Ток поля, если

A

Те

Электрический крутящий момент Te

N.m

Примеры

The power_dcmotor пример иллюстрирует запуск машины постоянного 240-V 5 л.с. с трехэтапным пускателем сопротивления.

Ссылки

[1] Анализ электрической техники, Krause et al., pp. 89-92.

Представлено до R2006a