УСТРОЙСТВО для МОДЕЛИРОВАНИЯ БЫПРЯМИТЕЛЬНО- Советский патент 1970 года по МПК G06G7/63 

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники. Известно устройство для моделирования выпрямительно-инверторной подстанции электрической железной дороги ностоянного тока, содержащее управляемые источники стабилизированного напряжения, резисторы, имитирующие положительное внутреннее сопротивление подстанции, транзисторы и логические схемы. В этих устройствах используются принципы физического моделирования тяговых сетей и объектов энергоснабжения, причем питание узла контактной сети модели осуществляется от специальных источников - узлов тяговых подстанций, имеющих внешние характеристики, подобные характеристикам моделируемых подстанций. Как правило, такие модели содержат источник стабилизированного напряжения, соответствующего напряжению холостого хода подстанций в натуре, и включенное последовательно с ним активное сопротивление, позволяющее смоделировать любой наклон внешней характеристики. Инверторный режим в таких устройствах воспроизводится путем загрузки стабилизатора балластным сопротивлением, в результате чего точка холостого хода модели сдвигается в область отрицательных токов. При этом наклон характеристики в инверторном режиме не отличается от выпрямительного и разрыва характеристик нет. Между тем, на электрифицированных железных дорогах применяются выпрямительноинверторные подстанции, у которых точки холостого хода выпрямительного и инверторного режимов не совпадают (то есть суммарная внешняя характеристика не непрерывна), а наклон характеристики инвертора не совпадает с наклоном выпрямительного режима. Известные устройства не позволяют воспроизводить подобные характеристики, что не дает возможности рещать на моделях ряд задач, связанных с рекуперацией электрической энергии. Предложенное устройство отличается тем, что с целью получения требуемой внещней характеристики в инверторном режиме в цепь инвертируемого тока включен эмиттер-базовый переход транзистора, коллектор которого через резистор, моделирующий наклон и протяженность падающей части характеристики, соединен с базой проходного транзистора, включенного в ту же цепь для изменения выходного напряжения в зависимости от величины инвертируемого тока, базы двух других транзисторов подключены к делителям выходного напряжения, эмиттеры их соединены с источником опорного напряжения, а коллекторные цепи связаны через логические элементы с источником стабилизированиого иапряжения. Схема предлагаемого устройства приведена на чертеже. Блок моделирования выпрямительного режима содерл ит стабилизатор 1 и резистор 2, имитирующий внутреннее сопротивление подстанции в этом режиме. Диод 5 отделяет выпрямительный блок при повышении напряжения на выходных шинах 4 и 5 свыше нанряжения холостого хода выпрямителя. Блок моделирования инверторного режима содержит стабилизатор 6, последовательно с которым включен проходной транзистор 7, предназначенный для управления выходным напряжением; он выполнен сдвоенным для получения большого коэффициента усиления. Стабилизатор 6 нагружен на балластный резистор 8, таким образом, «прием избыточной энергии рекуперации получается за счет того, что в балластном резисторе 8 доля тока, даваемого стабилизатором, уменьшается за счет тока, поступаюшего от выходных шин 4, 5. Для получения горизонтальной характеристики в инверторном режиме ключ 9 размыкается, а резисторы 10 и 11 выводятся до нуля. Тогда напряжение на выходных шинах 4 и 5 будет отличаться от напряжения стабилизатора 6 на величину падения напряжения в диоде 12 и эмиттер-базовых переходах транзисторов 7 и 13, то есть останется практически постоянно при любых токах, не превышающих тока в резисторе в. Для получения падающей характеристики ключ 9 замыкается, резистор 14 выводится, резистор 10 - вводится. При этом в коллекторной цепи транзистора 13 потечет ток /к аГэ (ток эмиттера /, равен инвертируемому), что вызовет увеличение потенциала базы транзистора 7 на величину /к R, где R - величина сопротивления резистора Уб, потенциал эмиттера повторяет потенциал его базы, поэтому напряжение на выходных шинах 4 и 5 по абсолютной величине уменьшается пропорционально инвертируемому току. Наклон характеристики устанавливается в