МИКРОЭЛЕКТРОННАЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫБОРА ТОКОВЕДУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G06G7/62 

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в электроэнергетике для автоматического выбора по нагреву токоведущих элементов электрооборудования систем электроснабжения: трансформаторов и других электрических машин, шин, кабелей, проводников и т.п.

Известно устройство для моделирования изменения мощности нагрузки электроприемников [1], содержащее генераторы прямоугольных импульсов, распределители импульсов, сумматоры, триггер, элементы И и ИЛИ, таймер, задатчик тока нагрузки, счетчик, индикатор, дешифратор, источник опорных напряжений, компаратор, квадратор, ограничительный резистор, усилитель постоянного тока, в обратную связь которого включена группа дифференцирующих цепочек и коммутаторов.

Недостатками аналога являются:

1) погрешность, возникающая из-за не учета зависимости сопротивления выбираемого токоведущего элемента от температуры (как показывают расчеты, примерно - 15±25%); в свою очередь, количество тепла, выделяемое токоведущим элементом, зависит от его сопротивления; фактически сопротивление токоведущего элемента в интервале рабочих температур изменяется примерно на - 20±30% по линейному закону;

2) дополнительная погрешность, возникающая из-за не учета температуры окружающей среды, в свою очередь, влияющей на температуру нагрева выбираемого токоведущего элемента и, следовательно, на его сопротивление.

Прототипом предлагаемого технического решения является устройство для моделирования изменения мощности нагрузки токоведущих элементов систем электроснабжения [2], содержащее блок моделирования тока нагрузки, квадратор, цифроаналоговые преобразователи, ограничительные резисторы, усилители постоянного тока, дифференцирующие цепочки, образованные параллельно включенными резисторами и конденсаторами, группы коммутаторов, группы масштабирующих резисторов, резисторы обратной связи, сумматор, инвертор, выходную клемму устройства, компаратор, аналого-цифровые преобразователи, многопозиционные переключатели, источник опорного напряжения, счетчик, элемент ИЛИ, вход запуска устройства, таймер, сигнальную лампу, задатчик среднего значения тока нагрузки, блок индикации, дешифратор.

Недостатками прототипа являются:

1) погрешность, возникающая из-за не учета зависимости сопротивления выбираемого токоведущего элемента от температуры; в свою очередь, количество тепла, выделяемое токоведущим элементом, зависит от его сопротивления; фактически сопротивление токоведущего элемента в интервале рабочих температур изменяется примерно на - 20±30% по линейному закону;

2) погрешность, возникающая из-за ошибочного учета зависимости постоянной времени нагрева выбираемого токоведущего элемента от температуры по математической модели, предложенной в работе [3]; фактически такой зависимости нет и, как следствие, это обстоятельство приводит к дополнительной погрешности прототипа;

3) дополнительная погрешность, возникающая из-за не учета температуры окружающей среды, в свою очередь, влияющей на температуру нагрева выбираемого токоведущего элемента и, следовательно, на его сопротивление.

Техническая задача, решаемая изобретением - повышение точности выбора токоведущих элементов электрооборудования за счет учета зависимости сопротивления токоведущих элементов от температуры и, следовательно, за счет более точного моделирования процесса изменения температуры токоведущего элемента в процессе изменения тока нагрузки.

