Elektrische Systeme
Erkunden Sie Beispiele, die die Modellierung, Regelung und Simulation elektrischer Systeme veranschaulichen.
Enthaltene Beispiele
RC-Glied in Simulink und Simscape
Dieses Beispiel zeigt zwei Modelle eines RC-Glieds: eines mit Simulink®-Eingangs-/Ausgangsblöcken und eines mit physikalischen Simscape™-Netzen.
Cascaded RC Circuit in Simulink and Simscape
Two models of a cascaded RC circuit, one using Simulink® input/output blocks and one using Simscape™ physical networks.
Shunt Motor
A model of a shunt motor. In a shunt motor, the field and armature windings are connected in parallel. Equivalent circuit parameters are armature resistance Ra = 110 Ohms, field resistance Rf = 2.46KOhms, and back emf coefficient Laf = 5.11. The back-emf is given by Laf*If*Ia*w, where If is the field current, Ia is the armature current, and w is the rotor speed in radians/s. The rotor inertia J is 2.2e-4kgm^2, and rotor damping B is 2.8e-6Nm/(radian/s).
Permanentmagnet-Gleichstrommotor
Dieses Modell basiert auf einem DC-Kleinstmotor der Serie 0615 von Faulhaber. Die Parameterwerte sind so eingestellt, dass sie mit der 1,5-V-Ausführung dieses Motors übereinstimmen. Das Modell verwendet diese Parameter, um Leerlaufdrehzahl, Leerlaufstrom und Kippmoment nach den Angaben des Herstellers zu überprüfen.
Lead-Acid Battery
Model a lead-acid battery cell using the Simscape™ language to implement the nonlinear equations of the equivalent circuit components. In this way, as opposed to modeling entirely in Simulink®, the connection between model components and the defining physical equations is more easily understood. For the defining equations and their validation, see Jackey, R. "A Simple, Effective Lead-Acid Battery Modeling Process for Electrical System Component Selection", SAE World Congress & Exhibition, April 2007, ref. 2007-01-0778.
Lead-Acid Battery with Dashboard Blocks
Model a lead-acid battery cell using the Simscape™ language.
Lithium-Ionen-Batteriepack mit Fehler
Dieses Beispiel veranschaulicht, wie ein Batteriepack, das aus mehreren in Reihe geschalteten Zellen besteht, auf effiziente Weise simuliert werden kann. Es verdeutlicht auch, wie ein Fehler in eine der Zellen eingebracht werden kann, um zu sehen, welche Auswirkungen dieser auf die Batterieleistung und die Zelltemperaturen hat. Aus Effizienzgründen werden identische in Reihe geschaltete Zellen nicht einfach durch die Reihenschaltung von Zellenmodellen modelliert. Stattdessen wird eine einzelne Zelle verwendet und die Klemmenspannung wird um die Anzahl der Zellen erhöht. Der Fehler wird durch Änderung der Parameter für das Subsystem „Cell 10 Fault“ dargestellt, wodurch sowohl die Kapazität als auch die Leerlaufspannung reduziert und die Widerstandswerte erhöht werden.
Lithium-Ion Battery Pack with Fault Using Arrays
Simulate a battery pack that consists of multiple series-connected cells. It also shows how you can introduce a fault into one of the cells to see the impact on battery performance and cell temperatures. The battery pack is modeled in Simscape™ language by connecting cell models in series using arrays. You can represent the fault by defining different parameters for the faulty cell.
Lithiumbatteriezelle – Ersatzschaltbild mit einem RC-Zweig
Dieses Beispiel veranschaulicht, wie eine Lithiumzelle mithilfe der Simscape™-Sprache modelliert wird, um die Elemente eines Ersatzschaltbildmodells mit einem RC-Zweig zu implementieren. Informationen zur Definition von Gleichungen und zu deren Auswertung finden Sie in T. Huria, M. Ceraolo, J. Gazzarri, R. Jackey. „High Fidelity Electrical Model with Thermal Dependence for Characterization and Simulation of High Power Lithium Battery Cells,“ IEEE International Electric Vehicle Conference, März 2012.
Lithiumbatteriezelle – Ersatzschaltbild mit zwei RC-Zweigen
Dieses Beispiel veranschaulicht, wie eine Lithiumzelle mithilfe der Simscape™-Sprache modelliert wird, um die Elemente eines Ersatzschaltbildmodells mit zwei RC-Zweigen zu implementieren. Informationen zur Definition von Gleichungen und zu deren Auswertung finden Sie in T. Huria, M. Ceraolo, J. Gazzarri, R. Jackey. „High Fidelity Electrical Model with Thermal Dependence for Characterization and Simulation of High Power Lithium Battery Cells,“ IEEE International Electric Vehicle Conference, März 2012.
Lithium Pack Thermal Runaway
Model a thermal runaway in a lithium-ion battery pack. The model measures the cell heat generation, the cell-to-cell heat cascade, and the subsequent temperature rise in the cells, based on the design. The cell thermal runaway abuse heat is calculated using calorimeter data. Simulation is run to evaluate the number of cells that go into runaway mode, when just one cell is abused. To delay or cancel the cell-to-cell thermal cascading, this example models a thermal barrier between the cells.
