DC Motor
Модель двигателя постоянного тока с электрическими и механическими параметрами.
|
|
|
|
Описание
Блок DC Motor представляется с помощью следующей эквивалентной схемы:
Параметры эквивалентной схемы для данной модели задаются при установке параметра Model parameterization в значение By equivalent circuit parameters. Резистор соответствует сопротивлению, заданному в параметре Armature resistance. Индуктивность соответствует индуктивности, заданной в параметре Armature inductance.
Вы можете указать способ создания магнитного поля двигателя, установив параметру Field type нужное значение. Постоянные магниты двигателя наводят в якоре противоЭДС :
где — коэффициент противоЭДС (значение параметра Back-emf constant), а — угловая скорость.
Двигатель создает вращающий момент , который пропорционален току двигателя согласно выражению:
где — постоянная момента.
В блоке двигателя постоянного тока предполагается, что электромагнитные потери отсутствуют. Это означает, что механическая мощность равна электрической мощности якоря. Приравнивание этих двух условий дает:
Таким образом, в параметрах блока указывается либо , либо .
Если магнитное поле создается током, протекающим по обмоткам, то Back-emf constant зависит от тока возбуждения :
где — взаимная индуктивность ротора и статора (параметр Field-armature mutual inductance).
Механическая характеристика для блока DC Motor связана с параметрами, приведенными на предыдущем рисунке. При установке параметра Model parameterization в значение By stall torque and no-load speed или By rated load and speed, блок решает задачи для параметров эквивалентной схемы следующим образом:
-
В установившемся режиме индуктивность не оказывает влияния на зависимость крутящего момента от скорости .
-
Напряжения в контуре суммируются, и выражение переписывается для :
-
Значение подставляется в уравнение крутящего момента:
При установке параметра Model parameterization в значение By stall torque and no-load speed блок использует крутящий момент и скорость холостого хода для определения значений и (и эквивалентно ).
При установке параметра Model parameterization в значение By rated load and speed блок использует номинальную скорость и мощность для расчета номинального крутящего момента. Для определения значений и блок использует значения номинального крутящего момента и скорости холостого хода.
Блок моделирует инерцию двигателя и демпфирование для всех значений параметра Model parameterization. Результирующий момент равен:
Измерить демпфирование ротора не всегда возможно, и его значение не всегда указывается в техническом паспорте производителя. Альтернативный вариант — использование тока холостого хода для расчета значения демпфирования ротора.
В режиме холостого хода механический момент, создаваемый электрическим током, должен быть равен демпфирующему моменту ротора:
где — ток холостого хода. Если для параметра Rotor damping parameterization выбран параметр By no-load current, то это уравнение используется в дополнение к уравнению зависимости скорости от крутящего момента для определения значений и других коэффициентов уравнения.
Значение демпфирования ротора, заданное непосредственно или в виде тока холостого хода, учитывается при определении параметров эквивалентной схемы для параметров Model parameterization и вариантов значений By stall torque and no-load speed и By rated load and speed.
Когда положительный ток течет от электрических портов + к −, положительный момент действует от механического порта C к R.
Порты
+ — положительный контакт якоря
электричество
Электрический порт, соответствующий положительному контакту якоря двигателя постоянного тока.
− — отрицательный контакт якоря
электричество
Электрический порт, соответствующий отрицательному контакту якоря двигателя постоянного тока.
C — корпус двигателя
вращательная механика
Механический порт вращения, соответствующий корпусу двигателя постоянного тока.
R — ротор двигателя
вращательная механика
Механический порт вращения, соответствующий ротору двигателя постоянного тока.
F+ — положительный контакт обмотки возбуждения
электричество
Электрический порт, соответствующий положительному контакту обмотки возбуждения.
Зависимости
Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Field type значение Wound.
F− — отрицательный контакт обмотки возбуждения
электричество
Электрический порт, соответствующий отрицательному контакту обмотки возбуждения.
Зависимости
Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Field type значение Wound.
Параметры
Электрический вращающий момент
Field type — тип поля
Permanent Magnet (по умолчанию) | Wound
Выберите один из следующих способов создания поля:
-
Permanent Magnet— магнитное поле двигателя постоянного тока создается с помощью постоянного магнита. -
Wound— магнитное поле двигателя постоянного тока создается обмоткой возбуждения.
Model parameterization — тип параметризации блока
By equivalent circuit parameters (по умолчанию) | By stall torque and no-load speed | By rated load and speed
Выберите один из следующих методов параметризации блока:
-
By equivalent circuit parameters— по параметрам эквивалентной схемы двигателя. -
By stall torque and no-load speed— по пусковому моменту и скорости холостого хода, которые блок пересчитывает в параметры эквивалентной схемы. -
By rated load and speed— по номинальной мощности и скорости, которые блок пересчитывает в параметры эквивалентной схемы.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Field type значение Permanent magnet.
