Universal Motor

具有电气和扭矩特性的通用（或系列化）电机。

类型: AcausalElectricPowerSystems.Electromechanical.Brushed.UniversalMotor

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/Electrical/Electromechanical/Brushed Motors/Universal Motor

说明

通用电机*程序块使用以下等效电路模拟通用（或系列化）电机的电气特性和扭矩：

universal motor 1

在该电路中

- 电枢绕组电阻；
- 电枢电感；
- 电场绕组电阻；
- 磁场绕组电感。

如果*模型参数化*设置为 "通过等效电路参数"，则将设置该模型的等效电路参数。通用电机*模块计算电机扭矩的方法如下：

电机磁场在电枢绕组中产生以下反 EMF ：

其中是比例常数，是角速度。
机械功率等于反 EMF 产生的功率：
发动机扭矩

万能电机模型的转矩与转速关系与上图中的参数有关。如果*模型参数化*设置为 "按直流额定功率、额定转速和最大转矩 "或 "按直流额定功率、额定转速和电功率"，则等效电路的参数计算如下：

使用直流电源时，参数对稳态转矩的转矩-速度相关性没有影响。
电路电压相加：
求解的上一个方程，并将该值代入扭矩方程：

设备使用额定转速和功率计算额定扭矩。设备使用上一公式中的额定转矩和额定转速值以及相应的电功率来确定和值。

如果*模型参数化*设置为 "按交流额定功率、额定转速、电流和电功率"，则模型必须包括电感项和。这需要总电感的有效值额定电流和电压信息。

对于 * 模型参数化 * 的所有值，该模块可对电机惯性和阻尼进行建模。输出扭矩为

该装置从机械端口 C 至 R 产生正扭矩。

模型的热效应

您可以打开热端口来模拟能量转换为热量时的损耗效应。要打开热端口，请选择 Enable thermal port 复选框。

端口

非定向

# + — 阳极
电

Details

与通用电机正极相连的非定向端口。

程序使用名称

p

# - — 负极
电力

Details

与通用电机负极相关的非定向端口。

程序使用名称

n

# R — 电机转子
旋转力学

Details

与万能电机转子相关的非定向机械端口。

程序使用名称

rod_flange

# C — 电机外壳
旋转机械

Details

与万向电机外壳相关的非定向机械端口。

程序使用名称

case_flange

# Hf — 磁场绕组散热口
热口

Details

磁场绕组的热端口。

依赖关系

要使用该端口，请选择 启用热端口 复选框。

程序使用名称

field_thermal_port

# 哈 — 电枢绕组散热口
热口

Details

电枢绕组的热端口。

依赖关系

要使用该端口，请选择 启用热端口 复选框。

程序使用名称

armature_thermal_port

参数

电扭矩

# Model parameterization — 块参数化
By equivalent circuit parameters | By DC rated power, rated speed & maximum torque | By DC rated power, rated speed & electrical power | By AC rated power, rated speed, current & electrical power

Details

选择以下一种程序块参数化方法：

按等效电路参数"- 设置电机等效电路模型的电气参数。
按直流额定功率、额定转速和最大扭矩"- 设置直流电功率和转速参数，由设备转换为等效电路模型。
按直流额定功率、额定转速和电功率` - 设置设备转换为电机等效电路模型的交流额定功率和转速参数。
按交流额定功率、额定转速、电流和电功率` - 设置设备转换为电机等效电路模型的交流额定功率和转速参数。

值	`By equivalent circuit parameters` \| `By DC rated power, rated speed & maximum torque` \| `By DC rated power, rated speed & electrical power` \| `By AC rated power, rated speed, current & electrical power`
默认值	`By DC rated power, rated speed & electrical power`
程序使用名称	`parameterization`
可计算	无

# Total armature and field winding resistance — 电枢和磁场绕组的总电阻
Ohm | GOhm | MOhm | kOhm | mOhm

Details

电枢和磁场绕组的总电阻。

依赖关系

要使用该参数，请将 模型参数化 设置为 "通过等效电路参数"。

计量单位	`Ohm` \| `GOhm` \| `MOhm` \| `kOhm` \| `mOhm`
默认值	`132.8 Ohm`
程序使用名称	`R_total`
可计算	是

