matlab/simulink电力电子仿真直流电机设置和使用
matlab/simulink电力电子仿真直流电机设置和使用
1 直流电机长啥样
在库里面找"DC machine"就找到了,第一个就是。我们把它拖到操作面板上去。
1.1 接线端子介绍
这个模型有三对端子。从上到下分别是:
- 负载转矩信号输入端(写着TL的那个):这个端口要连接一个常数,以表示负载转矩;
- 电动机运转状态的信号检测端(写着m的那个):这个端口输出的是电机的几个运行参数,如转速、电磁转矩、电枢电流、励磁电流;
- 电枢回路接线端(写着A+A-的那个):外接一个电源
- 励磁回路接线端(写着F+F-的那个):外接一个电源
2 参数设置
双击这个模型,打开它的参数设置窗口。
2.1 configuration页
2.1.1 preset model
这是设置直流电机型号的。比如我选择的这个型号
- 功率为5HP(HP是匹,1HP=745.7W)
- 电枢电压为240V
- 转速为1750RPM(RPM就是每分钟转多少圈,r/m)
- 励磁电压为300V
也可以选择不使用内置型号,自己设置各个参数,即选择no
2.1.2 Mechanical input
- 选择Torque TL是设置成输入转矩TL
- 选择Speed ω 是设置成输入转速ω
比如我已知的是负载转矩为10,那我就选择Torque TL,然后连接一个constant,并设置值为10
2.1.3 field type
当2.1.1的preset model选择了某种型号时是灰色的,无法修改,只有在上面的preset model选择了No之后才能选
- wound可以理解成需要外接励磁回路
- permanent magnet则是永磁体,简单理解成用两块磁铁放在那里(高中学的那种电机,如下图,该图来源于网络)。
选择类型为永磁体permanent magnet之后,这个电机的外观会有所变化。励磁回路的两个端子消失了,而出现了表示磁体的N、S。这个很容易理解,用了永磁体,就不需要外接电源来提供磁场了。
2.2 parameters页
这一页是设置电机参数的,除了initial speed(初速度,单位为rad/s)和initial field(初始磁场)两个参数外(最下面两行),其他参数只有在configuration页的preset model选择了No之后才能修改。
这个也很好理解,如果前面选定了电机的型号,那么电机的参数就是确定了的,肯定不能设置了。
注:initial field只有在2.1.3节 field type参数中选择了wound才会出现
我解释一下各个参数的意思。
- Ra、La:电枢电阻、电感
- Rf、Lf:励磁回路电阻、电感
- Laf:电枢与励磁回路互感
- J:电机转动惯量
- Bm:粘滞摩擦系数
- Tf:静摩擦转矩
在填写这些参数的时候,需要格外注意两个参数的单位,Bm、Tf,很多时候需要换算
2.3 参数换算
直流电机的几个重要公式:
3 直流电机使用
好了,我们来操作一下。
就用这个表里的第一列数据吧!可能用到的几个参数的翻译我已经写在对应单词的旁边了(怎么会有我这么善良勤奋努力的好人!)
3.1 设置参数
这个电机是永磁电机,里面没有励磁回路的相关参数。所以,configuration页,我们设置成这样
parameters页的参数,除了Bm、Tf外,都是知道的,填上去。我们就当成理想的电机算,没有摩擦,把Bm、Tf都设置成0。初始的速度,我们改成0
3.2 空载运行
好了,设置完成。我们来输出看一下。
首先看一下空载的情况。因为是空载,TL端不接任何东西,
为了方便观察,m端接一个bus selector。使用方法是双击bus selector,选择要观察的信号,然后按select,就可以放到右边的selected signals框中去了。
电枢回路接了一个直流电源,因为前面的图中说了额定电压是9V,所以电源电压设置成9V
运行个1s看看。
测得空载转速为825.7rad/s,换算成rpm为7885,而给定的空载转速为7890,误差很小,可以接受。
励磁电流恒为0,因为用的是永磁体,没有励磁电流。这个没问题。
空载的电磁转矩因为没有直接给定,就不看了。
重点看一下电枢电流,测得为0,而给定的空载电枢电流为78.2mA。为什么差别这么大?
重新回去看一下2.3节的参数换算。
根据第二个公式,当速度恒定时,dw/dt为0,所以Te=Tl。而因为是空载的,Tl为0,所以Te也为0.
再根据第四个公式,Te为0,而Ke不可能为0,那么只能是I为0.所以测得的值并没有问题。
那是怎么回事呢?
原因在于,在3.1节中,我们说:
parameters页的参数,除了Bm、Tf外,都是知道的,填上去。我们就当成理想的电机算,没有摩擦,把Bm、Tf都设置成0。初始的速度,我们改成0
我们认为电机没有摩擦,Bm、Tf都为0.实际上这是绝不可能的!
根据2.3节我给出的公式是可以倒推出Bm、Tf的值的,但我不想写得太长,还是当成0算,影响不大。
3.3 额定运行
给定的额定转矩为10.9mNm(前面的m表示毫,10^-3),因为我们认为没有摩擦,所以负载转矩等于电磁转矩。直接把负载转矩也设置成10.9m。
运行个1s看看。
测得转速为794rad/s,换算成rpm是7582,给定的额定转速是7580,差别很小,可以接受。
测得的电流为1A,给定的额定电流是1.08A,误差7.5%,有点大,误差原因也是刚刚解释过的。
好了,就是这样~
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