Universal Motor

Универсальный (или последовательный) двигатель с электрическими и крутящими характеристиками

Библиотека:
Simscape/Электрический/Электромеханический/Коллекторные двигатели

Описание

Блок Universal Motor представляет электрические и крутящие характеристики универсального (или последовательного) двигателя с помощью следующей модели эквивалентной схемы.

Где:

_Ra - сопротивление якоря.
_La - индуктивность якоря.
_Rf - сопротивление обмотки возбуждения.
_Lf - индуктивность обмотки возбуждения.

Когда вы устанавливаете параметр Model parameterization равным By equivalent circuit parameters, вы задаете эквивалентные параметры схемы для этой модели. Блок Universal Motor вычисляет крутящий момент двигателя следующим образом:

Магнитное поле в двигателе индуцирует следующий задний ЭДС _vb в якоре:

$v_{b} = L_{a f} i_{f} ω$
где _Laf - константа пропорциональности, и ω - скорость вращения.
Механическая степень равна степени, на которую реагирует коэффициент противо-ЭДС:

$P = v_{b} i_{f} = L_{a f} i_{f}^{2} ω$
Это крутящий момент двигателя:

$T = P / ω = L_{a f} i_{f}^{2}$

Характеристика крутящий момент-скорость для модели блока Universal Motor связана с параметрами на предыдущем рисунке. Когда вы устанавливаете параметр Model parameterization равным By DC rated power, rated speed & maximum torque или By DC rated power, rated speed & electrical powerблок решает для эквивалентных параметров схемы следующим образом:

Для зависимости крутящий момент и скорость при использовании источника постоянного тока L не имеет никакого эффекта.
Суммируйте напряжения вокруг цикла:

$V = (R_{f} + R_{a}) i_{f} + v_{b} = (R_{f} + R_{a} + L_{a f} ω) i_{f}$
Решите предыдущее уравнение, _если и замените это значение в уравнение для крутящего момента:

$T = L_{a f} {(\frac{V}{R_{f} + R_{a} + L_{a f} ω})}^{2}$
Блок использует номинальную скорость и степень, чтобы вычислить номинальный крутящий момент. Блок использует номинальный крутящий момент и значения номинальной скорости в предыдущем уравнении плюс соответствующая электроэнергия, чтобы определить значения для _Rf + Ra и _Laf.

Когда вы устанавливаете параметр Model parameterization равным By AC rated power, rated speed, current & electrical power, тогда блок должен включать индуктивные условия _La и _Lf в модель. Это требует информации о номинальном токе RMS и напряжении для общей индуктивности.

Блок моделирует инерцию двигателя J и демпфирование B для всех значений параметра Model parameterization. Крутящий момент выхода:

$T_{l o a d} = L_{a f} {(\frac{V}{R_{f} + R_{a} + L_{a f} ω})}^{2} - J \dot{ω} - B ω$

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

Тепловые порты

Блок имеет два опциональных тепловых порта, по одному на обмотку, скрытых по умолчанию. Чтобы открыть тепловые порты, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, а затем из контекстного меню выберите Simscape > Block choices > Show thermal port. Это действие отображает тепловые порты на значке блока и отображает параметры Temperature Dependence и Thermal Port. Эти параметры описаны далее на этой странице с описанием.

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

Сохранение

расширить все

`+` - Положительный терминал
электрический

Электрический порт сопоставлен с положительным контактом универсального двигателя.

`-` - Отрицательный терминал
электрический

Электрический порт сопоставлен с отрицательным выводом универсального двигателя.

`C` - Корпус мотора
механический

Механический вращательный порт сопоставлен с универсальным корпусом мотора.

`R` - Ротор мотора
механический

Механический вращательный порт сопоставлен с универсальным ротором мотора.

`Hf` - Тепловой порт обмотки возбуждения
тепловой

Тепловой порт обмотки возбуждения. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тепловые порты»

`Ha` - Тепловой порт обмотки якоря
тепловой

Тепловой порт обмотки якоря. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тепловые порты»

Параметры

расширить все

Электрический крутящий момент

`Model parameterization` - Параметризация блоков
`By DC rated power, rated speed & maximum torque` (по умолчанию) | `By equivalent circuit parameters` | `By DC rated power, rated speed & electrical power` | `By AC rated power, rated speed, current & electrical power`

Выберите один из следующих методов параметризации блоков:

By equivalent circuit parameters - Предоставить электрические параметры для эквивалентной модели цепи двигателя.
By DC rated power, rated speed & maximum torque - Обеспечивают параметры степени и скорости постоянного тока, которые блок преобразует в эквивалентную модель схемы двигателя.
By DC rated power, rated speed & electrical power - Обеспечивают параметры степени и скорости переменного тока, которые блок преобразует в эквивалентную модель схемы двигателя.
By AC rated power, rated speed, current & electrical power - Обеспечивают параметры степени и скорости переменного тока, которые блок преобразует в эквивалентную модель схемы двигателя.