Указанная задача решается благодаря тому, что в устройство для моделирования изменения мощности нагрузки токоведущих элементов систем электроснабжения, содержащее блок моделирования тока нагрузки, входной зажим запуска системы, элемент ИЛИ, таймер, сигнальную лампу, квадратор, первый входной резистор, первый - третий операционные усилители, группу дифференцирующих цепочек, образованных параллельно включенными резистором и конденсатором, первую и вторую группы коммутаторов, первую и вторую группы масштабирующих резисторов, первый и второй многопозиционные переключатели, задатчики среднего значения тока нагрузки и номинальной длительно допустимой температуры Θ_ном токоведущих элементов электрооборудования, счетчик, дешифратор, индикатор, первый сумматор, компаратор, выходной зажим системы, соединенный со вторым входом компаратора, первый вход которого через первый многопозиционный переключатель подключен к выходам задатчика номинальной длительно допустимой температуры Θ_ном токоведущих элементов электрооборудования, а выход компаратора соединен с тактовым входом счетчика и вторым входом элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к входному зажиму запуска системы и входу управления записью счетчика, информационный вход которого соединен с выходом задатчика среднего значения тока нагрузки, выход счетчика подключен к входам индикатора и дешифратора, выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих коммутаторов первой и второй групп, выход элемента ИЛИ соединен с первым управляющим входом блока моделирования тока нагрузки и входом запуска таймера, выход которого соединен со вторым управляющим входом блока моделирования тока нагрузки, к сигнальному выходу которого подключена сигнальная лампа, информационный выход блока моделирования тока нагрузки соединен с входом квадратора, второй вывод первого входного резистора соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя и объединенными первыми выводами дифференцирующих цепочек группы, вторые выводы которых соединены соответственно с информационными входами коммутаторов первой группы, объединенные выходы которых соединены с выходом первого операционного усилителя и с объединенными информационными входами коммутаторов второй группы, выходы которых через соответствующие масштабирующие резисторы первой группы соединены с инвертирующим входом второго операционного усилителя и через первый резистор обратной связи с выходом второго операционного усилителя и с первым входом первого сумматора, вторые выводы масштабирующих резисторов второй группы объединены между собой и соединены с инвертирующим входом третьего операционного усилителя, подключенным через второй резистор обратной связи к выходу третьего операционного усилителя, неинвертирующие входы первого - третьего операционных усилителей соединены с шиной нулевого потенциала, дополнительно введены первый и второй блоки умножения, второй - четвертый сумматоры, четвертый операционный усилитель, третий многопозиционный переключатель, третья группа масштабирующих резисторов, блок деления, задатчики температуры окружающей среды Θ_окр, температуры окружающей среды Θ₀=20°С, константы «1», третий резистор обратной связи, а также второй входной резистор, первый вывод которого подключен к выходу задатчика температуры окружающей среды Θ_окр, а второй вывод соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, выход задатчика температуры окружающей среды Θ₀=20°С соединен со вторыми входами третьего и первого сумматоров, выход которого через второй многопозиционный переключатель соединен с первыми выводами второй группы масштабирующих резисторов, выход задатчика константы «1» соединен со вторыми входами четвертого и второго сумматоров, первый вход которого подключен к выходу третьего операционного усилителя, а выход второго сумматора через первый блок умножения соединен со вторым входом второго блока умножения, выход квадратора через второй блок умножения соединен с первым выводом первого входного резистора, первый вход компаратора соединен с первым входом третьего из сумматоров, выход которого соединен с входом делимого блока деления, а также через последовательно соединенные третий многопозиционный переключатель и соответствующие масштабирующие резисторы третьей группы соединен с инвертирующим входом четвертого операционного усилителя и через третий резистор обратной связи с выходом четвертого операционного усилителя, соединенным через четвертый сумматор с входом делителя блока деления, выход которого соединен со вторым входом первого блока умножения, неинвертирующий вход четвертого операционного усилителя соединен с шиной нулевого потенциала, выход второго операционного усилителя соединен с выходным зажимом системы.

Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются введение новых элементов (первого и второго блоков умножения, второго - четвертого сумматоров, блока деления, третьей группы масштабирующих резисторов, третьего многопозиционного переключателя, задатчиков температуры окружающей среды Θ_окр, номинальной длительно допустимой температуры Θ_ном токоведущих элементов электрооборудования, температуры окружающей среды Θ₀=20°С, константы «1», а также второго входного резистора) и изменения в структуре системы, которые позволяют повысить точность выбора токоведущих элементов электрооборудования за счет учета зависимости сопротивления токоведущих элементов от температуры и, следовательно, более точного моделирования процесса изменения температуры токоведущих элементов.

На фиг. 1 изображена схема системы, на фиг. 2 - графики изменений напряжения на элементах схемы, на фиг. 3 приведен вариант реализации схемы блока умножения, на фиг. 4 - квадратора, а на фиг. 5 - сумматора.

