Universal Motor

Универсальный (или сериесный) двигатель с электрическими характеристиками и характеристиками крутящего момента.

universal motor

Описание

Блок Universal Motor моделирует электрические характеристики и крутящий момент универсального (или сериесного) двигателя с помощью следующей эквивалентной схемы:

universal motor 1

На этой схеме

— сопротивление обмотки якоря;
— индуктивность обмотки якоря;
— сопротивление обмотки возбуждения;
— индуктивность обмотки возбуждения.

Если для параметра Model parameterization установлено значение By equivalent circuit parameters, то задаются параметры эквивалентной схемы для этой модели. Блок Universal Motor рассчитывает крутящий момент двигателя следующим образом:

Магнитное поле в двигателе индуцирует следующую обратную ЭДС в обмотке якоря:

где — постоянная пропорциональности, а — угловая скорость.
Механическая мощность равна мощности, вызванной обратной ЭДС:
Крутящий момент двигателя:

Зависимость крутящего момента от скорости для модели универсального двигателя связана с параметрами на представленной выше схеме. Если для параметра Model parameterization установлено значение By DC rated power, rated speed & maximum torque или By DC rated power, rated speed & electrical power, то параметры эквивалентной схемы вычисляются следующим образом:

Параметр не влияет на зависимость крутящего момента от скорости в установившемся режиме при использовании источника постоянного тока.
Напряжения в контуре суммируются:
Решим предыдущее уравнение для и подставим это значение в уравнение для крутящего момента:

Блок использует номинальную скорость и мощность для расчета номинального крутящего момента. Блок использует значения номинального крутящего момента и номинальной скорости в предыдущем уравнении плюс соответствующую электрическую мощность для определения значений и .

Если для параметра Model parameterization установлено значение By AC rated power, rated speed, current & electrical power, то в модель должны включаться индуктивные члены и . Для этого требуется информация о среднеквадратичном номинальном токе и напряжении для общей индуктивности.

Блок моделирует инерцию двигателя и демпфирование для всех значений параметра Model parameterization. Крутящий момент на выходе составляет:

Блок создает положительный крутящий момент, действующий от механических портов C до R.

Тепловые эффекты модели

Можно открыть тепловые порты, чтобы смоделировать эффекты потерь при преобразовании энергии в тепло. Чтобы открыть тепловые порты, установите флажок для параметра Enable thermal port.

Порты

Ненаправленные

# + — положительная клемма
электричество

Details

Ненаправленный порт, связанный с положительной клеммой универсального двигателя.

Имя для программного использования

p

# – — отрицательная клемма
электричество

Details

Ненаправленный порт, связанный с отрицательной клеммой универсального двигателя.

Имя для программного использования

n

# R — ротор двигателя
вращательная механика

Details

Механический ненаправленный порт, связанный с ротором универсального двигателя.

Имя для программного использования

rod_flange

# C — корпус двигателя
вращательная механика

Details

Механический ненаправленный порт, связанный с корпусом универсального двигателя.

Имя для программного использования

case_flange

# Hf — тепловой порт обмотки возбуждения
тепло

Details

Тепловой порт обмотки возбуждения.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Enable thermal port.

Имя для программного использования

field_thermal_port

# Ha — тепловой порт обмотки якоря
тепло

Details

Тепловой порт обмотки якоря.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Enable thermal port.

Имя для программного использования

armature_thermal_port

Параметры

Main

# Enable thermal port — включение тепловых портов

Details

Моделирование тепловых эффектов.

Чтобы включить моделирование тепловых эффектов, установите флажок параметра в положение включено.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`has_thermal_port`

Electrical Torque

# Model parameterization — параметризация блока
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

Выберите один из следующих методов параметризации блока:

By equivalent circuit parameters — задайте электрические параметры для модели эквивалентной схемы двигателя.
By DC rated power, rated speed & maximum torque — задайте значения мощности постоянного тока и параметры скорости, которые блок преобразует в модель эквивалентной схемы двигателя.
By DC rated power, rated speed & electrical power — задайте значения мощности переменного тока и параметры скорости, которые блок преобразует в модель эквивалентной схемы двигателя.
By AC rated power, rated speed, current & electrical power — задайте значения мощности переменного тока и параметры скорости, которые блок преобразует в модель эквивалентной схемы двигателя.

Значение по умолчанию	`By DC rated power, rated speed & electrical power`
Имя для программного использования	`parameterization`

# Total armature and field winding resistance — общее сопротивление обмотки якоря и обмотки возбуждения
Ohm | GOhm | MOhm | kOhm | mOhm

Details

Общее сопротивление обмотки якоря и обмотки возбуждения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Model parameterization значение By equivalent circuit parameters.

Значение по умолчанию	`132.8 Ohm`
Имя для программного использования	`R_total`

# Back-emf constant — коэффициент противоЭДС
V/(A*rad/s)

Details

Отношение напряжения, создаваемого двигателем, к скорости вращения двигателя.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Model parameterization значение By equivalent circuit parameters.

Значение по умолчанию	`0.1722 V/(A*rad/s)`
Имя для программного использования	`emf_constant`

# Rated speed (at rated load) — номинальная скорость вращения
rpm | deg/s | rad/s

Details

Скорость вращения двигателя при номинальной механической мощности.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Model parameterization значение 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.

Значение по умолчанию	`6500.0 rpm`
Имя для программного использования	`rated_angular_velocity`

# Rated load (mechanical power) — номинальная нагрузка
W | GW | MW | kW | mW | uW | HP_DIN

Details

Механическая нагрузка, на которую рассчитан двигатель при номинальной скорости вращения.