зависимости от величины сопротивления резистора 10. В режиме ломаной характеристики ключ 9 замкнут, резистор 11 введен и определяет наклон восходящей ее части. Величина сопротивления резистора 10 определяет наклон падающей части характеристики и определяется по формуле: IP(-) + 1р{+)1 P(-f) -Р(-) где / -величина сопротивления резистора 10; р(+)-эквивалентное сопротивление инвертора на восходящей части характеристики (в масщтабе модели); р() -эквивалентное сопротивление падающей части (всегда отрицательная величина); ai - коэффициент усиления транзистора 13 в схеме с общей базой. Действительно, за счет резистора W нужно не только обеспечить уменьшение (по абсолютной величине) напряжения при увеличении инвертируемого тока, но и скомпенсировать его увеличение за счет резистора //. Точка излома характеристики определяется током насыщения транзистора 13, свыше которого его коллекторный ток не возрастает, потенциал базы и эмиттера транзистора 7 определяется при этом соотношением плеч делителя из резисторов 10 14 к практически не зависит от принимаемого тока (ток базы сдвоенного транзистора 7 несоизмеримо мал по сравнению с током через делитель). Очевидно, величину сопротивления реаистора 14 можно определить по формуле: где: R2 - величина сопротивления резистора 14; и , / - напряжение и ток в точке излома (в масштабе модели). Переключение модели из выпрямительного режима в инверторный и обратно осуществляется по известному алгоритму. При появлении избыточной энергии напрян ение на шинах повышается сверх напряжения холостого хода выпрямителя, в результате чего диод 3 закрывается. Когда напряжение достигнет определенного, наперед заданного уровня, откроется транзистор 15, так как потенциал его базы станет ниже опорного, транзистор 15 перебросит режимный триггер 16 в положение, соответствующее инверторному режиму, если на синхронизирующем входе 17 схемы совпадений 18 имеется разрешающий сигнал. Под воздействием соответствующего сигнала с триггера 16 напряжение стабилизатора 1 значительно уменьшается - диод 3 остается закрытым при всех значениях рабочего напряжения на шинах. Напряжение стабилизатора 6 также снижается до напряжения холостого хода в инверторном режиме и происходит прием избыточного тока. При уменьшении принимаемого тока до нуля диод 12 закрывается, а напряжение на выходных шинах 4 и 5 падает. Если оно упадет ниже некоторого, наперед заданного уровня, транзистор 19 закроется. При наличии синхронизирующего сигнала транзистор 19 переведет триггер 16 в положение, соответствующее выпрямительному режиму, воздействуя через фазовращатель 20 и схему совпадений 21. В результате напряжение стабилизатора 6 повысится до величины, обеспечивающей надежное закрытие диода 12, а напряжение стабилизатора 1 - до величины напряжения холостого хода выпрямителя. Синхронизирующий вход 17 предусмотрен для того, чтобы разрещение на переключение давать после того, как набраны все нагрузки тяговой сети. Предусмотрено также ручное управление режимным триггером 16. Напряжение переключения режимов устанавливается потенциометрами 22 и 23. Величина этих потенциометJOB и параметры транзисторов 15 и 19 подобзаны так, чтобы их ток составлял не более ),5% от номинального тока модели и практиlecKH не влиял на точность воспроизведения сарактеристик.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования выпрямиельно-инверторной подстанции электрической келезной дороги постоянного тока, содержацее управляемые источники стабилизирован10ГО напряжения, резисторы, имитирующие юложительное внутреннее сопротивление под;танции, транзисторы и логические схемы, огшчающееся тем, что, с целью получения требуемой внешней характеристики в инверторном режиме, в нем в цепь инвертируемого тока включен эмиттер-базовый переход транзистора, коллектор которого через резистор, определяющий наклон и протяженность падающей части характеристики, соединен с базой проходного транзистора, включенного в ту же цепь для изменения выходного напряжения в зависимости от величины инвертируемого тока, базы двух других транзисторов подключены к делителям выходного напряжения, эмиттеры их соединены с источником опорного напряжения, а коллекторные цепи связаны через логические элементы с источником стабилизированного напряжения.