Устройство для моделирования тиристора Советский патент 1984 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к моделир ванию процессов, систем и устройст с помощью аналоговых вычислительных машин и может быть использовано в аналоговых моделях систем и устрой содержащих тиристоры. Известны устройства для моделирования тиристора совместно с системой управления. Одно из них содержит два диода, одноименные электроды которых соединены между собой через первый резистор и подключены через второй и третий резис торы к входу инвертирующего усилителя , выход которого через четвертый резистор соединен с входом инте рирукяцего усилителя, соединенного с вторым электродом первого диода через пятый резистор, а второй элек трод второго диода соединен через шестой резистор с в::одом суммирующего усилителя l . В другом устройстве выход первог операционного усилителя через первый резистор подключен к первому даюду и второму резистору, который соединен соответственно с вторым диодом и третьим резирту : ом, четвер тый резистор подключен, к одноименны электродам первого и третьего диодо аричем третий диод через второй и третий операционные усилители подкл чен к второму диоду ZJ . Однако эти устройства не позволя моделировать ток через тиристор, имеют ограниченный угол управления тиристором и обладают недостаточно высокой точностью моделирования изналичия сумматоров на резисторах. Кроме того, представляет определенкую трудность наладка устройств. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, моделирующее тиристор совместно с последовательно соединенными активным сопротивлением и и дуктивностью и системой управления. Иоделъ тиристора представляет собой операционньй усилитель, в обратной связи которого включены параллельно друг другу конденсатор, резистор, диод и нормально разомкнутый контак поляризованного реле, а выход соеди через диод с одной обмоткой поляризованного реле, вторая обмотка кото рого подключена к модели системы уп равления, модель узла синхронизаци которой выполнена на нормапьно замк нутом контакте поляризованного реле, который запускает модель генератора пилообразного напряжения, реализованную на операционном усилителе, в обратной связи которого параллельно конденсатору включены резистор и нормально разомкнутый контакт поляризованного реле. Выход этого операционного усилителя соединен с входом операционного усилителя со стабилитроном в обратной связи, на второй вход которого подается напряжение регулирования, а выход через дифференцирующую цепочку и диод соединен с второй обмоткой поляризованного реле з. Наличие поляризованного реле делает работу устройства ненадежной, а при моделировании в реальном масштабе времени вообще невозможной. Устройство обладает недостаточно высокой точностью из-за моделирования тиристора совместно с последовательно соединенными активным сопротивлением и индуктивностью и наличия поляризованного реле, не позволяет моделировать падение напряжения на тирис торе. Кроме того, представляет определенную сложность наладка модели из-за наличия стабилитрона и поляризованного реле, параметры которых необходимо подбирать, необходимости расчета и установки коэффициентов на операционном усилителе, моделирующем тиристор. Цель изобретения - повышение точности моделирования и пов1лпение надежности. устройства. Эта цель достигается тем, что в устройство для моделирования тиристора, содержащее первый сумматор, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами устройства, второй вход которого соединен с входом блока формирования управляющего напряжения, выход которого подключен к входу генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с входом зла нелинейности типа сухое трение, ведены второй сумматор и раздеительный диод, причем в цепи обатной связи второго сумматора вклюен ограничительный диод, анод оторого соединен с входом операционого усилителя второго сумматора, а атод - с выходом второго сумматора, ервый вход второго сумматора соеди3

нен с выходом первого сумматора, второй вход второго сумматора подключен к катоду разделительного диода, анод которого соединен с выходом узла нелинейности типа сухое трение, выход итог о сумматора является выходом устройства, блок формирвания управляющего напряжения содержит операционньп усилитель, два выпрямительных диода, переменный резис тор, один вывод которого подключен к шине постоянного положительного потенциала, а другой вывод соединен с выходом операционного усилителя, являющегося выходом блока формирования управляющего напряжения, и с анодом первого выпрямительного диода, катод которого и анод второго выпрямительного диода подключены к входу операционного усилителя и одному выводу резистораj другой вывод которого является входом блока формирования управляющего напряжения, катод второго выпрямительного диода соединен с подвижным ташодом переманного резистора.

Генератор пилообразного напряжения выполнен в виде интегратора на операционном усилителе, вход которого подключен к эмиттеру первого транзистора, а выход - к эмиттеру второго транзистора, коллектор второго транзистора и база первого транзистора объединены i объединены также коллектор лервого транзистора и база второго транзистора и подключены к подвижному контакту потенциометра, один шлвод которого подключен к шине положительного потенциала, а другой к шине нулевого потенциала.

На фиг, 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - вершинные диаграмма.

