Реализуйте шаговые модели электродвигателя
Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Электрические Машины
Блок Stepper Motor (STM) реализует типовую модель, которая представляет два наиболее популярных семейства шаговых двигателей:
Шаговые двигатели с переменным реактивом
Шаговые двигатели с постоянными или гибридными магнитами
Модель Шагового Двигателя состоит из электрических и механических секций. Электрическая секция представлена эквивалентной схемой, строение которой зависит от типа мотора. Эквивалентные схемы предполагают, что магнитная схема является линейной (без насыщения), и взаимная индуктивность между фазами незначительна. Механическое сечение представлено моделью пространства состояний, основанной на моменте инерции и коэффициенте вязкого трения.
Этот рисунок показывает эквивалентную схему для одной фазы в шаговом двигателе с переменным реактивом.
В этой модели Ra и La (θ), соответственно, представляют сопротивление и индуктивность обмотки фазы А. Индуктивность обмотки изменяется как функция от положения ротора:
La (<reservedrangesplaceholder3>) = <reservedrangesplaceholder2> 0 + <reservedrangesplaceholder1> 1cos (<reservedrangesplaceholder0>),
где,
L 0 является средней индуктивностью.
L 1 является максимальным изменением индуктивности.
Nr - количество зубьев ротора.
В ссылку положении (θ = 0) зубец ротора полностью выровнен с полюсом оси А, чтобы достичь максимальной индуктивности обмотки А-фазы.
Общий электромагнитный крутящий момент, создаваемый двигателем, является суммой крутящих моментов, создаваемых фазами мотора:
где,
m количество фаз.
ix - ток обмотки в фазе x.
Lx - индуктивность обмотки x фазы.
Этот рисунок показывает эквивалентную схему для одной фазы в шаговом двигателе с постоянными магнитами (PM) или гибридном шаговом двигателе.
В этой модели Ra и La, соответственно, представляют сопротивление и индуктивность обмотки А-фазы. Из-за большого значения воздушного зазора, введенного магнитами, индуктивность обмотки РМ или гибридного шагового двигателя может рассматриваться как независимая от положения ротора. Источник ea напряжения (θ) представляет обратную электродвижущую силу (ЭДС) двигателя, которая является синусоидальной функцией положения ротора:
где,
p - количество пар полюсов. Количество пар p полюсов задается p = Nr/2.
ψm - максимальный магнитный поток двигателя.
Обратите внимание, что в ссылку положении (θ = 0) северный полюс на роторе полностью выровнен с полюсом оси A, чтобы достичь нулевого значения коэффициента противо-ЭДС A-фазы.
Электромагнитный крутящий момент, создаваемый двухфазным PM или гибридным шаговым двигателем, равен сумме крутящего момента, возникающего в результате взаимодействия токов фазы и магнитных потоков, создаваемых магнитами и фиксирующим крутящим моментом, который возникает в результате салиентности ротора:
Te = - pψmia sin (<reservedrangesplaceholder6>) - pψmib sin (pθ - <reservedrangesplaceholder3>/2) - <reservedrangesplaceholder2> dmsin (m Nrθ).
где,
m - количество фаз (m = 2) двигателя.
Nr количество зубьев на роторе (Nr = 2 * p).
Выберите Permanent-magnet/Hybrid (по умолчанию) для реализации PM или гибридного шагового двигателя.
Выберите 2 (по умолчанию) или 4 фазы.
Индуктивность, La, в Н, каждой фазной обмотки. По умолчанию это 10e-3.
Сопротивление, Ra, в омах, каждой фазной обмотки. По умолчанию это 1.2.
Угол шага, в степенях, движения ротора. По умолчанию это 30.
Максимальное редактирование потока, ψm, в V.s, произведенная магнитами. По умолчанию это 0.04.
Максимальный крутящий момент заслонки, Tdm, в N.m, возникающий из-за салиентности ротора. По умолчанию это 0.02.
