Реализуйте модель шагового двигателя
Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Электрические Машины
Блок Stepper Motor (STM) реализует типовую модель, которая представляет два самых популярных семейства шаговых двигателей:
Шаговые двигатели переменного нежелания
Постоянный магнит или гибридные шаговые двигатели
Модель Stepper Motor состоит из электрических и механических разделов. Электрический раздел представлен эквивалентной схемой, настройка которой зависит от моторного типа. Эквивалентные схемы принимают, что магнитная схема линейна (никакое насыщение), и взаимная индуктивность между фазами незначительна. Механический раздел представлен моделью в пространстве состояний на основе момента инерции и коэффициента вязкого трения.
Этот рисунок показывает эквивалентную схему для одной фазы в шаговом двигателе переменного нежелания.
В этой модели Ra и La (θ), соответственно, представляют сопротивление и индуктивность фазы обмотка. Извилистая индуктивность варьируется в зависимости от положения ротора:
La (θ) = L 0 + L 1cos (Nrθ),
где,
L 0 является средней индуктивностью.
L 1 является максимальным изменением индуктивности.
Nr является зубным номером ротора.
В ссылочном положении (θ = 0), зуб ротора полностью выравнивается с полюсом A-оси, чтобы достигнуть максимальной A-фазы извилистая индуктивность.
Общий электромагнитный крутящий момент, произведенный двигателем, является суммой крутящих моментов, произведенных моторными фазами:
где,
m является количеством фаз.
ix является обмоткой, текущей в фазе x.
Lx является функцией индуктивности обмотки фазы x.
Этот рисунок показывает эквивалентную схему для одной фазы в постоянном магните (PM), или гибридный шаговый двигатель.
В этой модели Ra и La, соответственно, представляют сопротивление и индуктивность обмотки A-фазы. Из-за большого значения воздушного зазора, введенного магнитами, извилистая индуктивность премьер-министра или гибридного шагового двигателя может считаться независимой от положения ротора. Исходный ea напряжения (θ) представляет моторную противоэлектродвижущую силу (EMF), который является синусоидальной функцией положения ротора:
где,
p является количеством пар полюса. Количество пар полюса p дано p = Nr/2.
ψm является моторным максимальным магнитным потоком.
Обратите внимание на то, что в ссылочном положении (θ = 0), Северный полюс на роторе полностью выравнивается с полюсом A-оси, чтобы достигнуть нулевого значения коэффициента противо-ЭДС A-фазы.
Электромагнитный крутящий момент, произведенный двухфазным PM или гибридным шаговым двигателем, равен сумме крутящего момента, следующего из взаимодействия токов фазы и магнитных потоков, созданных магнитами и крутящим моментом стопора, который следует из выступа ротора:
Te = –pψmiasin (pθ) – sin pψmib (pθ – π/2) – T dmsin (m Nrθ).
где,
m является количеством фазы (m =2) двигателя.
Nr количество зубов на роторе (Nr = 2*p).
Выберите Permanent-magnet/Hybrid (значение по умолчанию), чтобы реализовать премьер-министра или гибридный шаговый двигатель.
Выберите 2 (значение по умолчанию) или 4 фазы.
Индуктивность, La, в H, каждой обмотки фазы. Значением по умолчанию является 10e-3.
Сопротивление, Ra, в Омах, каждой обмотки фазы. Значением по умолчанию является 1.2.
Угол шага, в градусах, перемещения ротора. Значением по умолчанию является 30.
Максимальное потокосцепление, ψm, в V.s, произведенном магнитами. Значением по умолчанию является 0.04.
Максимальный крутящий момент стопора, Tdm, в N.m, следуя из выступа ротора. Значением по умолчанию является 0.02.
Общий импульс инерции, J, в kg.m2, из двигателя и загрузки. Значением по умолчанию является 1e-4/5.
Общий коэффициент вязкого трения, B, в N.m.s, двигателя и загрузки. Значением по умолчанию является 1e-3.