Система содержит блок 1 моделирования тока нагрузки, квадратор 2, первый 3 и второй 4 блоки умножения (БУ), входной зажим 5 запуска системы, элемент ИЛИ 6, первый 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 операционные усилители (ОУ), дифференцирующие цепочки, образованные параллельно соединенными резисторами 11-12 и конденсаторами 13-14, первую группу коммутаторов 15-16, вторую группу коммутаторов 17-18, первую группу масштабирующих резисторов 19-20, вторую группу масштабирующих резисторов 21-22, третью группу масштабирующих резисторов 23-24, первый 25, второй 26 и третий 27 резисторы обратной связи (ОС), сигнальную лампу 28, компаратор 29, первый 30, второй 31 и третий 32 многопозиционные переключатели (МП), первый 33 и второй 34 входные резисторы, счетчик 35, индикатор 36, дешифратор 37, первый 38, второй 39, третий 40 и четвертый 41 сумматоры, блок 42 деления (БД), таймер 43, задатчики среднего значения тока нагрузки 44, температуры окружающей среды Θ_окр 45, номинальной длительно допустимой температуры Θ_ном токоведущих элементов (ТЭ) электрооборудования (ЭО) 46, температуры окружающей среды Θ₀=20°С 47, константы «1» 48, выходной зажим 49 системы. Входной зажим 5 запуска системы соединен с входом управления записью счетчика 35 и через элемент ИЛИ 6 связан с первым управляющим входом блока 1 моделирования тока нагрузки и входом запуска таймера 43, выход которого соединен со вторым управляющим входом блока 1 моделирования тока нагрузки, к сигнальному выходу которого подключена сигнальная лампа 28, информационный выход блока 1 моделирования тока нагрузки соединен с входом квадратора 2, выход которого через второй БУ 4 соединен с первым выводом первого входного резистора 33, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом первого ОУ 7 и объединенными первыми выводами дифференцирующих цепочек группы, образованных параллельно соединенными резисторами 11-12 и конденсаторами 13-14, вторые выводы дифференцирующих цепочек группы соединены соответственно с информационными входами коммутаторов 15-16 первой группы, объединенные выходы которых соединены с выходом первого ОУ 8 и с объединенными информационными входами коммутаторов 17-18 второй группы, выходы которых через соответствующие масштабирующие резисторы 19-20 первой группы соединены с инвертирующим входом второго ОУ 8 и через первый резистор 25 обратной связи с выходом второго ОУ 8, соединенным с объединенными выходным зажимом 49 системы, первым входом первого сумматора 38 и вторым входом компаратора 29, первый вход которого соединен с первым входом третьего сумматора 40 и через первый МП 30 подключен к выходам задатчика 46 номинальной длительно допустимой температуры Θ_ном ТЭ ЭО, а выход компаратора 29 соединен со вторым входом элемента ИЛИ 6 и тактовым входом счетчика 35, информационный вход которого подключен к выходу задатчика 44 среднего значения тока нагрузки, выход счетчика 35 соединен с входами индикатора 36 и дешифратора 37, выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих коммутаторов первой 15-16 и второй 17-18 групп, выход задатчика 45 температуры окружающей среды Θ_окр через второй входной резистора 34 соединен с инвертирующим входом первого ОУ 7, выход задатчика 47 температуры окружающей среды Θ₀=20°С соединен со вторыми входами третьего сумматора 40 и первого сумматора 38, выход которого через второй МП 31 соединен с первыми выводами масштабирующих резисторов 21-22 второй группы, вторые выводы которых объединены между собой и соединены с инвертирующим входом третьего ОУ 9, подключенным через второй резистор 26 обратной связи к выходу третьего ОУ 9, выход задатчика 48 константы «1» соединен со вторыми входами четвертого 41 и второго 39 сумматоров, первый вход которого подключен к выходу третьего ОУ 9, а выход второго сумматора 39 через первый БУ 3 соединен со вторым входом второго БУ 4, выход квадратора 2 через второй БУ 4 соединен с первым выводом первого входного резистора 33, выход третьего сумматоров 40 соединен с входом делимого БД 42, а также через последовательно соединенные третий МП 32 и соответствующие масштабирующие резисторы 23-24 третьей группы соединен с инвертирующим входом четвертого ОУ 10 и через третий резистор ОС 26 с выходом четвертого ОУ 10, соединенным через четвертый сумматор 41 с входом делителя БД 42, выход которого соединен со вторым входом первого БУ 3, неинвертирующие входы первого 7, второго 8, третьего 9 и четвертого 10 ОУ соединены с шиной нулевого потенциала.