# Back-emf constant — 反电磁场系数
V/(A*rad/s)

Details

电机产生的电压与电机转速之比。

依赖关系

要使用该参数，请将*模型参数化*参数设置为 "通过等效电路参数"。

计量单位	`V/(A*rad/s)`
默认值	`0.1722 V/(A*rad/s)`
程序使用名称	`emf_constant`
可计算	是

# Rated speed (at rated load) — 额定转速
rpm | deg/s | rad/s

Details

额定机械功率下的电机转速。

依赖关系

要使用此参数，请将*模型参数化*设置为 "按直流额定功率、额定转速和最大扭矩"、"按直流额定功率、额定转速和电功率 "或 "按交流额定功率、额定转速、电流和电功率"。

计量单位	`rpm` \| `deg/s` \| `rad/s`
默认值	`6500.0 rpm`
程序使用名称	`rated_angular_velocity`
可计算	是

# Rated load (mechanical power) — 额定负载
W | GW | MW | kW | mW | uW | HP_DIN

Details

电机在额定转速下的机械负荷。

依赖关系

要使用此参数，请将 型号参数化 设置为 "按直流额定功率、额定转速和最大扭矩"、"按直流额定功率、额定转速和电功率 "或 "按交流额定功率、额定转速、电流和电功率"。

计量单位	`W` \| `GW` \| `MW` \| `kW` \| `mW` \| `uW` \| `HP_DIN`
默认值	`75.0 W`
程序使用名称	`P_m_rated`
可计算	是

# Rated DC supply voltage — 额定直流电源电压
V | MV | kV | mV

Details

指定额定功率的电压。

依赖关系

要使用此参数，请将*型号参数化*设置为 "按直流额定功率、额定转速和最大扭矩 "或 "按直流额定功率、额定转速和电功率"。

计量单位	`V` \| `MV` \| `kV` \| `mV`
默认值	`200.0 V`
程序使用名称	`V_DC_rated`
可计算	是

# Maximum (starting) torque — 最大扭矩
N*m | mN*m | lbf*ft

Details

电机产生的最大扭矩。

依赖关系

要使用该参数，请将*模型参数化*设置为 "按直流额定功率、额定转速和最大扭矩"。

计量单位	`Nm` \| `mNm` \| `lbf*ft`
默认值	`0.39 N*m`
程序使用名称	`max_torque`
可计算	是

# Electrical power in at rated load — 额定机械功率下的电功率
W | GW | MW | kW | mW | uW | HP_DIN

Details

电机在额定机械功率下消耗的电功率。

依赖关系

要使用此参数，请将*模型参数化*设置为 "按直流额定功率、额定转速和电功率 "或 "按交流额定功率、额定转速、电流和电功率"。

计量单位	`W` \| `GW` \| `MW` \| `kW` \| `mW` \| `uW` \| `HP_DIN`
默认值	`160.0 W`
程序使用名称	`P_e_rated`
可计算	是

# RMS rated voltage — 额定电压有效值
V | MV | kV | mV

Details

交流电源供电时电机的有效值。

依赖关系

要使用该参数，请将*模型参数化*设置为 "按交流额定功率、额定转速、电流和电功率"。

计量单位	`V` \| `MV` \| `kV` \| `mV`
默认值	`240.0 V`
程序使用名称	`V_AC_rated`
可计算	是

# RMS current at rated load — 额定负载下的有效值电流
A | MA | kA | mA | nA | pA | uA

Details

电机在交流电源上以额定负载运行时的有效值电流。

依赖关系

要使用此参数，请将*模型参数化*设置为 "按交流额定功率、额定转速、电流和电功率"。

计量单位	`A` \| `MA` \| `kA` \| `mA` \| `nA` \| `pA` \| `uA`
默认值	`0.8 A`
程序使用名称	`I_AC_rated`
可计算	是

