Compound Motor

Составная модель электродвигателя с электрическим и характеристиками крутящего момента и моделированием отказа

Библиотека:
Simscape / Электрический / Электромеханический / Нарисованные кистью Двигатели

Описание

Блок Compound Motor представляет электрические характеристики и характеристики крутящего момента составного двигателя. Этот рисунок показывает эквивалентную схему для двигателя составного объекта короткого шунта:

Short-shunt compound motor model

Этот рисунок показывает эквивалентную схему для двигателя составного объекта длинного шунта:

Long-shunt compound motor model

где:

i является общим током.
_is является полем ряда, вьющимся текущий.
_ip является параллельной текущей обмоткой возбуждения.
_ia является током якоря.
V является общим напряжением.
_Vs является полем ряда извилистое напряжение.
_Vp является параллельным напряжением обмотки возбуждения.
_Va является напряжением якоря.
ω является скоростью вращения.
_te является крутящим моментом.

Если вы устанавливаете параметр Steady-state parameterization на By equivalent circuit parameters, можно задать параметры эквивалентной 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 короткого шунта

Когда Electrical circuit topology установлен в 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 двигателя составного объекта короткого шунта:

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

От этих динамических уравнений блок получает установившиеся уравнения путем создания производных 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 это вычисляет установившиеся токи, и закрутите можно 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 длинного шунта

Когда Electrical circuit topology установлен в 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 двигателя составного объекта длинного шунта:

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

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

Затем это вычисляет установившиеся токи, и закрутите можно следующим образом:

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

Отказы

Блок Compound Motor позволяет вам моделировать три типа отказов:

Отказ обмотки арматуры — обмотка арматуры перестала работать и становится разомкнутой цепью.
Отказ обмотки поля ряда — обмотка поля ряда перестала работать и становится разомкнутой цепью.
Шунтируйте отказ обмотки возбуждения — обмотка возбуждения шунта перестала работать и становится разомкнутой цепью.

Блок может инициировать события отказа:

В определенное время (временный отказ)
Когда текущий предел превышен для дольше, чем определенный временной интервал (поведенческий отказ)

Можно включить или отключить эти триггерные механизмы отдельно.

Можно выбрать, выпустить ли утверждение, когда отказ происходит при помощи параметра Reporting when a fault occurs. Утверждение может принять форму предупреждения или ошибки. По умолчанию блок не выпускает утверждение.

Если вы устанавливаете параметр Enable armature winding open-circuit fault на On, сбои арматуры, в то время, когда задано параметром Simulation time for armature winding fault event для временного отказа, или когда извилистые токи превышает значение параметра Maximum permissible armature winding current для поведенческого отказа. Когда арматура перестала работать, источник напряжения, соединенный с этим блоком, наблюдает разомкнутую цепь для части общего моторного оборота, заданного параметром Fraction of revolution during which armature is open-circuit. Этот рисунок иллюстрирует поведение состояния схемы и состояние разомкнутой цепи (rev_faulted) в течение периода оборота:

Тепловые порты

Блок имеет три дополнительных тепловых порта, которые скрыты по умолчанию. Чтобы осушить тепловые порты, щелкните правой кнопкой по блоку, и из контекстного меню выбирают Simscape> Block choices> Show thermal port.

Используйте тепловые порты, чтобы симулировать эффекты медных потерь сопротивления, которые преобразовывают электроэнергию в теплоту. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов в блоках привода смотрите Термальные эффекты Симуляции во Вращательных и Поступательных Приводах.

Порты

Тип, видимость и местоположение портов блока зависят от того, как вы конфигурируете параметр Electrical circuit topology во вкладке Configuration, и если вы осушаете тепловые порты:

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

Сохранение

развернуть все

`+` — Положительный терминал
электрический

Электрический порт сохранения сопоставлен с составным моторным положительным терминалом.

`-` — Отрицательный терминал
электрический

Электрический порт сохранения сопоставлен с составным моторным отрицательным терминалом.

`C` — Моторный случай
механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с составным моторным случаем.

`R` — Моторный ротор
механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с составным моторным ротором.

`Hs` — Поле ряда, проветривающее тепловой порт
тепловой

Тепловой порт сохранения сопоставлен с обмоткой поля ряда. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, щелкните правой кнопкой по блоку и нажмите Simscape> Block choices> Show thermal port.

`Hp` — Шунтируйте обмотку возбуждения тепловой порт
тепловой

Тепловой порт сохранения сопоставлен с обмоткой возбуждения шунта.. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, щелкните правой кнопкой по блоку и нажмите Simscape> Block choices> Show thermal port.

`Ha` — Арматура тепловой порт
тепловой

Тепловой порт сохранения сопоставлен с арматурой. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, щелкните правой кнопкой по блоку и нажмите Simscape> Block choices> Show thermal port.

Параметры

развернуть все

Настройка

`Electrical circuit topology` — Топология электрической схемы
`Long-shunt` (значение по умолчанию) | `Short-shunt`

Топология электрической схемы.

`Shunt winding polarity` — Шунтируйте извилистую полярность
`Cumulative` (значение по умолчанию) | `Differential`

Магнитная ориентация обмотки шунта.

Установившийся

`Steady-state parameterization` — Блокируйте параметризацию
`By equivalent circuit parameters` (значение по умолчанию) | `By rated, stall, and no-load datasheet parameters`

Выберите один из следующих методов для параметризации блока:

By equivalent circuit parameters — Обеспечьте электрические параметры для модели эквивалентной схемы двигателя.
By rated, stall, and no-load datasheet parameters — Обеспечьте текущий и параметры скорости, которые блок преобразует в модель эквивалентной схемы двигателя.

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

Сопротивление фрагмента проведения двигателя.

Зависимости

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

`Series field winding resistance, Rs` — Сопротивление обмотки поля ряда
1.68 `Ohm` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Сопротивление обмотки поля ряда.

Зависимости

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

`Shunt field winding resistance, Rp` — Шунтируйте сопротивление обмотки возбуждения
303 `Ohm` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Сопротивление обмотки возбуждения шунта.

Зависимости

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

`Series field winding to armature back EMF constant, Lsa` — Поле ряда, вьющееся к коэффициенту противо-ЭДС, постоянной арматуры
0.69 `H` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Поле ряда, вьющееся к коэффициенту противо-ЭДС, постоянной арматуры.

Зависимости

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

`Shunt field winding to armature back EMF constant, Lpa` — Шунтируйте обмотку возбуждения к коэффициенту противо-ЭДС, постоянной арматуры
0.64 `H` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Шунтируйте обмотку возбуждения к коэффициенту противо-ЭДС, постоянной арматуры.

Зависимости

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