Sistemas eléctricos

Este ejemplo muestra dos modelos de un circuito de resistencia y capacidad. Uno utiliza los bloques de entrada y salida de Simulink® y el otro utiliza redes físicas de Simscape™.

Este ejemplo muestra dos modelos de un circuito de resistencia-condensador capacidad en cascada. Uno utiliza los bloques de entrada y salida de Simulink® y el otro utiliza redes físicas de Simscape™.

En este ejemplo se muestra un modelo de un motor en derivación. En un motor en derivación, el inductor y el devanado de inducido están conectados en paralelo. Los parámetros del circuito equivalente son resistencia del inducido Ra = 110 ohmios, resistencia del inductor Rf = 2,46 kiloohmios y coeficiente fuerza electromotriz de retroceso Laf = 5,11. La FEM viene dada por Laf*If*Ia*w, donde If es la corriente del inductor, Ia es la corriente del inducido y w es la velocidad del rotor en radianes/s. La inercia del rotor J es 2,2e-4kgm^2 y la amortiguación del rotor es 2,8e-6Nm/(radianes/s).

Este modelo se basa en un micromotor de CC de la serie 0615 de Faulhaber. Los valores de los parámetros están establecidos para coincidir con la variante de 1,5 V de este motor. El modelo utiliza estos parámetros para verificar la velocidad sin carga, la corriente sin carga y el par motor máximo declarados por el fabricante.

En este ejemplo se muestra cómo crear un modelo de celda de una batería de ácido-plomo utilizando el lenguaje de Simscape™ para implementar las ecuaciones no lineales de los componentes de un circuito equivalente. Es más fácil comprender la conexión entre los componentes del modelo y las ecuaciones físicas de definición de este modo, que modelándolo completamente en Simulink®. Para las ecuaciones de definición y su validación, consulte Jackey, R. "A Simple, Effective Lead-Acid Battery Modeling Process for Electrical System Component Selection", SAE World Congress & Exhibition, abril de 2007, ref. 2007-01-0778.

Model a lead-acid battery cell using the Simscape™ language.

Este ejemplo muestra cómo simular un paquete de baterías formado por varias series de células conectadas de una forma eficiente. También muestra cómo se puede introducir un fallo en una de las células para ver el impacto en el rendimiento de la batería y en la temperatura de las células. Por motivos de eficiencia, no se crea simplemente un modelo de las células idénticas de series conectadas conectando los modelos de las células en serie. En su lugar, se utiliza una única célula y la tensión del terminal se aumenta en proporción con el número de células. El fallo se representa cambiando los parámetros del subsistema Cell 10 Fault, reduciendo tanto la capacidad como la tensión del circuito abierto y aumentando los valores de resistencia.

Este ejemplo muestra cómo simular un paquete de baterías que consta de varias series de células conectadas. También muestra cómo puede introducir un fallo en una de las células para ver el impacto en el rendimiento de la batería y en la temperatura de las células. El paquete de baterías se modela en lenguaje de Simscape™ conectando los modelos de las células en serie utilizando arreglos. Puede representar el fallo definiendo diferentes parámetros para la célula con fallo.

En este ejemplo se muestra cómo crear un modelo de una celda de litio utilizando el lenguaje de Simscape™ para implementar los elementos del modelo de un circuito equivalente con una rama de resistencia y capacidad. Para las ecuaciones de definición y su validación, consulte 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 (IEEE), marzo de 2012.

Este ejemplo muestra cómo crear un modelo de una batería de litio utilizando el lenguaje de Simscape™ para implementar los elementos del modelo de un circuito equivalente con dos ramas de resistencia y capacidad. Para las ecuaciones de definición y su validación, consulte 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 (IEEE), marzo de 2012.

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.

Este modelo muestra una implementación de un transistor bipolar no lineal basado en el circuito equivalente de Ebers-Moll. R1 y R2 establecen el punto de funcionamiento nominal y la pequeña ganancia de señal se establece aproximadamente según la relación R3/R4. Se han seleccionado condensadores de desacoplo 1uF para presentar una impedancia insignificante a 1 KHz. El modelo está configurado para la linealización de manera que se pueda generar una respuesta en frecuencia.