# AC frequency — 交流频率
Hz | GHz | MHz | kHz

Details

交流电源的频率。

依赖关系

要使用该参数，请将*型号参数化*设置为 "按交流额定功率、额定转速、电流和电功率"。

计量单位	`Hz` \| `GHz` \| `MHz` \| `kHz`
默认值	`50.0 Hz`
程序使用名称	`f`
可计算	是

# Total armature and field winding inductance — 电枢和磁场绕组的总电感量
H | mH | nH | uH

Details

电枢和磁场绕组的总电感。如果电感值未知，请设置一个非零的小数。

*注意

电枢和磁场绕组总电感*可以设置为零，但这只有在电机由直流电源控制时才有意义。

依赖关系

要使用该参数，请将*模型参数化*设置为 "按等效电路参数"、"按直流额定功率、额定转速和最大扭矩 "或 "按直流额定功率、额定转速和电功率"。

计量单位	`H` \| `mH` \| `nH` \| `uH`
默认值	`0.525 H`
程序使用名称	`L_total`
可计算	是

机械性能

Details

转子对电机转速变化的阻力。该值可以为零。

计量单位	`gcm^2` \| `kgm^2` \| `lbmft^2` \| `lbmin^2` \| `slugft^2` \| `slugin^2`
默认值	`2e-4 kg*m^2`
程序使用名称	`J`
可计算	是

# Rotor damping — 转子耗能
N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

Details

转子耗散的能量。该值可以为零。

计量单位	`Nm/(rad/s)` \| `ftlbf/(rad/s)`
默认值	`1e-6 N*m/(rad/s)`
程序使用名称	`damping`
可计算	是

# Initial rotor speed — 初始转速
rpm | deg/s | rad/s

Details

模拟开始时的转子转速。

计量单位	`rpm` \| `deg/s` \| `rad/s`
默认值	`0.0 rpm`
程序使用名称	`angular_velocity_start`
可计算	是

温度相关性

# Field to armature resistance ratio, Rf/Ra — 电场绕组和电枢绕组的电阻比

Details

磁场绕组与电枢绕组的电阻比。只有在使用电枢绕组和磁场绕组热端口时才需要使用该参数。它用于确定磁场绕组和电枢绕组的单个电阻值，以便适当分配两个电阻器产生的热量。

依赖关系

要使用该参数，请选择 启用热端口 复选框。

默认值	`1.0`
程序使用名称	`resistance_ratio`
可计算	是

Details

1 乘 2 的线向量，包含电阻与温度关系式中的系数。第一个元素对应磁场绕组，第二个元素对应电枢绕组。使用铜的默认值。

依赖关系

要使用该参数，请选择 启用热端口 复选框。

计量单位	`1/K` \| `1/degR` \| `1/deltaK` \| `1/deltadegC` \| `1/deltadegF` \| `1/deltadegR`
默认值	`[3.93e-3, 3.93e-3] 1/K`
程序使用名称	`alpha_vector`
可计算	是

Details

确定电机参数的温度。

依赖关系

要使用该参数，请选择 * 启用热端口* 复选框。

计量单位	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
默认值	`25.0 degC`
程序使用名称	`T_measurement`
可计算	是

热端口

# Enable thermal port — 开启热端口

Details

热效应建模。

要启用热效应建模，请将参数复选框设置为 "已启用"。

默认值	`false (关掉)`
程序使用名称	`has_thermal_port`
可计算	无

# Thermal masses, [Mf Ma] — 热质量
J/K | kJ/K

Details

1 x 2 线向量，包含磁场和电枢绕组的热质量值。

热质量是温度升高一度所需的能量。

依赖关系

要使用此参数，请选择*启用热敏端口*复选框。

计量单位	`J/K` \| `kJ/K`
默认值	`[100.0, 100.0] J/K`
程序使用名称	`thermal_mass_vector`
可计算	是

Details

1 x 2 线向量，包含模拟开始时激励和电枢热端口的温度值。

依赖关系

要使用该参数，请选择*启用热端口*复选框。

计量单位	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
默认值	`[25.0, 25.0] degC`
程序使用名称	`T_vector_start`
可计算	是

文学

Bolton, W.Mechatronics: Electronic Control Systems in Mechanical and Electrical Engineering，Pearson Education，2004 年第 3 版。