Field resistance — сопротивление обмотки возбуждения
100 Ом (по умолчанию)
Электрическое сопротивление обмотки возбуждения.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Field type значение Wound.
Field inductance — индуктивность обмотки возбуждения
1 Гн (по умолчанию)
Индуктивность обмотки возбуждения.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Field type значение Wound.
Field-armature mutual inductance — взаимная индуктивность ротора и статора
0.15 Гн (по умолчанию)
Взаимная индуктивность ротора и статора.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Field type значение Wound.
Initial field current — начальный ток возбуждения
0 А (по умолчанию)
Начальный ток возбуждения.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Field type значение Wound.
Armature resistance — сопротивление якоря
3.9 Ом (по умолчанию)
Электрическое сопротивление якоря двигателя.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Model parameterization значение By equivalent circuit parameters.
Armature inductance — индуктивность якоря
12e−6 Гн (по умолчанию)
Индуктивность якоря двигателя. Если у вас нет информации об этой индуктивности, установите значение этого параметра на небольшое ненулевое число.
Define back-emf or torque constant — определение постоянных
Specify back-emf constant (по умолчанию) | Specify torque constant
Укажите, какая константа двигателя будет задана: коэффициент противоЭДС или постоянная крутящего момента. При задании в единицах СИ эти константы имеют одинаковое значение, поэтому в диалоговом окне блока можно указать только одну из них.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Model parameterization значение By equivalent circuit parameters.
Back-emf constant — коэффициент противоЭДС
0.000687549354157 В/(рад/с) (по умолчанию)
Отношение ЭДС, создаваемой двигателем, к скорости вращения двигателя.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Define back-emf или torque constant в значение Specify back-emf constant.
Torque constant — постоянная крутящего момента
0.0006876 Н·м/A (по умолчанию)
Отношение вращающего момента, создаваемого двигателем, к протекающему току.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Define back-emf или torque constant в значение Specify torque constant.
Stall torque — пусковой момент
0.00024 Н·м (по умолчанию)
Величина крутящего момента, создаваемого двигателем, когда частота вращения равна нулю.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите Model parameterization в значение By stall torque and no-load speed.
No-load speed — скорость в режиме холостого хода
2000.1473 рад/с (по умолчанию)
Скорость вращения двигателя без нагрузки.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите Model parameterization в значение By rated load and speed.
Rated speed (at rated load) — номинальная частота вращения
1570.7963 рад/с (по умолчанию)
Частота вращения двигателя при номинальной механической мощности.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите Model parameterization в значение By rated load and speed.
Rated load (mechanical power) — номинальная нагрузка
0.08 Вт (по умолчанию)
Механическая мощность, на которую рассчитан двигатель при номинальной частоте вращения.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите Model parameterization в значение By rated load and speed.
Rated DC supply voltage — номинальное напряжение питания постоянного тока
1.5 В (по умолчанию)
Напряжение, для которого задана номинальная мощность.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите Model parameterization в значение By stall torque and no-load speed or By rated load and speed.
Rotor damping parameterization — параметризация демпфирования ротора
By damping value (по умолчанию) | By no-load current
Выберите один из следующих способов задания демпфирования ротора:
-
By damping value— задание значения демпфирования ротора напрямую, с помощью параметра Rotor damping в группе Mechanical. -
By no-load current— блок рассчитывает демпфирование ротора на основе значений, заданных для параметров No-load current и DC supply voltage when measuring no-load current. При выборе этой опции параметр Rotor damping в группе Mechanical недоступен.
No-load current — ток холостого хода
0 (по умолчанию)
Укажите значение тока холостого хода, A, которое будет использоваться для расчета демпфирования ротора.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите Rotor damping parameterization в значение By no-load current.
DC supply voltage when measuring no-load current — напряжение питания постоянного тока при измерении тока холостого хода
1.5 В (по умолчанию)
Задайте напряжение питания постоянного тока, соответствующее значению тока холостого хода, которое будет использоваться для расчета демпфирования ротора.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите Rotor damping parameterization в значение By no-load current.
Механические
Rotor inertia — инерция ротора
1e−9 кг·м² (по умолчанию)
Сопротивление ротора изменению частоты вращения двигателя. Значение может быть равно нулю.
Rotor damping — рассеиваемая энергия ротора
0 (по умолчанию)
Энергия, рассеиваемая ротором, Н·м/(рад/с). Значение может быть равно нулю.
Зависимости
Чтобы использовать этот параметр, установите параметру Rotor damping parameterization в группе Electrical Torque значение By damping.
Initial rotor speed — начальная частота вращения
0 (по умолчанию)
Скорость вращения ротора в начале моделирования, рад/с.