Устройство для решения нелинейных задач теории электромагнитного поля Советский патент 1980 года по МПК G06G7/48 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ геШШЙЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ЗАДАЧ ТЕОШЙ ЭЛЕКТРОМАПШТИОГО ПОЛЯ

Изобретение относится к области аналоговрй вычислительной техники, и может быть нспользовано для моделирования ftpooeccoB, протекаю щих в электромагнитных полях. Известно модел1фуюа1ее устройство для определения статических характеристик синхронных машин, содержащее аналоговую вычислительнуюмашину, модель магнитного поля, анализаторы потокосцепления обмоток статора, источник тока 11. Недостатком этого устройства является необходимость предварительного выявления магнитного потока в нелинейных ферромагнитных участках магнитопровода для построения нелинейной аналого-сеточной модели магнитаого : поля активной зоны синхронной машины. Причиной этого является зависимость вели-V чины нелинейного сопротивления сетки модели магнитного поля от напряжения клеммах, что позволяет учитывать насыщающее . влияние только лишь составляющей магнитного потока, ортогональной направлению ориентации рассматриваемого нелинейного элемента. Это обстоятельство вьшуждает для правильного учёта насышшгя с дечншса машины нелинейные сощютнглш ш в септюй модели распюлагать (тогональко нащшапв11Во вектора индукции мрделируемой Ьойы мшгн ггопровода, что не представляется возможным (вследствие неопределенности направлея1ш магнитного потока я его зависимости от режима р аботы машины) без щ ш{ятых в язвестшш устройстве допущений, снижающих точность моделщювання магнитного шля и ограншивающих KJtux решаемых задач пшько раететом юпгеграпьных электромагашных характеркстик Maiioei. Напекшее близким во технической сущности k рассматриваемому является устройство, содержащее сеточнгую м сщель, каждый узел которой состоит из четырех нолевых транзисторов, жтоки которых соединены между собой, стоки полевых транзисторЬв ерез резисторы подключены к соответствующим узловым точкам сеточной модели, каждая из которых через соответствующий ковденсатор соединена с шиной нулевого поте1Й1.иала, первую и вторую группу диодов, причем затвор каждого полевого транзистора через диод первой группы под3Шчен к истоку соответствующего полевого транзистора, а через диод второй группы к выходу элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом генератора опор ных напряжений 2. Это устройство не позволяет моделировать электроШгпитные прля в нелшёйных средах, которые требуют perynupoBaiffflfl )bt с . кй в функции Градаентов потенциалов. Шпь предлагаемого кзобретения - построени сеточной модели с регулируемыми в функции градиентов узловых потенциалов параметрами для решения нелинейных задач теории 3nekTpoMafHHttidro поля, применшие которой позволит повысить точность моделировайия, расширять класс решаемых задач. Это достигается тем, что в устройство введешь квядраторы, RC-филь ры, вьшрямительные мосты и генератор импул Ш|ГвШШд1ЁГ1кЬторого сооте ны с выходами выпрямит евышк мостов и со входами квадраторов, выход каждого из которых через сьртветствую1дий ПС-фидьтр подклю чен ко второму входу элемента сравнения, входы выпрямительных мостов соединены с соответстцгюишмй угловыми точками сеточной модели.. . Супшость предлагаемого нзобретейня показа на на чертежах. На фш-. 1 приведена схеМа . устройства для решения нет1не&1ых задач теоpttH электромагнитного поля; на фш. 2 - кри вые напряжений, поясняющие {фтшт работы устройства. Устройство (фиг. 1) содержит четыре полевых транзясто{ 1 с соешшекными вместе HCTokaMH, четыре идентичных резистора 2, одни вь1воды кото| ых соединены сЬ чслюками ticmeBbik транзисторов, а другае - с граничны ми клеммами 3, 4, 5, 6, ycrpoecfil li КбтефЫ подключены iManoemitae рехксто{1 соседних элементов моделируемой )еды. Примем ука зашйле клеммгы, а также истоки полевых транзисторов 1 через йА лгичше кондшсаторы 7 соединены с unaacfU wynvBoto aotmufHaia. Грани вр 1е клем1иы 3 я 5, р)К1Юложенйые вдоль осн. Х1фямоугольной актоишкоорднн«т сеточной модели, через реэистсфы 8 и 9 соединены со входом щюднбгб 1а11 1прямительного моста 10, а. клеммы 4 и 6, расположенные В1ДОль Оси У, через рёзкйо Г и 12 coejEUOieHbi со входом выпршктепьнрго моста 13. iBxom i выпрямительных мостов Ш, 13 соответственно