Este modelo muestra el uso de un modelo de transistor equivalente de señales pequeñas para evaluar el rendimiento de un amplificador de emisor común. La resistencia de 47K es la resistencia de polarización necesaria para establecer el punto de funcionamiento nominal y la resistencia de 470 ohmios es la resistencia de carga. El transistor se representa por medio de un circuito equivalente de parámetros híbridos con parámetros de circuito h_ie (resistencia base de circuito), h_oe (admitancia de salida), h_fe (ganancia de corriente directa) y h_re (relación de transferencia de tensión inversa). Los parámetros establecidos son típicos para un transistor BC107 grupo B. La ganancia viene dada aproximadamente por -h_fe*470/h_ie =-47. Se ha seleccionado el condensador de desacoplo 1uF para presentar una impedancia insignificante a 1 KHz en comparación con la resistencia de entrada h_ie, de modo que la tensión de salida debería ser 47*10 mV = 0,47 V de pico.

Este ejemplo muestra cómo puede lograrse una fidelidad superior o modelos de componentes más detallados a partir de los bloques de la biblioteca Foundation. El modelo implementa un amplificador operacional de banda limitada. Incluye una dinámica de primer orden desde las entradas hasta las salidas y proporciona una simulación mucho más rápida que si se usa un circuito equivalente en el nivel del dispositivo, lo que incluiría normalmente múltiples transistores. Este modelo también incluye los efectos de la impedancia de la entrada y la salida (Rin y Rout en el circuito), pero no incluye los efectos no lineales como la limitación de la velocidad de conmutación.

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.

Este modelo muestra un diferenciador, como el que podría utilizarse como parte de un controlador PID. También ilustra cómo pueden surgir problemas en la simulación numérica en algunos circuitos idealizados. El modelo opera con la resistencia parásita de la serie de condensadores establecida en su valor predeterminado de 1e-6 ohmios. Si se establece en cero, se produce una advertencia y una simulación muy lenta. Para obtener más información, consulte la guía del usuario.

Este modelo muestra un circuito amplificador operacional con inversión estándar. La ganancia está determinada por -R2/R1 y, con los valores establecidos en R1=1K ohmios y R2=10K ohmios, la tensión de entrada pico a pico de 0,1 V se amplifica a 1 V pico a pico. Dado que el bloque Op-Amp implementa un dispositivo ideal (es decir, ganancia infinita), esta ganancia se logra independientemente de la carga de salida.

Este modelo muestra un circuito de amplificador operacional sin inversión. La ganancia está determinada por 1+R2/R1 y, con los valores establecidos en R1=1K ohmios y R2=10K ohmios, la tensión de entrada pico a pico de 0,1 V se amplifica a 1,1 V pico a pico. Dado que el bloque Op-Amp implementa un dispositivo ideal (es decir, ganancia infinita), esta ganancia se logra independientemente de la carga de salida.

Este ejemplo muestra una implementación de un inductor no lineal en el que la inductancia depende de la corriente. Para una mejor eficiencia numérica, el comportamiento subyacente se define en términos de un flujo dependiente de la corriente. Para diferenciar el flujo para obtener tensión, se incluye un retraso magnetizador. Los resultados de la simulación son relativamente insensibles a este retraso siempre y cuando sea al menos un orden de magnitud más rápido que la frecuencia de interés más rápida. Los parámetros para la fuente y el retraso se definen en el área de trabajo de MATLAB®, de manera que la tensión esperada se pueda calcular de manera analítica.

Este ejemplo muestra un transformador de CA ideal más un rectificador de onda completa tipo puente. Convierte 120 voltios de CA a 12 voltios de CC. El transformador tiene una relación de espiras de 14, lo que reduce el suministro a 8,6 voltios RMS, es decir, 8.6*sqrt(2) = 12 voltios pico a pico. A continuación, el rectificador de onda completa tipo puente junto con el condensador lo convierten en CC. La resistencia representa una carga habitual.

Este ejemplo muestra cómo crear un modelo de un disyuntor. El mecanismo electromecánico de un disyuntor está aproximado a una constante de tiempo de primer orden y se presupone que la fuerza mecánica es proporcional a la corriente de carga. Esta representación sencilla se puede utilizar en un modelo más grande de un sistema completo. Cuando se aplica una energía de 20 V en un segundo, se produce una corriente que sobrepasa la intensidad nominal del disyuntor y, por lo tanto, el interruptor se activa. A continuación, se presiona el reinicio a los tres segundos y la tensión aumenta. Después, el interruptor salta justo por encima de la intensidad nominal del disyuntor.

En este ejemplo se muestra un solenoide con retorno por resorte. El solenoide está modelado como una inductancia cuyo valor L depende de la posición x del émbolo. La fuerza electromotriz de retroceso para una inductancia de tiempo variable viene dada por:

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.