Nonlinear Bipolar Transistor
An implementation of a nonlinear bipolar transistor based on the Ebers-Moll equivalent circuit. R1 and R2 set the nominal operating point, and the small signal gain is approximately set by the ratio R3/R4. The 1uF decoupling capacitors have been chosen to present negligible impedance at 1KHz. The model is configured for linearization so that a frequency response can be generated.
Small-Signal Bipolar Transistor
The use of a small-signal equivalent transistor model to assess performance of a common-emitter amplifier. The 47K resistor is the bias resistor required to set nominal operating point, and the 470 Ohm resistor is the load resistor. The transistor is represented by a hybrid-parameter equivalent circuit with circuit parameters h_ie (base circuit resistance), h_oe (output admittance), h_fe (forward current gain), and h_re (reverse voltage transfer ratio). Parameters set are typical for a BC107 Group B transistor. The gain is approximately given by -h_fe*470/h_ie =-47. The 1uF decoupling capacitor has been chosen to present negligible impedance at 1KHz compared to the input resistance h_ie, so the output voltage should be 47*10mV = 0.47V peak.
Band-Limited Op-Amp
How higher fidelity or more detailed component models can be built from the Foundation library blocks. The model implements a band-limited op-amp. It includes a first-order dynamic from inputs to outputs, and gives much faster simulation than if using a device-level equivalent circuit, which would normally include multiple transistors. This model also includes the effects of input and output impedance (Rin and Rout in the circuit), but does not include nonlinear effects such as slew-rate limiting.
Finite-Gain Op-Amp
How higher fidelity or more detailed component models can be built from the Foundation library blocks. The Op-Amp block in the Foundation library models the ideal case whereby the gain is infinite, input impedance infinite, and output impedance zero. The Finite Gain Op-Amp block in this example has an open-loop gain of 1e5, input resistance of 100K ohms and output resistance of 10 ohms. As a result, the gain for this amplifier circuit is slightly lower than the gain that can be analytically calculated if the op-amp gain is assumed to be infinite.
Op-Amp Circuit - Differentiator
A differentiator, such as might be used as part of a PID controller. It also illustrates how numerical simulation issues can arise in some idealized circuits. The model runs with the capacitor series parasitic resistance set to its default value of 1e-6 Ohms. Setting it to zero results in a warning and a very slow simulation. See the User's Guide for further information.
Operationsverstärkerschaltung – Invertierender Verstärker
Dieses Modell zeigt eine invertierende Standard-Operationsverstärkerschaltung. Die Verstärkung wird durch -R2/R1 angegeben, und wenn die Werte R1=1.000 Ohm und R2=10.000 Ohm festgelegt sind, wird die Spitze-Spitze-Eingangsspannung von 0,1 V auf 1 V Spitze-Spitze verstärkt. Da der Block „Op-Amp“ ein ideales (d. h. unendlich verstärktes) Gerät implementiert, wird diese Verstärkung unabhängig von der Ausgangslast erreicht.
Operationsverstärkerschaltung – Nicht invertierender Verstärker
Dieses Modell zeigt eine nicht invertierende Operationsverstärkerschaltung. Die Verstärkung wird durch 1+R2/R1 angegeben, und wenn die Werte R1=1.000 Ohm und R2=10.000 Ohm festgelegt sind, wird die Spitze-Spitze-Eingangsspannung von 0,1 V auf 1,1 V Spitze-Spitze verstärkt. Da der Block „Op-Amp“ ein ideales (d. h. unendlich verstärktes) Gerät implementiert, wird diese Verstärkung unabhängig von der Ausgangslast erreicht.
Nonlinear Inductor
An implementation of a nonlinear inductor where inductance depends on current. A tanh function defines the nonlinear flux-current relationship. The flux saturates for large currents, which can occur, for example, in iron core inductors.
Vollwellen-Brückengleichrichter
Dieses Beispiel zeigt einen idealen Wechselstromtransformator mit Vollwellen-Brückengleichrichter. Er wandelt 120 Volt Wechselstrom in 12 Volt Gleichstrom um. Der Transformator hat ein Windungsverhältnis von 14 und reduziert die Versorgungsspannung auf 8,6 Veff, d. h. 8,6*sqrt(2) = 12 Volt Spitze-Spitze. Die Kombination aus Vollwellen-Brückengleichrichter und Kondensator wandelt diese dann in Gleichstrom um. Der Widerstand steht für eine typische Last.
Circuit Breaker
Model a circuit breaker. The electromechanical breaker mechanism is approximated with a first-order time constant, and it is assumed that the mechanical force is proportional to load current. This simple representation is suitable for use in a larger model of a complete system. When the 20V supply is applied at one second, it results in a current that exceeds the circuit breaker current rating, and hence the breaker trips. The reset is then pressed at three seconds, and the voltage is ramped up. The breaker then trips just beyond the circuit breaker current rating.
Magnetventil
In diesem Beispiel ist ein Magnetventil mit Federrückstellung dargestellt. Das Magnetventil wird als Induktivität modelliert, deren Wert L von der Kolbenposition x abhängig ist. Die elektromotorische Gegenkraft für eine mit der Zeit variierende Induktivität wird wie folgt angegeben:
Operating Point RLC Transient Response
The response of a DC power supply connected to a series RLC load. The goal is to plot the output voltage response when a load is suddenly attached to the fully powered-up supply. This is done using a Simscape operating point.