Блок 1 моделирования тока нагрузки содержит n каналов, каждый из которых включает последовательно соединенные генераторы 50-51 прямоугольных импульсов (ГПИ), распределители 52-53 уровней (РУ) и канальные сумматоры 54-55, выходы которых соединены с входами выходного сумматора 56, выход которого является информационным выходом блока 1, последние выходы каждого РУ 52-53 соединены с n входами элемента И 57, (n+1)-й вход которого является вторым управляющим входом блока 1, первый управляющий вход которого соединен с объединенными входами установки нуля РУ 52-53 и входом установки единицы триггера 58, прямой выход которого соединен с объединенными управляющими входами ГПИ 50-51, а инверсный выход триггера 58 является сигнальным выходом блока 1.

Схемы блоков умножения 3 и 4 идентичны; блок умножения 3 (фиг. 3) содержит ОУ 59, резистор ОС 60, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 61, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 62, источник опорного напряжения (ИОН) 63.

Квадратор 2 (фиг. 4) содержит ОУ 64, резистор ОС 65, ЦАП 66, АЦП 67, ИОН 68.

Схемы сумматоров 38-41 идентичны; сумматор 38 (фиг. 5) содержит операционные усилители (ОУ) 69, резистор обратной связи (ОС) 70, входные резисторы 71-72.

Каждый из каналов блока 1, например, первый, содержащий элементы 50, 52, 54, модулирует процесс изменения тока нагрузки индивидуального электроприемника (ЭП). С помощью сумматора 56 напряжение всех каналов блока 1 суммируются; соответственно, на выходе блока 1 имитируется процесс изменения суммарного тока нагрузки I(t) группы из n ЭП.

Зависимость сопротивления ТЭ ЭО от температуры имитируется элементами 3, 9, 10, 21-24, 26, 27, 31, 32, 39-42, 45, 47, 48. Благодаря использованию этих элементов реализуется новая (более точная) модель процесса изменения температуры ТЭ ЭО [4]

где I(t) - ток нагрузки в момент времени t;

I_ном - номинальный ток проводника ТЭ ЭО;

Θ - температура нагрева ТЭ ЭО в момент времени t;

Θ_ном - номинальная длительно допустимая температура ТЭ ЭО, которая достигается в установившемся режиме при номинальном токе I_ном и температуре окружающей среды Θ₀=20°С;

Θ_окр - температура окружающей среды;

τ - постоянная времени нагрева;

K_R(Θ) - коэффициент, который учитывает зависимость активного сопротивления R ТЭ ЭО от температуры нагрева Θ и определяется по формуле

где R₀ - сопротивление ТЭ ЭО при температуре Θ₀=20°С;

α - температурный коэффициент активного сопротивления (ТКС) ТЭ ЭО;

для меди α_м=0,0041°С^-1, алюминия α_а=0,0044°C^-1 стали α_с=0,006°С^-1.

В общем виде после подстановки (2) в (1) получаем выражение третьей математической модели нагрева ТЭ ЭО током нагрузки I(t):

Температура окружающей среды Θ_окр задается задатчиком 45 и через второй входной резистор 34 подается на неинвертирующий вход первого ОУ 7.

Температура окружающей среды Θ₀=20°С задается задатчиком 47 и через первый входной резистор 33 подается на второй вход первого сумматора 38.

Для учета различного материала ТЭ ЭО (медь, алюминий и т.д.) используется вторая 21-22 и третья 23-24 группы масштабирующих резисторов, которые одинаковы, их соотношение задано, как

где α_i - температурный коэффициент сопротивления для i-го материала ТЭ ЭО.

