Устройство для моделированияАВТОНОМНыХ иНВЕРТОРОВ TOKA Советский патент 1981 года по МПК G06G7/62 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АВТОНОМНЫХ ИНВЕРТОРОВ ТОКА

. Изобретение относится к моделиров нию нелинейньгх вентильных цепей с по мощью аналоговой вычислительной техНики и может быть использовано для исследования преобразовательных систем с инверторами. Известно устройство для моделирования автономных инверторов тока, содержащее генератор постоянного тока, усилитель, интеграторы, инверторы, с помощью которых моделируются непрерывные части инвертора тока (цепи переменного и постоянного тока) и дискретное устройство(контактн логическая схема), моделирующее вентильную часть инвертора тока. В этом устройстве вентили заменяются контак ными (релейными)элементами, которые управляются при помощи логической схемы в соответствии с логической работой вентилей. Для цепей переменного и постоянного токов набираются обычные дифференциальные уравнений согласно законам Кирхгофа П Недостатком известных устройств является их сложность и низкая надежность, так как используется большое количество элементов вычислитель-, ной техники, полупроводниковых логических блоков и контактных элементов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для моделирования инверторов тока, содержащее интеграторы, первый сумматор, выход которого через первый интегратор подключен ко входу второго интегратора и к первому входу второго сумматора, выход которого через третий интегратор соединен со входом четвертого интегратрра и первого инвертора 2.. Недостатком такого устройства для моделирования автономных инверторов ока являются ограниченные функциональные возможности. Оно позволяет исследовать электромагнитные процессы только в цепях постоянного тока, т.е. со стороны входа инвертора. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет воспроизведения электромагнитных процессов в цепях переме ного тока. Поставленная цель достигается тем Что в устройство для моделирования автономных инверторов тока, содержащее интеграторы, первый сумматор, выход которого через первый интегратор подключен ко входу второго интегратора и к первому входу второго сумматора, выход которого через третий интегратор соединен со входом четвертого интегратора и первого инвертора, введены делитель, третий и четвертый сумматоры, выход которого через пятый интегратор соединен со входами второго инвертора и шестого интегратора, выход которого подключен к первому входу четвертого сумматора и седьмого интегратора, выход которого соединен с первыми входами третьего сумматора и делителя и со входом третьего инвертора, выход которого подключен ко второму входу четвертого сумматора, третий вход ко торого соединен свыходом второго ин вертора, выход первого интегратора н посредственно подключен к четвертому входу четвертого сумматора и через четвертый инвертор - к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго интегратора, покдлюченным ко входам пя того инвертора и росьмого интегратор выход которого соединен со вторым . входом второго сумматора, и с пятым входом четвертого сумматора и со вхо дом пятого инвертора, выход которого ,подключен к третьему входу первого сумматора, выход пятого инвертора со динен с шестым входом четвертого сум матора и с третьим входом второго сумматора, четвертый и пятый входы к торого подключены соответственно к выходам первого инвертора и четверто го интегратора, соединенным со входо девятого интегратора, выход которого подключен ко вторым входам третьего сумматора и дели.теля и через шестой инвертор - к шестому входу вторего Сумматора, выходы третьего сумматора и делителя являются соответственно выходами устройства амплитудных зна74чений фазных напряжений нагрузки и значения угла коммутации вентилей. На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство. Устройство включает три основных структурных блока, т.