Compound Motor

Составная модель электродвигателя с электрическими и крутящими характеристиками и моделированием отказа

Библиотека:
Simscape/Электрический/Электромеханический/Коллекторные двигатели

Описание

Блок Compound Motor представляет электрические и крутящие характеристики составного мотора. Этот рисунок показывает эквивалентную схему для составного двигателя с коротким шунтом:

Short-shunt compound motor model

Этот рисунок показывает эквивалентную схему для составного двигателя с длинным шунтом:

Long-shunt compound motor model

где:

i - общий ток.
_is - последовательный обмотка возбуждения.
_ip - ток параллельной обмотки возбуждения.
_ia - ток якоря.
V - общее напряжение.
_Vs - последовательное напряжение обмотки возбуждения.
_Vp - параллельное напряжение обмотки возбуждения.
_Va - напряжение якоря.
ω - скорость вращения.
_te - крутящий момент.

Если вы устанавливаете параметр Steady-state parameterization равным By equivalent circuit parametersможно задать эквивалентные параметры схемы для этой модели:

_Ра - Armature resistance, Ra
_Rs - Series field winding resistance, Rs
_Rp - Shunt field winding resistance, Rp
_Lsa - Series field winding to armature back EMF constant, Lsa
_Lpa - Shunt field winding to armature back EMF constant, Lpa

Уравнения с коротким шунтом

Когда Electrical circuit topology установлено на Short-shunt, электрические динамические уравнения:

$\begin{array}{l} V_{s} = R_{s} i_{s} + L_{s} \frac{d i_{s}}{d t} + L_{s p} \frac{d i_{p}}{d t} \\ V_{p} = R_{p} i_{p} + L_{p} \frac{d i_{p}}{d t} + L_{s p} \frac{d i_{s}}{d t} \\ V_{e m f} = k_{v} ω = (L_{s a} i_{s} + L_{p a} i_{p}) ω \\ V = V_{s} + V_{p} \\ V_{p} = k_{v} ω + R_{a} i_{a} \\ i = i_{s} \\ i_{a} = i_{s} - i_{p} \end{array}$

Это механические динамические уравнения для составного двигателя с коротким шунтом:

$\begin{array}{l} J \dot{ω} + D ω = t_{e} + t_{l o a d} \\ t_{e} = k_{v} i_{a} = (L_{s a} i_{s} + L_{p a} i_{p}) i_{a} \end{array}$

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

$\begin{array}{l} V_{e m f} = L_{s a} i_{s} ω + L_{p a} i_{p} ω \\ t_{e l e c} = k_{v} (i_{s} - i_{p}) = V_{e m f} \frac{i_{s} - i_{p}}{ω} \\ V = R_{s} i_{s} + R_{p} i_{p} \\ R_{p} i_{p} = V_{e m f} + R_{a} (i_{s} - i_{p}) \end{array}$

Затем он вычисляет установившиеся токи и крутящий момент следующим образом:

$\begin{array}{l} t_{e l e c} (ω, V) = \frac{- V^{2} (L_{p a} ω + L_{s a} ω - R_{p}) (R_{a} L_{p a} + R_{a} L_{s a} + R_{p} L_{s a})}{{(R_{a} R_{p} + R_{a} R_{s} + R_{p} R_{s} + L_{s a} R_{p} ω - L_{p a} R_{s} ω)}^{2}} \\ i = i_{s} (ω, V) = \frac{V (R_{a} + R_{p} - L_{p a} ω)}{R_{a} R_{p} + R_{a} R_{s} + R_{p} R_{s} + L_{s a} R_{p} ω - L_{p a} R_{s} ω} \end{array}$

Уравнения с длинным шунтом

Когда Electrical circuit topology установлено на Long-shunt, электрические динамические уравнения:

$\begin{array}{l} V_{s} = R_{s} i_{s} + L_{s} \frac{d i_{s}}{d t} + L_{s p} \frac{d i_{p}}{d t} \\ V_{p} = R_{p} i_{p} + L_{p} \frac{d i_{p}}{d t} + L_{s p} \frac{d i_{s}}{d t} \\ V_{e m f} = k_{v} ω = (L_{s a} i_{s} + L_{p a} i_{p}) ω \\ V = V_{p} \\ V_{p} = k_{v} ω + R_{a} i_{a} + V_{s} \\ i = i_{s} + i_{p} \\ i_{a} = i_{s} \end{array}$

Это механические динамические уравнения для составного двигателя с длинным шунтом:

$\begin{array}{l} J \dot{ω} + D ω = t_{e} + t_{l o a d} \\ t_{e} = k_{v} i_{a} = (L_{s a} i_{s} + L_{p a} i_{p}) i_{a} \end{array}$

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

$\begin{array}{l} V_{e m f} = L_{s a} i_{s} ω + L_{p a} i_{p} ω \\ t_{e l e c} = k_{v} i_{s} = V_{e m f} \frac{i_{s}}{ω} \\ V = R_{p} i_{p} \\ R_{p} i_{p} = V_{e m f} + (R_{a} + R_{s}) i_{s} \end{array}$

Затем он вычисляет установившиеся токи и крутящий момент следующим образом:

