Устройство для моделирования цепи нагрузки вентильного преобразователя Советский патент 1980 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к аналоговой технике и может быть использовано при аналоговом моделировании цепи нагрузки реверсивного управляемого выпрямителя с раздельным управлением вентильными группами.

Известны аналоговые модели управляемых выпрямителей, в которых односторонняя проводимость вентильной Ю группы воспроизводится включением диода параллельно цепи обратной связи операционного усилителя модели нагрузки 1.

Наиболее близкой по техническому 15 решению является модель нагрузки реверсивного управляемого выпрямителя, выполненная на операционном усилителе с коммутацией в цепи обратной связи 2.20

Недостаток известного устройства заключается в том, что при моделировании малых токов нагрузки выходной сигнал такой модели по величине сравним с падением напряжения на откры- 25 том диоде, что приводит к существенному снижению точности ограничения выходного сигнала, воспроизводящего ток нагрузки, на нулевом уровне. Кроме того, нелинейность вольтампер- 30

ной характеристики диода в режиме ма.пых сигналов также увеличивает погрешность вычисления тока. В результате при моделировании режима прерывистого или близкого к нему непрерывного токов нагрузки управляемого выпрямителя ни среднее значение, ни форма импульсов тока не соответствуют действительности.

Цель изобретения - повьпиение точности моделирования.