е. модели цепей постоянного тока(блок 1) и модели цепей переменного тока(блоки 2 и 3), Устройство содержит сумматоры 4,5, 6 и 7, интеграторы 8,9,10,11,12, 13,14, 15 и 16, инверторы 17,18,19, 20,21,22,23 и делитель 24. Ко входам сумматоров 4,5 и 6 подключены источники 25,26 и 27 операционных напряжений. Устройство работает следующим образом. При помощи блока 1 воспроизводится закон изменения тока дросселя, являющегося,одновременно амплитудой фазных токов (с точностью.до коэффициента). Блок 2 модели воспроизводит активную составляющую амплитулы фазных напряжений U (-t) С помощью сумматора 6 определяется закон изменения амплитуды фазных напряжений (U (t)). Блок 3 модели воспроизводит реактивную составляющую амплитулы фазных напряжений Uy ( С помощью делителя 24 определяется закон изменения угла запирания вентилей fe(t) oпpeдeляюш й условие коммутационной устойчивости работы вентилей. Для построения устройства моделироваьшя инверторов определяют приведенные к цепи постоянного и переменного тока зквивалентные сопротивления исследуемой системы. Для этого сначала находят вещественную 7,(Р) и мнимую 2у(Р) части операторного сопротивления цепи переменного тока, смещенного в комплектной области на JLO m-(P) 2(p) (p.ja.) -i|p, г((Р-Зы). где тге2н()(Р-:1)(), . ,Z(P+ju))()-2(P+jcj),tO--2ftf, где Z(P) -операторное сопротивление цепи переменного тока (рагрузки) для каждой фазы; й())П;(Р))Я|(Р) полкномы; ОтР,т,П-,О- коэффициенты, зависящие от параметров цепи переменного тока; 5849247 Р -оператор Лапласа; f -частота импульсов управ-) ления вентилями. Операторное сопротивление ) цепи переменного тока, приведенное к цепи постоянного тока,, определяется , по формуле з(РИ,хДР), , (2) где KW - коэффициент приведения, зависящий от схемы преобразования(например J для однофазных инверторов тока для трехфазных К 18/fc л Например, если нагрузка состоит из параллельно включенных активного сопротивления R, ндуктивности Z и емкости С, имеем - -срЛр.л (г) Если заменить Р в(3) на(Р +4U}) и определить вещественную 7(р)и мнимую х ч.) части Полученного вьфажения, и, пренебрегая относительно малым коэффициентами,получаем Zp(Pj из / о 2ч -1 где , ()m,-. (); ,--ЫС,0(р .-,..±.-, c-s-Si-ic x(u..co),a,.,u.,. В этом случае формула (2)примет э Найденное эквивалентное операторное сопротивление Z (р) соединяется последовательно с цепью постоянного тока и по закону Ома определяет ся выражением тока дросселя (Р) (постоянного тока) п,.1г1Р) где ) - операторная ЭДС генератора постоянного тока; 30)d) операторное э сопротивление схемы замещения инвертора со стороны цепи постоянного тока;н п чт ма 25 P; Z i(P) -операторное сопротивление дросселя. Принимая во внимание, что операторе сопротивление дросселя 2d(P), лучаем ь, Е о(.Р Постановка (7) и (б) дает d()Er(p)f;§j (s) Во временной области,учитывая, о Ep(t), выражение 7 приниет вид (t) Eo-p.(t)A2-P-(«M,-W o () ,.NSiV-|t По выражению формулы 8)находится устройство для моделирования тока дросселя ) (блок 1/ После этого находят эквивалентные операторные ЭДС и сопротивления. системы, приведенные к цепи переменного тока. Для этого определяют выражение амплитудного значения переменного тока. Так как в автономных инверторах тока VW kj WsfnC t- PJ io) - коэффициент е ,t.,c- к приведения зависящий от схемы инвертора (например, для однофазных инверторов К,Й,для трехфазных инверторов I ..)-V°. для амплитудных значений тока из ) имеет вид axCt)lia dC43maxCP)(P)i (И) 7849 Из 1 о) имеем операторное выражение то-: ка фазы ЗкСР). dCP-J) еИ) Для операторного напряжения цепи переменного тока : ))Z(P) (13) Если подставить (l 2) с учетом (6)в О З) и использовать теорему коммутативности преобразования Лапласа и символических операций Rg или 1, и теорему смещения в комплексной области, получаем выражения для временной области ( /U) )) -.) )2(P-iu))J (14) Если вводить обозначения ,xtP)(P) .W rpoixW x P) I где U.,(t).Uv(,) - являются соответс венно активной и реактивной состав ляющими амплитуды напряжения цепи переменного тока, то (14 ) переписьша в виде U,(t),(P)-jU,(P)| (16 Из 16 получаем U« () maxCt « (, fb(t) -Ф, (17) (,(t)4u,(t) -амплитудная огибанщая напряжения; p,ft). (,., -фазовая функция, являкицаяся огибающей дискретных значений угла запирания вентилей, определяющая коммутационную устойчивость инвертора. . Выражения .