При помощи дифференцирующих цепочек (выполненных на элементах 11-14) имитируется инерционный процесс изменения температуры в ТЭ ЭО. Процесс изменения температуры ТЭ ЭО моделируется с помощью двух последовательно включенных решающих усилителей, выполненных на ОУ 7 и 8. Коэффициент усиления по постоянному току первого из этих усилителей 7 равен 1, для чего R₁₁=R₁₂=R₃₃=R₃₄=R.

Масштабирование этого единичного процесса осуществляется вторым решающим усилителем, выполненным на ОУ 8. Для учета различных значений установившейся температуры ТЭ ЭО в зависимости от его сечения используется первая группа масштабирующих резисторов 19-20, соотношение их сопротивлений задано, как

где I_номk - номинальный длительно допустимый ток k-го ТЭ ЭО;

k - номер ТЭ ЭО по шкале стандартных сечений.

Постоянная времени k-й RC-цепи определяется уравнением

где τ_мk - машинная постоянная времени k-й RC-цепи;

τ_k - реальная постоянная времени нагрева k-го ТЭ ЭО (см., например, [5];

m_t - масштаб по времени при моделировании процесса нагрева с помощью системы.

Значения емкости конденсаторов 13-14 дифференцирующих цепочек определяется по формуле

Перед запуском системы сблокированными переключателями 31 и 32 подключается один из масштабирующих резисторов 21-22 второй группы и 23-24 третьей группы, который соответствует материалу расчетного ТЭ ЭО (например, резисторы 21 и 23). В этом случае решающие усилители, выполненные на ОУ 9 и 10, подготавливаются для работы с одинаковым коэффициентом передачи, равным задаваемому ТКС α_i.

На выходе задатчика 44 устанавливается код номера "k" ТЭ ЭО, длительно допустимый ток которого I_номk является ближайшим большим среднего значения моделируемого блоком 1 процесса изменения тока нагрузки. В том случае, если трудно оценить среднее значение тока нагрузки, то на выходе задатчика 44 устанавливается нулевой код.

Переключателем 30 первый вход компаратора 29 (который является входом опорного напряжения компаратора) подключается к выходу задатчика 46, на котором задается номинальная длительно допустимая температура Θ_ном рассматриваемого ТЭ ЭО.

Время работы таймера 43 задается равным

где K₁ - коэффициент, выбираемый, в зависимости от требуемой точности расчета, в интервале от 3 до 5;

τ_max - постоянная времени нагрева ТЭ ЭО, длительно допустимый ток которого равен или является ближайшим большим максимальному значению тока нагрузки моделируемого процесса; если это значение заранее неизвестно и его трудно оценить, то τ_max задается как максимальное значение постоянной времени нагрева ряда рассматриваемого типа ТЭ ЭО по шкале стандартных сечений [5 и др.].

Время Т также должно быть больше длительности цикла t_ц графика нагрузки.

Задатчики 45-48 являются источниками опорного напряжения; выходные напряжения этих ИОН пропорциональны задаваемым величинам в определенном удобном масштабе: 1, 10, 100, 0,1 и т.д.

Масштаб m_t по времени t и постоянной времени нагрева τ выбирается равным 10³-10⁵, что позволяет существенно сократить время выбора необходимого сечения ТЭ ЭО.

При запуске системы содержимое задатчика 44 переписывается в счетчик 35. В зависимости от переписываемого кода на одном из выходов дешифратора 37 появляется управляющее единичное напряжение.

Рассмотрим случай, при котором на выходе задатчика 44 присутствует нулевой код. В этом случае управляющее напряжение появляется на первом выходе дешифратора 37, открывая коммутаторы 15 и 17. В результате решающие усилители, выполненные на ОУ 7 и 8, подготавливаются для работы в качестве инерционного звена с постоянной времени τ_м1 - машинной постоянная времени нагрева 1-го ТЭ ЭО (по шкале стандартных сечений [5]), равная постоянной времени 1-й дифференцирующей цепочки, выполненной на резисторе 11 и конденсаторе 13.