Для достижения цели в устройство, содержащее модель нагрузки, выполненную в виде операционного усилителя, в цепь обратной связи которого параллельно включены элемент с комплексным сопротивлением и ключ,первый источник напряжения, выход которого соединен со входом операционного усилителя, выход-которого соединен с первым входом нуль-органа,в торой вход которого подключен к выходу первого источника напряжения, второй источник напряжения, дополнительно введен управления, первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя, второй и третий входы блока управления соединены соответственно с выходами второго источника напряжения и нуль-органа, а выход блока управления соединен с управляющим входом ключа, причем блок управления содержит линию задержки, нуль-орган, переключатель, первый и второй разделительные диоды и инвертор, г{ричем вход линии задержки является первым входом блока выход линии задержки соединен с первым входом нуль-органа, второй вх которого является вторым входом блока, а выход нуль-органа соединен с управля.кщим входом переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом блока управления, третий вход которого через первый разделительный диод соединен с размыкающим контактом переключателя, размыкающий контакт которого соединен с одним выводом первого разделительного диода, замыкающий контакт переключателя через второй разделительный диод подключен к выходу инвертора, другой вывод первого разделительного диода соединен со входом инвертора и является третьим входом блока управления. На чертеже приведено предлагаемое устройство. Устройство содержит операционный усилитель (ОУ) 1, элемент 2 с комплексным сопротивлением, ключ 3, первый источник 4 напряжения, нульорган 5, блок 6 управления, второй источник 7 напряжения. Выход операционного усилителя 1 явгчется выходо устройства с сигналом U , Блок 6 уп равления содержит линию 8 задержки, нуль-орган 9, г ереключатель 10, пер вый и втосой разделительные диоды 1J-, 12, Инвертор 13. Работает устройство следующим об разом. Элемент с комплексным сопротивле нием 2 представляет собой, например для активно -индуктивной нагрузки параллельное соединение емкости и резистора, Источник 4 напряжения задает на вход ОУ1 эквивалентное напряжение U цепи нагрузки, равное, например для вентильного электропривода постоян ного, тока алгебраической сумме ЭДС вентильного преобразователя и проти во-ЭДС двигателя. Нуль-орган 5 при V f О обеспечив на своем выходе напряжение U, знак которого противоположен знаку U, на ависимо от знака и модуля ОЗ.ЕСЛ , то знак напряжения Uj соответ ствует знаку сигнала U. Ug 0, есл и 0 0. Источник 7 напряжения U4 задает направление протекания тока (знак напряжения Uj) в цепи нагрузки реверсивного вентильного преобразователя, например с раздельным управле нием вентильными группами, Направле ние тока нагрузки задается знаком напряжения и. Ключ 3 шунтирует вход с выходом ОУ1 всякий раз, когда выходной сигнал Us блока б равен нулю, обеспечивая Uj О, независимо от модуля и знака напряжения Ug. Блок управления обеспечивает на воем выходе сигнал: ,если sign U tsign 0(1) ,если sign Uj (2) При других сочетаниях знаков напряжений U| , Uj , U сигнал U 0. Кроме того, при смене знака ид блок 6 обеспечивает смену знака напряжения U (изменение направления тока нагрузки) с выдержкой времени, тем самым обеспечивая моделирование бестоковой паузы, имеющей место при моделировании цепи нагрузки реверсивного вентильного преобразователяс раздельным управлением вентильными группами. Линия 8 задержки обеспечивает задержку сигнала и на время tj,равное бестоковой паузе реверсивного вентипьного преобразователя с раздельной системой управления вентильными группами. Блок 8 задержки может быть выполнен, например, в виде пассивного фильтра с выходным напряжением и . Нуль-орган 9 блока управления при и О обеспечивает на своем выходе сигнал U-j , которого противоположен знаку и, независимо от знака и модуля U4. Если и О, то знак UY соответствует знаку сигнала U, и О, если U4 и 0. Инвертор 13 обеспечивает на своем выходе напряжение Ug,равное по модулю и противоположное по знаку напряжению Uj . Выходной сигнал переключателя 10 и при Uf 0; (3) U 0; при U 0; О; (4) Uj U8 1; при U i 0; (5) Us 0; при Uy 0; . (6) Диоды 11,12 запрещают прохождение на переключатель 10 сигналов отрицательной полярности. В статическом состоянии работа устройства характеризуется тем,что сигнал и -знакопостоянный, соблюдается условие (1), что.гарантирует Ug 1 и разомкнутое состояние ключа 3, Сигнал Ui в этом режиме является непрерывной функцией напряжения U2 . Рассмотрим работу устройства в инамике при изменении знака сигнала и с положительного на отрицательный. В исходном состоянии соблюдается условие (1), (3) инапряжение Ui отрицательно. После изменения знака ид на отрицательный начинает соблюдаться условие (2) и сохраняется условие (3), т.е. устройство остается в исходном состоянии до тех пор, пока Uj 0. Ка только сигнал и под действием Ug равен Нулю, сигнал U становится нулевьии, либо отрицательньлм, что приводит к выполнению условия (4) замыканию ключа 3, гарантирующему Ui 0. По истечении времени tj и О и Uy изменяет свой знак с плюса на минус, обеспечивая срабатывание переключателя 10 и выполне ние условий (5), (б). Как только сигнал Uj под действием напряжения U2 приобретает отрицательную поляр ность, ключ 3 размыкается, обеспеч вая изменение j в положительной п .лярности, т.е. устройство работает в новом статическом состоянии, характеризуемом условиями (1), (5) и Рассмотрим работу устройства njiH моделировании режима прерывистого тока вентильного преобразователя. Допустим Цд Ug положительное и статическое состояние устройства характеризуется условиями (1), (3). Наступление режима прерывистого тока обуславливается тем, что напряжение Ug , имеющее периодический характер, становится знакопеременным в течение периода, причем большую часть периода Ug отрицательно. Под действием отрицательного значения и напряжение и уменьшается и, как только станет равным нулю, Uj под действием U2 изменяет свой знак на минус, обеспечивая условие (4) и замыкание ключа 3, гарантирую щее Ui 0, независимо от модуля и знака UQ. В начале очередного перио да Uj скачком изменяет свой знак на положительный, обеспечивая положительный сигнал Uj, что приводит к выполнению условия (З) и размыканию ключа 3. Напряжение U возраста ет по модулю в отрицательной полярности. После перехода Uj через нуль в отрицательную полярность напряжение и уменьшается по модулю до нуля и процесс повторяется. Таким образом, предлагаемое устройство ограничивает требуемую полярность выходного сигнала устрой ства на нулевом уровне и исключает погрешность вычисления, обусловленную нелинейностью вольтамперной хара-ктеристики диода. Формула изобретения 1. Устройство для моделирования цепи нагрузки вентильного преобразователя, содержащее модель нагрузки, выполненную в виде операционного усилителя, в цепь обратной связи которого параллельно включены элемент с комплексным сопротивлением и ключ, первый источник напряжения, выход которого соединен со входом операционного усилителя, выход которого соединен с первым входом нуль-органа, второй вход которого подключен к выходу первого источника напряжения, второй источник напряжения, отличающееся Тем, что, с целью повышения точности моделирования, в устройство дополнительно введен блок управления, первый вход которого соединен с выходом операционного усилителя, второй и третий входы блока управления соединены соответственно с выходами второго источника напряжения и нуль-органа, а выход блока управления соединен с управляющим входом ключа. 2. Устройство по п, 1, о тличающееся тем, что блок управления содержит линию задержки, нуль-орган, переключатель, первый и второй разделительные диоды и инвертор, причем вход линии задержки является первымвходом блока, выход ЛИНИИ задержки соединен с первым входом нуль-органа, второй вход которого является вторым входом блока, а выход нуль-органа соединен с управляющим входом переключателя, подвижный контакт которого соединен с выходом блока управления, третий вход которого через первый разделительный диод соединен с размыкающим контактом переключателя, размыкающий контакт которого соединен с одним выводом первого разделительного диода, замыкающий контакт переключателя через второй разделительный диод подключен к выходу инвертора, другой вывод первого разделительного диода соединен со входом инвертора и является третьим входом блока управления . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Динамика вентильного электропривода постоянного тока. Под ред. А.Д. Поздеева. М., Энергия,1975, с. 224. 2.Калинин А.Д., Орещенко Р.А, Моделирование управляемого выпрямителя в схемах вентильного электропривода. Электротехника, № 5, 1977, с. 60-63 (прототип).