(15)с учетом(1)или(4) переписываем и получаем J.{P)( Ux(P)) И 478 Во временной области из (.20) имеем (t) ) B. t) Ct) -D,,,PX()-T5.)(t) , tai) (t) )«HP.-ci(t))-D2P Ux(t)(t)(t), n: a: -i 2 S i Q:-K«-r- ; D;--rПо вьфажениям(21)построена модель для определения активной и реактивной составляющих амплитуды напряжения нагрузки (блоки 2 и 3) По известным значениям Uj,(t).H Uj,(t,) согласно выражениям (l 8) и (19J с помощью сумматора 6 определяется амплитудное значение фазных напряжений нагрузки, а с помощью блока 24 деления определяетс.я закон изменения угла коммутации вентилей. Таким образом,, предлагаемое устройство в отличие от известного дает большой технический эффект, значительно расширяя его функциональные возможности в исследованиях переходных процессов. Устройство позволяет исследовать переходные и стационарные процессы не тольков цепи постоянного тока(ток сглаживающего дросселя 1 .(b)(t),Ho и в цепях переменного тока - амплитудные значения фазных токов 3rr,o,xCt) , напряжения ) J активных и реактивныз составляющих напряжения Up С ) и Uj(.t/) и угла восстановления управляющей способности тиристоров |Ь(-Ь). Предлагаемое вьтолнение устройства позволяет моделировать злектромагнитные процессы в цепях постоянного и переменного токов и коммутационную устойчивость однофазных и трехфазньк автономных инверторов тока. По сравнению с известными устройствами предлагаемое дает возможность значительно сократить вычислительные средства, избавиться от контактных элементов и дополнительных полупроводниковых приборов, которые требуются для проектирования логических блоков, тем самым сократить машинное время (человекочась), сэкономить полезные производственные площади и повысить надежность исследуемого объекта. Формула изобретения Устройство для моделирования автономных инверторов тока, содержащее интеграторы, первый сумматор, выход которого через первый интегратор подключен ко входу второго интегратора и к первому входу второго сумматора, выход которого через третий интегратор соединен со входом четвертого интегратора и первого инвертора, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возмож ностей за счет воспроизведения электромагнитных процессов в цепях переменного тока, в устройство введены делитель, третий и четвертый сумматоры, выход которого через пятый интегратор соединен со входами второго инвертора ишестого интегратора,выход которого подключен к первому входу чет

вертого сумматора и седьмого интегратора, выход которого соединен с первыми входами третьего сумматора и делителя и со входом третьего инвертора, выход которого подключен ко второму входу четвертого сумматора, третий вход которого соединен с выходом второго инвертора, выход первого интегратора непосредственно подключен к четвертому входу четвертого сумматора и через четвертый инвертор-к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен 8

и делителя являются соответственно выходами устройства амплитудных значений фазных напряжений нагрузки и значения угла коммутации вентилей. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

с. 185.

кл. G 06 G 7/62, 1977(прототип). 710 с выходом второго интегратора, подключенным ко входам пятого инвертора и восьмого интегратора, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, и с пятым входом четвертого сумматора и со входом пятого нивертора, выход которого подключен к третьему входу первого сумматора, выход пятого инвертора соединен с шестым входом четвертого сумматора и с третьим входом второго сумматора, четвертый и пятый входы которого подключены соответственно к выходам первого инвертора и четвертого интегратора, соединенным со входом девятого интегратора, выход которого подключен ко вторым входам третьего сумматора и делителя и через шестой инвертор - к шестому входу второго сумматора, выходы третьего сумматора