Пусковой сигнал, проходя через элемент ИЛИ 6, устанавливает в нулевое состояние таймер 43 и блок 1 моделирования тока нагрузки. По выходам РУ 52-53 начинает сканировать единичное напряжение - на выходе блока 1 появляется модель процесса изменения тока нагрузки I(t) (см. фиг. 2). Ступень напряжения U₁ (соответствующего току I), появляющаяся в момент времени t₁, возводится квадратором 2 в квадрат и поступает на первый вход второго БУ 4, выходное напряжение которого через первый входной резистор 33 поступает на неинвертирующий вход первого ОУ 7, на который с выхода задатчика 45 через второй входной резистор 34 также поступает напряжение, пропорциональное температуре окружающей среды Θ_окр.

На выходе второго ОУ 8 (а также на выходном зажиме системы 49) появляется напряжение U₈, пропорциональное температуре Θ нагрева 1-го ТЭ ЭО (см. фиг. 2).

Учитывая, что номинальный длительно допустимый ток I_ном1 1-го ТЭ ЭО значительно меньше тока I₁₁ первой ступени процесса изменения тока нагрузки I(t), а постоянная времени нагрева τ_м1 1-го ТЭ ЭО мала, то довольно быстро в момент времени t₂ (см. фиг. 2) напряжение U₈ достигает значения опорного напряжения компаратора 29, что соответствует превышению температурой Θ нагрева 1-го ТЭ ЭО допустимого значения Θ_ном, компаратор срабатывает, возвращая в исходное нулевое состояние таймер 43 и блок 1 моделирования тока нагрузки, а также увеличивая на единицу содержимое счетчика 35.

В результате единичное напряжение появляется на втором выходе дешифратора 43 и открывает коммутаторы 16 и 18. Коммутаторы 15 и 17 закрываются, конденсатор 13 разряжается через резистор 11. Поскольку в момент открывания коммутаторов 16 и 18 конденсатор 14 был разряжен, то в момент времени t₂ напряжение U₈ скачком спадает до нуля.

В момент времени t₃ на выходе блока 1 вновь появляется первая ступень напряжения U₁. На выходе ОУ 8 вновь начинает нарастать напряжение, однако теперь уже оно изменяется по экспоненте с постоянной времени τ_м2, соответствующей постоянной нагрева ТЭ ЭО с бóльшим сечением. В момент времени t₄ напряжение U₈ достигает напряжения срабатывания компаратора 29 (это означает, что и второй ТЭ ЭО не проходит по нагреву), последний срабатывает, увеличивая содержимое счетчика 35 на единицу и т.д.

Наконец, в момент времени t₅ начинает имитироваться процесс нагрева очередного ТЭ ЭО током нагрузки, в течение которого не наблюдается превышения допустимой температуры Θ_ном. В этом случае после окончания времени работы таймера 43 на его выходе появляется управляющий сигнал, который подается на вход многовходового элемента И 57. В момент окончания очередного цикла работы блока 1 на выходе элемента И 57 появляется импульс, переводящий триггер 58 в единичное состояние. При этом прекращается процесс моделирования тока нагрузки и загорается сигнальная лампа 28, сигнализируя об окончании расчета. На индикаторе 36 индицируется номер выбранного ТЭ ЭО (по шкале стандартных сечений [5]).

Напряжение U₈, моделирующее температуру нагрева ТЭ ЭО Θ, также поступает на первый вход первого сумматора 38. Ко второму входу сумматора 38 с выхода задатчика 47 приложено отрицательное напряжение, модуль которого пропорционален температуре окружающей среды Θ₀=20°С. Выходное напряжение сумматора 38 пропорционально разности Θ-Θ₀.

После прохождения через МП 31 один из резисторов второй группы масштабирующих резисторов 21-22 и ОУ 9 это напряжение умножается на ТКС α_i - выходное напряжение ОУ 9 пропорционально α_i(Θ-Θ₀).