`Total armature and field winding resistance` - Полное сопротивление якоря и обмотки возбуждения
`132.8` `Ohm` (по умолчанию)

Полное сопротивление якоря и обмотки возбуждения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization равным By equivalent circuit parameters.

`Back-emf constant` - Коэффициент противо-ЭДС, постоянная
`0.1722` `s*V/rad/A` (по умолчанию)

Отношение напряжения, генерируемого двигателем, к скорости мотора.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization равным By equivalent circuit parameters.

`Total armature and field winding inductance` - Общая индуктивность якоря и обмотки возбуждения
`0.525` `H` (по умолчанию)

Общая индуктивность якоря и обмотки возбуждения. Если у вас нет информации об этой индуктивности, установите значение этого параметра в маленькое, ненулевое число.

Примечание

Можно задать Total armature and field winding inductance значение нуля, но это имеет смысл, только если вы ведете двигатель с источником постоянного тока.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization равным By equivalent circuit parameters, By DC rated power, rated speed & maximum torque, или By DC rated power, rated speed & electrical power.

`Rated speed (at rated load)` - Номинальная скорость
`6500` `rpm` (по умолчанию)

Скорость двигателя при номинальной механической нагрузке.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization равным By DC rated power, rated speed & maximum torque, By DC rated power, rated speed & electrical power, или By AC rated power, rated speed, current & electrical power.

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

Механическая нагрузка, на которую рассчитан двигатель для работы.

Зависимости

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

Постоянное напряжение, при котором двигатель рассчитан на работу.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization равным By DC rated power, rated speed & maximum torque или By DC rated power, rated speed & electrical power.

`Maximum (starting) torque` - Максимальный крутящий момент
`0.39` `N*m` (по умолчанию)

Максимальный крутящий момент, который производит двигатель.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization равным By DC rated power, rated speed & maximum torque.

`Electrical power in at rated load` - Электроэнергия при номинальной механической степени
`160` `W` (по умолчанию)

Количество электрической энергии степени используемой двигателем при номинальной механической степени.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization равным By DC rated power, rated speed & electrical power или By AC rated power, rated speed, current & electrical power.

`RMS rated voltage` - номинальное напряжение СРК
`240` `V` (по умолчанию)

Напряжение питания RMS, когда двигатель работает от степени переменного тока.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization равным By AC rated power, rated speed, current & electrical power.

`RMS current at rated load` - ток СРК при номинальной нагрузке
`0.8` `A` (по умолчанию)

Ток RMS, когда двигатель работает от степени переменного тока при номинальной нагрузке.

Зависимости

`AC frequency` - частота переменного тока
`50` `Hz` (по умолчанию)

Частота напряжения питания переменного тока.

Зависимости

Механический

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

Сопротивление ротора изменяться в движении мотора. Значение может быть нулем.

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

Энергия, рассеянная ротором. Значение может быть нулем.

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

Скорость ротора в начале симуляции.

Температурная зависимость

Эта вкладка появляется только для блоков с открытыми тепловыми портами. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тепловые порты»

`Field to armature resistance ratio, Rf/Ra` - Коэффициенты температуры сопротивления статора и ротора
`1` (по умолчанию)

Отношение поля к сопротивлению якоря. Этот параметр требуется только при отображении полевых и якорных тепловых портов. Он используется, чтобы определить индивидуальные значения сопротивления для обмотки возбуждения и обмотки якоря, так что тепловое тепло, генерируемое двумя резисторами, может быть распределено правильно.

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

Вектор-строка 1 на 2, который задает коэффициент α в уравнении, связывающем сопротивление температуре, как описано в Тепловой модели для блоков привода. Первый элемент соответствует обмотке возбуждения, а второй - якорю. Значение по умолчанию для меди.

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

Температура, для которой заданы параметры двигателя.

Тепловой порт

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

A 1 на 2 векторы-строки, который задает тепловую массу для обмоток возбуждения и якоря. Тепловая масса является энергией, необходимой для повышения температуры на одну степень.

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

Вектор-строка, который задает температуру полевых и якорных тепловых портов в начале симуляции.