соединены с дифференциальным входами квадраторов 14 и 15, с которыми через резисторы 16, 17 и 18, 19 соединен также выход генератора 20 пернод 1ческих импуль -сов параболической формы., , - Выходы квадраторов 14 н 15 через двухзвенные Г-образные RC-фнльтры 21 и 22 нижних частот соединены с одним из входов элемента 23 сравнения, другой вход которого через резистор 24 подключен к Генератору 25 опорных напряжений. Затворы полевых транзисторов 1 через диоды 26 соединены с выходом генератора onopHbtx напряжений 25, а через диоды 27 с истоками. TeHepaToj) 25 опорных напряжений н генератор 20 периодических импульсов параболической формы являются общими для электрических моделей всех элементарных площадок моделирующей среды. Рассмотрим принцип работы устройства. Напряжения Uj и Ц на клеммах 3, 5 и 4, 6 (фиг. 2а ив), пропорциональные составляющим В и В, : Ктора индукции моделируемого магнитного поля в осях X и У прямоугольной системы координат, поступают соответственно на входы выпрямительных мостов 10 и 13, на выходах которых измеряются модули (фиг.2с и d) указанных напряжений. Полученные значения модулей на1фяжений на клеммах 3, 5 н 4, 6 сравниваются в квадраторах 14 и 15 с напряжением генераjopa 20 п иодйческнх импульсов параболической формы, представляющим собой периодическую функцию времени вида U «а(фиг. 2е, где пунктиром также показано напряжение /Uaj/.a штрихпунктнром -/IJL/) При этом 14 Hl5 I вырабатывана выходах квадраторов ются им1цгльсные напряжения U,. и U, (фиг. 2f и д), постоянные составляющие которых (на фнг. 2f и g показаны пунктирной линией) пропорциональны квадратам модулей .,J : Выделещше с помощью двухзвенных Г-образных RC-фильтров 2:1 и 22 низкой частоты сумма постоянных составляющих напряжший Mf Чв пунктирная линия) квадраторов 14 и 15 сравнивается с периодическим напряжением генератора 25 опорных напряжеHitif (фиг. 2h), воспроизводящим зависимость обратной величниь магнипюй проницаемости моделируемой среды от квадрата индуквди м пштного поля, т.е.0 д-(Б ), таким образом, что на выходе элемента 23 сравнения формируются импульсы (фиг. 2п), длительность KotdpMn (щ постоянной частоте следования. определяемой генератором опорных напряжений) прОюршюнальна обратной величине магнитной проницаемости. Импульсами с выхода элемента 23 сравнения управляются полевые : транзисторы, работающие в ключевом режиме, S результате чего в сеточной модели воспроизводятся нелинейные свойства моделируемой магнитной среды. Устройство позволяет моделировать электромагнйтиое поле с учетом зависимости магнит5. ной проницаемости среды от вектору магаяЩЪ индукции, а не от одной из составляющих указанного вектора, как в известных моделирующих устройствах, что повышает точность решения задач, вместе с тем оно позволяет расширить класс решаемых задач, когда отсутствует возможность предварительного выявления преимущественного направления вектора магнкГной индукции для построения сеточной модели магнитного поля., Фо.рмула изобретения Устройство для ре1йения нелинейных задач теории электромагнитного поля, содержащее сего ную модель, каждь1й узел которой состоит из четы рех полевых транзисторов, истоки которых : соединены между собой, стоки полевых транзисторов через резисторы подключены к соответствующим узловым точкам сеточной модели,-каждая из которых через соотве ствующий конденсатор соединена с шиной нулевого потен циала, первую и вторую группу диодов, причем, затвор каждого полевого транзистора

1-:фШ

ffOn/f 2 через диод первой rpynnbi подключен к истоку соответствующего полевого транзистора; а через диод второй группы - к выходу элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом генератора опорных напряжений, отличающееся тем, что с целью повышения точности, в устройство введены квадраторы, RC-фильтры, выпрямительные мосты и генератор импульсов выходы которого соответственно соединены с выходами выпрямительных мостов и со входами квадраторов, выход каждого из которых через соответствующий RC-фильтр подключен ко второму входу эле мента сравнения входы выпрямительных мостов соединены с соответствующими узловыми точками сеточной модели. Истрчшпси информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N264809, кл. G 06 G 7/52, 1967. 2.Авторское свидетельство СССР N 445048, кл. G 06 G 7/48, Л972 (прототип).

«,tf

Л

Фиг.2