Сумматором 39 к выходному напряжению ОУ 9 с выхода задатчика 48 добавляется напряжение, пропорциональное константе «1» - выходное напряжение сумматора 39 пропорционально выражению 1+α_i(Θ-Θ₀).

С выхода задатчика 46 на первый вход третьего сумматора 40 поступает напряжение, пропорциональное номинальной длительно допустимой температуре ТЭ ЭО Θ_ном. Ко второму входу сумматора 40 с выхода задатчика 47 приложено отрицательное напряжение, модуль которого пропорционален температуре окружающей среды Θ₀=20°С. Выходное напряжение сумматора 40 пропорционально разности Θ_ном-Θ₀.

После прохождения через МП 32 один из резисторов третьей группы масштабирующих резисторов 23-24 и ОУ 10 это напряжение умножается на ТКС α_i - выходное напряжение ОУ 10 пропорционально α_i(Θ_ном-Θ₀).

Сумматором 41 к выходному напряжению ОУ 10 с выхода задатчика 48 добавляется напряжение, пропорциональное константе «1» - выходное напряжение сумматора 41 пропорционально выражению 1+α_i(Θ_ном-Θ₀).

Выходное напряжение сумматора 40, пропорциональное разности Θ_ном-Θ₀, и выходное напряжение сумматора 41, пропорциональное выражению 1+α_i(Θ_ном-Θ₀), подаются, соответственно, на входы делимого и делителя блока деления 42 - на выходе последнего появляется частное от деления

Выходное напряжение БД 42 с помощью БУ 3 умножается на выходное напряжение сумматора 39, пропорциональное выражению 1+α_i((Θ-Θ₀). На выходе БУ 3 появляется напряжение, пропорциональное выражению

С помощью БУ 4 это напряжение умножается на квадрат тока нагрузки I²(t) - на выходе БУ 4 появляется напряжение, пропорциональное выражению

Деление выходного напряжения БУ 4 на осуществляется с помощью первой группы масштабирующих резисторов 19-20.

Процесс изменения напряжения U₈ (U₄₉) является решением нелинейного дифференциального уравнения (3).

Преимуществом предлагаемого технического решения по сравнению с известными является повышение точности выбора ТЭ ЭО за счет учета зависимости сопротивления проводника от температуры и, следовательно, за счет более точного моделирования его температуры в процессе изменения тока нагрузки. Следует также отметить, что масштаб по времени m_t может быть выбран равным 10³-10⁵, что позволяет выполнять расчет за несколько секунд. Система реализуется на широко распространенных микросхемах среднего уровня интеграции.

Список источников информации

1. А.с. 1564655 СССР, кл. G06G 7/62, 1988.

2. Пат. 2079886 РФ, кл. G06G 7/62, 1994.

3. Брагин С.М. Электрический и тепловой расчет кабеля. М. Госэнергоиздат, 1960. 306 310.

4. Гудзовская В.А., Ермаков В.Ф., Балыкин Е.С., Зайцева И.В. Математическая модель процесса изменения температуры нагрева проводника // Изв. вузов. Электромеханика. - 2012. - №2. - С. 42-43.

5. Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / Под ред. В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Самовера. - М. Энергоиздат, 1982. - С. 110, табл. 2 14.

Изобретение относится к вычислительной технике. Техническим результатом является повышение точности выбора системой токоведущих элементов электрооборудования за счет учета зависимости сопротивления токоведущих элементов от температуры и, следовательно, за счет более точного моделирования процесса изменения температуры. Он достигается тем, что система содержит входной зажим и выходной зажим системы, блок моделирования тока нагрузки, квадратор, первый и второй блоки умножения, элемент ИЛИ, первый, второй, третий и четвертый операционные усилители, дифференцирующие цепочки, первую и вторую группы коммутаторов, первую, вторую и третью группы масштабирующих резисторов, первый, второй и третий резисторы обратной связи, сигнальную лампу, компаратор, первый, второй и третий многопозиционные переключатели, первый и второй входные резисторы, счетчик, индикатор, дешифратор, первый, второй, третий и четвертый сумматоры, блок деления, таймер, задатчики среднего значения тока нагрузки, температуры окружающей среды, номинальной длительно допустимой температуры токоведущих элементов, температуры окружающей среды равной 20°С, константы «1». 5 ил.