Примеры моделей

Кривые Крутящий Момент-Скорость Мотора

Сравнение характеристик крутящего момента и скорости для пяти различных типов двигателей. Чтобы выбрать тип двигателя, щелкните правой кнопкой по блоку Electric Motor, выберите вариант- > Override using, а затем желаемый двигатель. Все двигатели имеют одинаковые размеры по механической степени.

Ссылки

[1] Bolton, W. Mechatronics: Electronic Control Systems in Mechanical and Electrical Engineering, 3-е издание Pearson Education, 2004.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

DC Motor | Induction Machine (Single-Phase) | Motor & Drive (System Level) | Shunt Motor

Введенный в R2008a

Документация

Universal Motor

Описание

Тепловые порты

Порты

Сохранение

+ - Положительный терминал электрический

- - Отрицательный терминал электрический

C - Корпус мотора механический

R - Ротор мотора механический

Hf - Тепловой порт обмотки возбуждения тепловой

Ha - Тепловой порт обмотки якоря тепловой

Параметры

Электрический крутящий момент

Model parameterization - Параметризация блоков By DC rated power, rated speed & maximum torque (по умолчанию) | By equivalent circuit parameters | By DC rated power, rated speed & electrical power | By AC rated power, rated speed, current & electrical power

Total armature and field winding resistance - Полное сопротивление якоря и обмотки возбуждения 132.8 Ohm (по умолчанию)

Зависимости

Back-emf constant - Коэффициент противо-ЭДС, постоянная 0.1722 s*V/rad/A (по умолчанию)

Зависимости

Total armature and field winding inductance - Общая индуктивность якоря и обмотки возбуждения 0.525 H (по умолчанию)

Зависимости

Rated speed (at rated load) - Номинальная скорость 6500 rpm (по умолчанию)

Зависимости

Rated load (mechanical power) - Номинальная нагрузка 75 W (по умолчанию)

Зависимости

Rated DC supply voltage - Номинальное напряжение питания постоянного тока 200 V (по умолчанию)

Зависимости

Maximum (starting) torque - Максимальный крутящий момент 0.39 N*m (по умолчанию)

Зависимости

Electrical power in at rated load - Электроэнергия при номинальной механической степени 160 W (по умолчанию)

Зависимости

RMS rated voltage - номинальное напряжение СРК 240 V (по умолчанию)

Зависимости

RMS current at rated load - ток СРК при номинальной нагрузке 0.8 A (по умолчанию)

Зависимости

AC frequency - частота переменного тока 50 Hz (по умолчанию)

Зависимости

Механический

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

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

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

Температурная зависимость

Field to armature resistance ratio, Rf/Ra - Коэффициенты температуры сопротивления статора и ротора 1 (по умолчанию)

Resistance temperature coefficients, [alpha_f alpha_a] - Коэффициенты температуры 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 моделей

Кривые Крутящий Момент-Скорость Мотора

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + + Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Simscape Electrical документация

Поддержка

`+` - Положительный терминал
электрический

`-` - Отрицательный терминал
электрический

`C` - Корпус мотора
механический

`R` - Ротор мотора
механический

`Hf` - Тепловой порт обмотки возбуждения
тепловой

`Ha` - Тепловой порт обмотки якоря
тепловой

`Model parameterization` - Параметризация блоков
`By DC rated power, rated speed & maximum torque` (по умолчанию) | `By equivalent circuit parameters` | `By DC rated power, rated speed & electrical power` | `By AC rated power, rated speed, current & electrical power`

`Total armature and field winding resistance` - Полное сопротивление якоря и обмотки возбуждения
`132.8` `Ohm` (по умолчанию)

`Back-emf constant` - Коэффициент противо-ЭДС, постоянная
`0.1722` `s*V/rad/A` (по умолчанию)

`Total armature and field winding inductance` - Общая индуктивность якоря и обмотки возбуждения
`0.525` `H` (по умолчанию)

`Rated speed (at rated load)` - Номинальная скорость
`6500` `rpm` (по умолчанию)

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

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

`Maximum (starting) torque` - Максимальный крутящий момент
`0.39` `N*m` (по умолчанию)

`Electrical power in at rated load` - Электроэнергия при номинальной механической степени
`160` `W` (по умолчанию)

`RMS rated voltage` - номинальное напряжение СРК
`240` `V` (по умолчанию)

`RMS current at rated load` - ток СРК при номинальной нагрузке
`0.8` `A` (по умолчанию)

`AC frequency` - частота переменного тока
`50` `Hz` (по умолчанию)

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

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

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

`Field to armature resistance ratio, Rf/Ra` - Коэффициенты температуры сопротивления статора и ротора
`1` (по умолчанию)

`Resistance temperature coefficients, [alpha_f alpha_a]` - Коэффициенты температуры 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)

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®