Устройство содержит входы 1 и 2, первый сумматор 3, содержащий oneрационный усилитель 4 и резисторы 5, второй сумматор 6, состоящий из резисторов 5, операционного усилителя 7 и ограничительного диода.8, блок 9 формирования управлякнцего напряжения, содержащий операционный усилитель 10, первый И и второй 12 выпрямительные диоды и переменный резистор 13, генератор 14 пилообразного нагфяжения, включакяций конденсатор 15, операционный усилитель 16, потенциометр 17, транзисторы 18 и 19, разделительный диод 20, узел 21 нелн1904

нейности типа сухое трение, вклк чающий резисторы 22 и 23, операционньШ усилитель 24, диоды 25 и 26, потенциометры 27 и 28. Операционньш усилитель 4 реализует уравнение

UT К,(-К2(р, где и,. - падение напряжения на ти.ристоре;

ССд ,CfK - потенциалы анода и катода; К,Kg - коэффициенты передачи, определяе1 ые отношением резистора в обратной связи к соответствующим входным резисторам;

4 масштабы напряжения и потенциала.

Обычно К, 1(. Выходной величино операционного усилителя 4 является падение напряжения на тиристоре U с обратнь1м знаком. Это напряжение поступает на вход операционного усилтеля 7, формирующего ток тиристора согласно уравнению 7 Кз-ит,

ПЦВт

- коэффициент передагде

Шл

чи операционного усилителя 5, принимающий в зависимости от состояния моделирующего .тиристора два значения.

При открытом состоянии моделируемого тиристора К щЗинимает значение, равное проводимости тиристора gf в этом состоянии с учетом масштабов по току ш, и напряжению т, выбиpae гяx из условия устойчивой работы . модели. В этом случае Kj определяется отнсмпением резистора в обратной связи к входному резистору. При закрытом состоянии моделируемого тиристора, равном нулю, проводимость тиристора .Ступенчатое изменение коэффициента передачи Kg обеспечивается диодом 8, включенным в обратную связь операционного усилителя 7, на второй вход которого через диод 20 подается напряжение управления 1Л, с выхода узла 2. Выходной величиной операционного усилителя 10 является напряжение, изменяющееся по закону

п fUc, . npHtfA O; с I О,

при If д о i

где Ug - уровень напряжения синхронизации и.