$\begin{array}{l} t_{e l e c} (ω, V) = \frac{V^{2} (R_{a} - L_{p a} ω) (R_{a} L_{p a} + R_{s} L_{p a} + R_{p} L_{s a})}{R_{p}^{2} {(R_{a} + R_{s} + L_{s a} ω)}^{2}} \\ i (ω, V) = i_{s} + i_{p} = \frac{V}{R_{p}} + \frac{R_{p} V - L_{p a} V ω}{R_{p} (R_{a} + R_{s} + L_{s a} ω)} \end{array}$

Ошибки

Блок Compound Motor позволяет вам смоделировать три типа отказов:

Отказ обмотки якоря - Обмотка якоря отказывает и становится разомкнутой.
Последовательный отказ обмотки возбуждения - последовательный отказ обмотки возбуждения и становится разомкнутой схемой.
Отказ обмотки возбуждения шунта - обмотка обмотки возбуждения шунта прекращает работать и становится разомкнутой.

Блок может вызвать события отказа:

В определенное время (временный отказ)
Когда предел тока превышен на больше, чем определенный временной интервал (поведенческий сбой)

Можно включать или отключать эти триггерные механизмы отдельно.

Можно выбрать, выдавать ли значения при возникновении отказа, используя параметр Reporting when a fault occurs. Утверждение может принимать форму предупреждения или ошибки. По умолчанию блок не выдает значения.

Если вы устанавливаете параметр Enable armature winding open-circuit fault равным Yesякорь прекращает работать в момент времени, заданный параметром Time at which armature winding fault is triggered для временного отказа, или когда токи обмотки превышают значение параметра Maximum permissible armature winding current для поведенческого отказа. Когда якорь отказывает, источник напряжения, соединенный с этим блоком, наблюдает разомкнутую схему для части общего оборота двигателя, заданного параметром Fraction of revolution during which armature is open-circuit. Этот рисунок иллюстрирует поведение состояния цепи и состояние разомкнутой цепи (rev_faulted) на период революции:

Тепловые порты

Блок имеет три необязательных тепловых порта, которые по умолчанию скрыты. Чтобы открыть тепловые порты, щелкните правой кнопкой мыши блок и из контекстного меню выберите Simscape > Block choices > Show thermal port.

Используйте тепловые порты, чтобы симулировать эффекты потерь сопротивления меди, которые преобразуют электрические степени в тепло. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов в блоках привода, смотрите Симуляция термальных эффектов во Вращательном и Поступательном приводах.

Порты

Тип, видимость и расположение портов блока зависят от того, как вы конфигурируете параметр Electrical circuit topology на вкладке Configuration, и если вы выставляете тепловые порты:

Electrical circuit topology	Thermal ports	Блок
`Long-shunt`	`Hidden`
`Long-shunt`	`Visible`
`Short-shunt`	`Hidden`
`Short-shunt`	`Visible`

Сохранение

расширить все

`+` - Положительный терминал
электрический

Электрический порт сопоставлен с положительным контактом составного двигателя.

`-` - Отрицательный терминал
электрический

Электрический порт сопоставлен с отрицательным выводом составного двигателя.

`C` - Корпус мотора
механический

Механический вращательный порт сопоставлен с составным корпусом мотора.

`R` - Ротор мотора
механический

Механический вращательный порт сопоставлен с составным ротором мотора.

`Hs` - Последовательный тепловой порт обмотки возбуждения
тепловой

Тепловой порт сопоставлен с последовательной обмоткой возбуждения. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тепловые порты»

Зависимости

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

`Hp` - Тепловой порт обмотки обмотки шунта
тепловой

Тепловой порт сопоставлен с обмоткой возбуждения шунта. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тепловые порты»

Зависимости

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

`Ha` - Тепловой порт якоря
тепловой

Тепловой порт сопоставлен с якорем. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тепловые порты»

Зависимости

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

Параметры

расширить все

Строение

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

Топология электрической цепи.

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

Магнитная ориентация обмотки шунта.

Установившееся состояние

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

Выберите один из следующих методов параметризации блоков:

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

`Armature resistance, Ra` - Сопротивление якоря
`1.68` `Ohm` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Сопротивление проводящему фрагменту мотора.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Steady-state parameterization равным By equivalent circuit parameters.

`Series field winding resistance, Rs` - Последовательное сопротивление обмотки возбуждения
`1.68` `Ohm` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Сопротивление последовательной обмотки возбуждения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Steady-state parameterization равным By equivalent circuit parameters.

`Shunt field winding resistance, Rp` - Сопротивление обмотки возбуждения шунта
`303` `Ohm` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Сопротивление обмотки возбуждения шунта.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Steady-state parameterization равным By equivalent circuit parameters.

`Series field winding to armature back EMF constant, Lsa` - Последовательная обмотка возбуждения к якорю коэффициента противо-ЭДС, постоянная
`0.69` `H` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Последовательная обмотка возбуждения на якорь коэффициента противо-ЭДС, постоянная.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Steady-state parameterization равным By equivalent circuit parameters.

`Shunt field winding to armature back EMF constant, Lpa` - Обмотка шунта обмотка возбуждения к якорю назад ЭДС константа
`0.64` `H` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Обмотка возбуждения шунта на якорь коэффициента противо-ЭДС, постоянная.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Steady-state parameterization равным By equivalent circuit parameters.