Начальная скорость вращения, ω0, в rad/s. Значением по умолчанию является 0.
Начальное положение ротора, Θ0, в градусах. Значением по умолчанию является 0.
Задайте шаг расчета шагового двигателя в s. Задайте –1 наследовать шаг расчета блока powergui в вашей модели. Значением по умолчанию является –1.
Выберите Variable reluctance реализовывать шаговый двигатель переменного нежелания.
Выберите 3, 4, или 5 фазы.
Максимальная индуктивность, Lmax, в H, каждой обмотки фазы. Значением по умолчанию является 10e-3.
Минимальная индуктивность, Lmin, в H, каждой обмотки фазы. Значением по умолчанию является 2e-3.
Сопротивление, Ra, в Омах, каждой обмотки фазы. Значением по умолчанию является 1.2.
Угол шага, в градусах, перемещения ротора. Значением по умолчанию является 30.
Общий импульс инерции, J, в kg.m2, из двигателя и загрузки. Значением по умолчанию является 1e-4/5.
Общий коэффициент вязкого трения, B, в N.m.s, двигателя и загрузки. Значением по умолчанию является 1e-3.
Начальная скорость вращения, ω0, в rad/s. Значением по умолчанию является 0.
Начальное положение ротора, Θ0, в градусах. Значением по умолчанию является 0.
Задайте шаг расчета шагового двигателя в s. Задайте –1 наследовать шаг расчета блока powergui в вашей модели. Значением по умолчанию является –1.
TLМеханический крутящий момент нагрузки, в N.m. TL положительно в моторной операции и отрицателен в работе генератора.
mSimulink® выход блока является вектором, содержащим пять сигналов. Можно демультиплексировать эти сигналы при помощи блока Селектора Шины, обеспеченного в Библиотеке Simulink.
Сигнал | Определение | Модули | Символ |
|---|---|---|---|
1 | Напряжение фазы | V | Vph |
2 | Текущая фаза | A | Iph |
3 | Электромагнитный крутящий момент | N.m | Te |
4 | Скорость ротора | рад/с | w |
5 | Положение ротора | рад | Theta |
Параметры, используемые в модели степпера, обычно получаются из таблиц данных производителя. В случае, если параметры не доступны, можно определить их из экспериментальных измерений.
Параметры, обеспеченные таблицами данных производителя, обычно: количество фаз, содержа крутящий момент, угол шага, напряжение на фазу, текущую на фазу, сопротивление обмотки, Ra, максимальную индуктивность, Lmax, среднюю индуктивность, L0, и инерцию ротора, J.
Параметры, обеспеченные таблицами данных производителя, обычно:
количество фаз
содержание крутящего момента
угол шага
напряжение на фазу
текущий на фазу
сопротивление обмотки, Ra
извилистая индуктивность, La
инерция ротора, J
Максимальный крутящий момент стопора, Tdm, не всегда задается. Этот параметр может быть принят, чтобы быть равным 1-10% максимального крутящего момента содержания.
Максимальное потокосцепление, ψm, не всегда задается. Этот параметр может быть получен экспериментально путем управления двигателем к постоянной скорости, N, в об/мин, и путем измерения максимальной разомкнутой цепи извилистое напряжение, Em, в V.
Параметр ψm затем вычисляется следующим отношением:
ψm = (30/pπ) (Em/N),
где p является количеством пар полюса, данных p =360 / (2m · шаг. Здесь m = номер фазы, продвиньтесь = угол шага в градусах.
power_steppermotor пример иллюстрирует работу диска шагового двигателя с помощью двухфазной гибридной модели шагового двигателя.
[1] Т. Кенджо, А. Сугоара, шаговые двигатели и их микропроцессорные управления, 2-й выпуск, издательство Оксфордского университета, Оксфорд, 2003.
[2] П. Акарнли, Шаговые двигатели - руководство по теории и практике, 4-му Выпуску, Учреждению Инженеров-электриков, Лондона, 2002.