Импульс полной инерции, J, в кг.м2, мотора и нагрузки. По умолчанию это 1e-4/5.
Общий коэффициент вязкого трения, B, в Н.М., двигателя и нагрузки. По умолчанию это 1e-3.
Начальная скорость вращения, ω0, в рад/с. По умолчанию это 0.
Начальное положение ротора, Θ0, в степенях. По умолчанию это 0.
Задайте шаг расчета шагового двигателя в с. Укажите –1 наследование шага расчета блока powergui в вашей модели. По умолчанию это –1.
Выберите Variable reluctance для реализации шагового двигателя с переменной реактивностью.
Выберите 3, 4, или 5 фазы.
Максимальная индуктивность, Lmax, в Н, каждой фазной обмотки. По умолчанию это 10e-3.
Минимальная индуктивность, Lmin, в Н, каждой фазной обмотки. По умолчанию это 2e-3.
Сопротивление, Ra, в омах, каждой фазной обмотки. По умолчанию это 1.2.
Угол шага, в степенях, движения ротора. По умолчанию это 30.
Импульс полной инерции, J, в кг.м2, мотора и нагрузки. По умолчанию это 1e-4/5.
Общий коэффициент вязкого трения, B, в Н.М., двигателя и нагрузки. По умолчанию это 1e-3.
Начальная скорость вращения, ω0, в рад/с. По умолчанию это 0.
Начальное положение ротора, Θ0, в степенях. По умолчанию это 0.
Задайте шаг расчета шагового двигателя в с. Укажите –1 наследование шага расчета блока powergui в вашей модели. По умолчанию это –1.
TLКрутящий момент механического крутящего момента нагрузки в Н.М. TL положительный при операции двигателя и отрицательный при операции генератора.
mSimulink® выход блока является вектором, содержащим пять сигналов. Можно демультиплексировать эти сигналы с помощью блока Bus Selector, предоставленного в библиотеке Simulink.
Сигнал | Определение | Модули | Символ |
|---|---|---|---|
1 | Фазовое напряжение | V | Vph |
2 | Ток фазы | A | Iph |
3 | Электромагнитный крутящий момент | N.m | Те |
4 | Скорость ротора | рад/с | w |
5 | Положение ротора | рад | Theta |
Параметры, используемые в шаговой модели, обычно получаются из таблиц данных производителя. В случае, если параметры недоступны, можно определить их по экспериментальным измерениям.
Параметры, предоставляемые таблицами данных производителя, обычно: количество фаз, крутящий момент, угол шага, напряжение на фазу, ток на фазу, сопротивление обмотки, Ra, максимальная индуктивность, Lmax, средняя индуктивность, L0 и инерция ротора, J.
Параметры, предоставляемые таблицами данных производителя, обычно:
количество фаз
крутящий момент удержания
угол шага
напряжение на фазу
ток на фазу
сопротивление обмотки, Ra
индуктивность обмотки, La
инерция ротора, J
Максимальный крутящий момент заслонки, Tdm, не всегда задан. Этот параметр может быть принят равным 1-10% от максимального крутящего момента удержания.
Максимальное редактирование потока, ψm, не всегда задано. Этот параметр может быть получен экспериментально путем приведения двигателя к постоянной скорости, N, в об/мин и путем измерения максимального напряжения обмотки разомкнутой цепи, Em, в В.
Затем параметр и m вычисляется следующим отношением:
ψm = (30 / pπ) (Em / N),
где p - количество пар полюсов, заданное p = 360/ ( 2 m· step). Здесь m = число фаз, step = угол шага в степенях.
The power_steppermotor пример иллюстрирует операцию привода шагового двигателя с использованием двухфазной гибридной шаговой модели электродвигателя.
[1] T. Kenjo, A. Sugawara, Stepping Motors and Their Microprocessor Controls, 2nd Edition, Oxford University Press, Oxford, 2003.
[2] P. Acarnley, Stepping Motors - руководство по теории и практике, 4-е издание, Институт инженеров-электриков, Лондон, 2002.