В обратной связи операционного усилителя 10 включены диоды П и 12, причем катод диода 11 и анод диода 12 подключены к входу операционного усилителя 10, катод диода 12 соединен с движком потенциометра 13, один конец которого подключен к источнику постоянного положительного напряжени а второй - к аноду диода 11 и к ду операционного усилителя 10. Напряжение Up подается на вход операционного усилителя 16, выходной ве личиной которого является напряжение пилообразной формы U, изменяющееся по закону и Г , t РИ ,; п о, при . где К4 - коэффициент передачи операционного усилителя 16, равный обратной величине произ ведения емкости конденсатор 17 и входного .резистора; t - время интегрирования напряж ния синхронизации . Кроме конденсатора 17 в обратную связь операционного усилителя 16 вклю чены транзисторы 18 и 19, причем эмиттер транзистора 19 соединен с входом операционного усилителя 16, база с коллектором транзистора 18, коллек тор - с движком потенциометра 17 и базой транзистора 18, эмиттер которо го соединен с выходом операционного усилителя 16. Один вывод потенциометра 17 заземпен, а на другой подае ся постоянное положительное напряже ние.С выхода операционного усилителя 16 через входной резистор 22 пилообразное напряжение подается на операционный усилитель 24, другой входной резистор 23 которого подключен к отрицательному напряжению репу лирования Up. Выходной величиной опе рационного усилителя 24 является напряжение управления Uy, изменяющееся по закону о и .ч . при lUnl.MUpli I Ч2 при , где Un и Uu - уровни напряжения уп равления Uy при закрытом и открытом состояниях моделируемого тиристора, соответственно, К нулевой точке операционного усилителя 24 подключены анод диода 25 и катод диода 26. Катод диода 25 соединен с движком потенциометра 27, анод диода 26 - с движком потенциометра 28. Одни выводы потенциометров 27 и 28 соединены с выходом операционного усилителя 23, а другое с источниками постоянного напряжения соответствующих знаков. Напряжение управления Uy поступает на анод днода 20. Работу устройства рассмотрим на примере тиристора, потенциал анода которого имеет синусоидальную форму. При положительной полуволне анодного потенциала (), диод 11 закрыт, диод 12 открыт, напряжение синхронизации . и имеет отрицательный знак. Это напряжение интегрируется операционным усилителем 16 до тех пор, пока Cf д 0. В момент перехода кривой через нуль напряжение Up на шходе операционного усилителя 16 достигает напряжения, снимаемого с движка потенциометра 17, в результате чего происходит разряд конденсатора 15 через аналог переходного транзистора, выполненного на транзисторах 19 и 18. Положительное напряжение пилообразной формл U сравнивается с отрицательным напряжением регулирования Up на операционном усилителе 24. При |ир(б|и„| диод 25 закрыт, диод 26 открыт, напряжение управления Uu имеет положительный знак. Значение напряжения управления Uy, , определяемое положением движка потенциометра 28, выбирается большим максимального значения падения напряжения на тиристоре , которое снимается с выхода операционного усилителя 4 и в этом случае имеет отрицательный знак. Так как Uij, О и |U( jU-rl , то диод 20 открыт, вследствие чего днод 8 шунтнрует операционный усилитель 7, на выходе которого сигнал отсутствует (i. 0), что соответствует подаче на моделируемлй тиристор напряжения отпирающей полярности и отсутствию при этом управляющего импульса. Как только напряжение пилообразной формы U превысит напряжение регулирования Up(lUn| (Uj)| ), диод 26 закроется, диод 25 откроется и на выходе операционного усилителя 24 появится напряжение управления отрицательного знака. В результате диод 20 и следовательно,диод 8 закроются. На выходе операционного усилителя 7 появится сигнал (), что соответствует открытию моделируемого тиристора вследствие подачи на его управляющий электрод управляющего импульса. О диод 12 закрыт, диод I открыт и аунтирует операционный уси литель 10, Следовательно, напряжени синхронизации и пилообразное напряжение , в результате чего напряжение управления , и имее положительньв знак. Диод 20 открыт. Кроме того, в этом случае падение напряжения на тиристоре U-.0. Диод 8 открыт и шунтирует опе рационный усилитель 7, на выходе которого сигнал отсутствует (), что соответствует подаче на моделируеь«й тиристор напряжения запирающей полярности. Изменяя значение напряжения регу лирования Up, можно регулировать угол открывания моделирующего тиристора от О до 180 эл.град. При необходимости моделирования тиристора, на катод которого подается потенциал синусоидальной формы достаточно подключить входной резис тор операционного усилителя 10 к потенциалу катода отрицательного зн ка (-Ifn). Если же потенциал катода поступает с положительным знаком (Ifn), а потенциал анода - с отрицательным (-IfА), то необходимо подключить входной резистор к потенциалу катода , изменить полярность включения диодов 8, 20, 11, 12,25 и 26, полярность постоянных напряжений на потенциометрах 13, 17, 27 и 28, а также полярность напряжения регулирования Up. Кроме того, необходимо поменять местами транзисторы 19 и 18. Предлагаемое устройство позволяет достаточно просто организовать исследование различных устройств и систем, содержащих как один, так и несколько тиристоров, потенциалы анодов и катодов которых могут быть произвольных знаков и форм. Простота наладки устройства обусловлена необходимостью расчета и установки одного коэффициента передачи операционного усилителя 7 и движков потенциалов 17 и 28, положение которых зависит от произвольно выбранных резисторов 22 и 23, входных резисторов блоков 6 и 14, конденсатора 15, положения движка потенциометра 13.Устройство, позволяющее регистрировать как ток через тиристор, так и падение напряжения на нем, доведено до практической реализации и обеспечивает надежную работу при любых масштабах времени.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТИРИСТОРА, содержащее первый сумматор, первый и второй входы которого являются соответствукяцими входами устройства, второй вход которого соединен с входом блока формирования управпя ацего напряжения, выход которого подключен к входу генератора пилообразного напряжения, вьпсод которого соединен с входом узла нелинейности типа сухое трение, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности моделирования и повышения надежности, оно дополнительно содержит второй сумматор и разделительный диод, причем первый вход второго сумматора соединен с выходом первого сумматора, а второй вход второго сумматора подключен к катоду разделительного диода, анод которого соединен с ш 1ходом узла нелинейности типа сухое трение. выход второго сумматора является выходом устройства, блок формирования управля1шцего напряжения содержит операционный усилитель, два выпрямительных диода, переменный резистор, один вывод которого подключен к шине постоянного положительного потенциала, а другой вывод соединен с выходом операционного усилителя, являкяцегося выходом блока формирования управляющего напряжения, и с анодом первого выпрямительного диода, катод которого и анод второго выпрямительного диода подключены к входу операционного усилителя i и одному выводу резистора, другой вывод которого является входом блока (Л формироватя управляющего напряжения, катод второго выпрямительного диода соединен с подвижным выводом переменного резистора. 2. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что генератор пилообразного напряжения выполнен в виде интегратора на операционх ном усилителе, вход которого подключен к эмиттеру первого транзистора, а выход - к эмиттеру второго со транзистора, коллектор второго транзистора и база первого транзистора объединены, объединены также коллектор первого транзистора и база второго транзистора и подключены к подвижному контакту потенциометра, один вывод которого соединен с шиной положительного потенциала, а другой с шиной нулевого потенциала.