Микроэлектронная интеллектуальная система автоматического выбора токоведущих элементов электрооборудования систем электроснабжения, содержащая блок моделирования тока нагрузки, входной зажим запуска системы, элемент ИЛИ, таймер, сигнальную лампу, квадратор, первый входной резистор, первый - третий операционные усилители, группу дифференцирующих цепочек, образованных параллельно включенными резистором и конденсатором, первую и вторую группы коммутаторов, первую и вторую группы масштабирующих резисторов, первый и второй многопозиционные переключатели, задатчики среднего значения тока нагрузки и номинальной длительно допустимой температуры Θ_ном токоведущих элементов электрооборудования, счетчик, дешифратор, индикатор, первый сумматор, компаратор, выходной зажим системы, соединенный со вторым входом компаратора, первый вход которого через первый многопозиционный переключатель подключен к выходам задатчика номинальной длительно допустимой температуры Θ_ном токоведущих элементов электрооборудования, а выход компаратора соединен с тактовым входом счетчика и вторым входом элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к входному зажиму запуска системы и входу управления записью счетчика, информационный вход которого соединен с выходом задатчика среднего значения тока нагрузки, выход счетчика подключен к входам индикатора и дешифратора, выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих коммутаторов первой и второй групп, выход элемента ИЛИ соединен с первым управляющим входом блока моделирования тока нагрузки и входом запуска таймера, выход которого соединен со вторым управляющим входом блока моделирования тока нагрузки, к сигнальному выходу которого подключена сигнальная лампа, информационный выход блока моделирования тока нагрузки соединен с входом квадратора, второй вывод первого входного резистора соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя и объединенными первыми выводами дифференцирующих цепочек группы, вторые выводы которых соединены соответственно с информационными входами коммутаторов первой группы, объединенные выходы которых соединены с выходом первого операционного усилителя и с объединенными информационными входами коммутаторов второй группы, выходы которых через соответствующие масштабирующие резисторы первой группы соединены с инвертирующим входом второго операционного усилителя и через первый резистор обратной связи с выходом второго операционного усилителя и с первым входом первого сумматора, вторые выводы масштабирующих резисторов второй группы объединены между собой и соединены с инвертирующим входом третьего операционного усилителя, подключенным через второй резистор обратной связи к выходу третьего операционного усилителя, неинвертирующие входы первого - третьего операционных усилителей соединены с шиной нулевого потенциала, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены первый и второй блоки умножения, второй - четвертый сумматоры, четвертый операционный усилитель, третий многопозиционный переключатель, третья группа масштабирующих резисторов, блок деления, задатчики температуры окружающей среды Θ_окр, температуры окружающей среды Θ₀=20°C, константы «1», третий резистор обратной связи, а также второй входной резистор, первый вывод которого подключен к выходу задатчика температуры окружающей среды Θ_окр, а второй вывод соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, выход задатчика температуры окружающей среды Θ₀=20°C соединен со вторыми входами третьего и первого сумматоров, выход которого через второй многопозиционный переключатель соединен с первыми выводами второй группы масштабирующих резисторов, выход задатчика константы «1» соединен со вторыми входами четвертого и второго сумматоров, первый вход которого подключен к выходу третьего операционного усилителя, а выход второго сумматора через первый блок умножения соединен со вторым входом второго блока умножения, выход квадратора через второй блок умножения соединен с первым выводом первого входного резистора, первый вход компаратора соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого соединен с входом делимого блока деления, а также через последовательно соединенные третий многопозиционный переключатель и соответствующие масштабирующие резисторы третьей группы соединен с инвертирующим входом четвертого операционного усилителя и через третий резистор обратной связи с выходом четвертого операционного усилителя, соединенным через четвертый сумматор с входом делителя блока деления, выход которого соединен со вторым входом первого блока умножения, неинвертирующий вход четвертого операционного усилителя соединен с шиной нулевого потенциала, выход второго операционного усилителя соединен с выходным зажимом системы.