Зависимости

Значение по умолчанию	`75.0 W`
Имя для программного использования	`P_m_rated`

# Rated DC supply voltage — номинальное напряжение питания постоянного тока
V | MV | kV | mV

Details

Напряжение, для которого задана номинальная мощность.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Model parameterization значение By DC rated power, rated speed & maximum torque или By DC rated power, rated speed & electrical power.

Значение по умолчанию	`200.0 V`
Имя для программного использования	`V_DC_rated`

# Maximum (starting) torque — максимальный крутящий момент
N*m | mN*m | lbt*ft

Details

Максимальный крутящий момент, создаваемый двигателем.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Model parameterization значение By DC rated power, rated speed & maximum torque.

Значение по умолчанию	`0.39 N*m`
Имя для программного использования	`max_torque`

# Electrical power in at rated load — электрическая мощность при номинальной механической мощности
W | GW | MW | kW | mW | uW | HP_DIN

Details

Количество электрической мощности, потребляемой двигателем при номинальной механической мощности.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Model parameterization значение By DC rated power, rated speed & electrical power или By AC rated power, rated speed, current & electrical power.

Значение по умолчанию	`160.0 W`
Имя для программного использования	`P_e_rated`

# RMS rated voltage — среднеквадратичное номинальное напряжение
V | MV | kV | mV

Details

Среднеквадратичное напряжение питания, когда двигатель работает от сети переменного тока.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Model parameterization значение By AC rated power, rated speed, current & electrical power.

Значение по умолчанию	`240.0 V`
Имя для программного использования	`V_AC_rated`

# RMS current at rated load — среднеквадратичный ток при номинальной нагрузке
A | MA | kA | mA | nA | pA | uA

Details

Среднеквадратичный ток, когда двигатель работает от сети переменного тока при номинальной нагрузке.

Зависимости

Значение по умолчанию	`0.8 A`
Имя для программного использования	`I_AC_rated`

# AC frequency — частота переменного тока
Hz | GHz | MHz | kHz

Details

Частота источника питания переменного тока.

Зависимости

Значение по умолчанию	`50.0 Hz`
Имя для программного использования	`f`

# Total armature and field winding inductance — общая индуктивность обмотки якоря и обмотки возбуждения
H | mH | nH | uH

Details

Общая индуктивность обмотки якоря и обмотки возбуждения. Если значение этой индуктивности не известно, то задайте небольшое ненулевое число.

Примечание

Можно установить значение Total armature and field winding inductance равным нулю, но это имеет смысл только в том случае, если управление двигателем происходит с помощью источника постоянного тока.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Model parameterization значение By equivalent circuit parameters, By DC rated power, rated speed & maximum torque или By DC rated power, rated speed & electrical power.

Значение по умолчанию	`0.525 H`
Имя для программного использования	`L_total`

Mechanical

Details

Сопротивление ротора изменению скорости вращения двигателя. Значение может быть равно нулю.

Значение по умолчанию	`2e-4 kg*m^2`
Имя для программного использования	`J`

# Rotor damping — рассеиваемая энергия ротора
N*m/(rad/s) | ft*lbf/(rad/s)

Details

Энергия, рассеиваемая ротором. Значение может быть равно нулю.

Значение по умолчанию	`1e-6 N*m/(rad/s)`
Имя для программного использования	`damping`

# Initial rotor speed — начальная скорость вращения
rpm | deg/s | rad/s

Details

Скорость вращения ротора в начале моделирования.

Значение по умолчанию	`0.0 rpm`
Имя для программного использования	`angular_velocity_start`

Temperature Dependence

# Field to armature resistance ratio, Rf/Ra — отношение сопротивлений обмотки возбуждения и обмотки якоря

Details

Отношение сопротивлений обмотки возбуждения и обмотки якоря. Этот параметр требуется только при использовании тепловых портов обмоток якоря и возбуждения. Он используется для определения индивидуальных значений сопротивления для обмоток возбуждения и якоря, чтобы правильно распределить тепло, выделяемое двумя резисторами.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`resistance_ratio`

Details

Вектор-строка 1 на 2, содержащий коэффициенты в уравнении, связывающем сопротивление с температурой. Первый элемент соответствует обмотке возбуждения, а второй — обмотке якоря. По умолчанию используется значения для меди.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

Значение по умолчанию	`[3.93e-3, 3.93e-3] 1/K`
Имя для программного использования	`alpha_vector`

Details

Температура, для которой определяются параметры двигателя.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

Значение по умолчанию	`25.0 degC`
Имя для программного использования	`T_measurement`

Thermal Port

# Thermal masses, [Mf Ma] — тепловые массы
J/K | kJ/K

Details

Вектор-строка 1 на 2, содержащий значения тепловой массы для обмоток возбуждения и якоря.

Тепловая масса — это энергия, необходимая для повышения температуры на один градус.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

Значение по умолчанию	`[100.0, 100.0] J/K`
Имя для программного использования	`thermal_mass_vector`

Details

Вектор-строка 1 на 2, содержащий значения температуры тепловых портов возбуждения и якоря в начале симуляции.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

Значение по умолчанию	`[25.0, 25.0] degC`
Имя для программного использования	`T_vector_start`

Литература

Bolton, W. Mechatronics: Электронные системы управления в машиностроении и электротехнике, 3-е издание Pearson Education, 2004.