Устройство для моделирования семейства квазистатических петель магнитного гистерезиса Советский патент 1982 года по МПК G06G7/25 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СЕМЕЙСТВА КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ ПЕТЕЛЬ МАГНИТНОГО ГИСТЕРЕЗИСА

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для г/юделирования низковольтных электрических систем, содержащих ферромагнитные сердечники. Известно устройство для моделирования магнитного гистерезиса, содержащее блоки неоднозначной функции (гистерезис задается либо в виде эллипса, либо другой замкнутой кривой) блоки воспроизведения кривой намагничивания и операционный усилитель. Принцип работы известного устройства заключается в том, что неоднозначная функция преобразуется с помощью блока воспроизведения кривой намагничивания в петлю гистерезисе tl. Недостатками известного устройства являются невысокая точность моделирования и сложность вариации гистерезисных характеристик. Известно также устройство для моделирования петли гистерезиса с другим прин1 ипом работы. Это устройство содержит блок задания аргумента, блок, дифференцирования, блок управления, ключ, интегратор, функциональные преобразователи и блок перемножения, :первый вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя, а второй вход - к выходу второго функционального преобразователя, причем выход блока перемножения через интегратор соединен со вторыми входами функциональных преобразователей 2 . Известное устройство реализует математическую модель следующего вида: Т((В,Н) г О 1Ф(В.Н),||-, ЦГО ; где В - магнитная индукг ия; .Н - напряженность магнитного поля. Устройство содер1 т функциональные преобразователи двух переменных, воспроизводящие функции Ф и Ф). 3 . I 9 Функции Ф и Ф должны быть предвар тельно вычислены по заданному семей ству петель гистерезиса, полученном экспериментальным путем. Такая обра ботка данных, а также набор этих (функций на функциональных преобразо вателях являются трудоемкими процедурами. Сокращение этой трудоемкости за счет уменьшения числа узлов приводит к уменьшению точности моде лирования. Наиболее близким к предлагаемому яЬляется устройство для моделирования гистерезисных характеристик, со держащее помимо функциональны х блоков ветвей и управляющего логического элемента также блоки запоминания и стирания наибольшего и наименьшего значения аргумента (индукции В), а также функциональный блок основной кривой намагничивания 33Недостаток известного устройства состоит в toM, что оно не обеспечивает достаточную точность моделирования семейств петель магнитного гистерезиса. Цель изобретения - повышение точности моделирования семейства петель магнитного гистерезиса. Указанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования семейства квазистатических петель магнитного гистерезиса, содержащее блоки запоминания, соединенные своими входами с первым входом устройства и с выходами блока стирания, выходы которых соединены с информационными входами первого блока коммутации, блок воспроизведения кривой намагничивания, вход которого соединен с первым входом устройства а выход - -с первым информационным входом второго блока коммутации, второй информационный вход которого соединен с первым входом устрой ства третий информационный вход второго блока коммутации подключен « выходу первого блока коммутации, причем первый выход второго блока коммутации соединен с первым входом выходного сумматора, введен блок преобразования кривой намагничивания в восходящую и нисходящую ветви любой пет ли семейства, первый вход которого соединен со вторым выходом второго блока коммутации, второй вход блока преобразования кривой намагничивания в восходящую и нисходящую ветви соединен с третьим выходом второго блока коммутации, второй вход устройства соединен непосредственно с блоком стирания и с управляющими входами первого и второго блоков коммутации, первый и второй выходы блока преобразования кривой намагничивания в восходящую и нисходящую ветви петли соединены соответственно со вторым и третьим входами выходного сумматора. Блок преобразования кривой намагничиваний в восходящую и нисходящую ветви любой петли семейства содержит сумматор и блоки воспроизведения кривой намагничивания, причем первый вход сумматора является первым вхо.дом блока преобразования кривой на магничивания в восходящую и нисходя-, щую ветви любой петли семейства, вто-9рои вход сумматора, соединенный с входом второго блока воспроизведения кривой намагничивания, являетсй вторым входом блока преобразования кривой намагничивания, в восходящую и нисходящую ветви Любой петли семейства, выход сумматора соединен с входом блока воспроизведения кривой намагничивания, выход которого является выходом блока преобразования кривей намагничивания в восходящую и нисходящую ветви.любой петли семейства, выход Второго блока воспроизведения кривой намагничивания является вторым выходом блока.. На чертеже представлена блок-схема устройства для моделирования семейства квазистатических петель магнитного гистерезиса. Устройство содержит блоки 2 запоминания, блок 3 стирания, первый блок Ц коммутации, второй блок 5 коммутаций, блок 6 воспроизведения кри вой намагничивания в восходящую и НИСХОДЯ1ЦУЮ ветви любой петли семейства, блок 7 воспроизведения кривой намагничивания , сумматор 8, второй блок 9 воспроизведения кривой намагничивания, первый блок 10 воспроизведения кривой намагничивания, выходной сумматор 11. Устройство работает в зависимости от исходного магнитного состояния сердечника следующим образом. Реализуется математическая модель V llrвосходящаяветвь ,п +П«Р « 1 Й 0 нисходящая ветвь , где 3... и .наибольшие значения намагниченности и напряженности магнитного поля; Оункциональная зависимость, обратная кривой намагничивания. В случае размагниченного сердечника выход блока 7 воспроизведения кривой намагничивания подключается входу выходного сумматора 11, а соединение между входами блока 6 воспроизведения кривой намагничивания в восходящую и нисходящую ветви любо петли семейства и выходом первого блока коммутации и первым входом устройства разрывается коммутатоt OM 5.J При первой смене знака-- комму|гатор 5 необратимо отключает блок 7 воспроизведения кривойнамагничивания от входа выходного сумматора 11 и соединяет выход первого блока коммутации с входами блока 6. Если намагниченность убывает, то к момей ту срабатывания второго коммутатора 5 в запоминающий блок ,1 заносится наименьшее значение аргумента Зу по достижении которого намагниченность начинает возрастать. При этом срабатывает первый блок k коммутации , подключая через второй блок 5 коммутации выход запоминающего блока к первому входу сумматора 8 и k входу блока 9 воспроизведения кривой намагничивания, и одновременно срабатывает блок 3 стирания, которы подготавливает запоминающим блок 2 к занесению в него очередного наибольшего значения намагниченности (+1). На выходе сумматора 8 формируется аргумент () функции, воспроизведения кривой намагничивания, наименьшее значение напряженности магнитного поля с обратным знакбм (-Нт). Выходные сигналы с блоков 9 и 10 подаются на входы сумматора 11 на выходе которого воспроизводятся значе ия напряженности магнитного п ля, соответствующие восходящей ветв петли гистерезиса. Как только намaгничe нocть достигает наибольшего значения, происходит изменение знака производной намагниченности, При этом срабатывает блок 4 коммутации, отключая от первого входа устройства второй блок 5 коммутации, бпок 2 запоминания, в который занеслось наибольшее значение намагниченности обратное по (+1), Одновременно блок 3 стирания пoдгoтaвливaet запоминающий блок 1 к запоминанию следующего наименьшего значения намагниченности, а на выходе устройства воспроизводятся значения напряженности магнитного поля для нисходящей ветви гистерезиса. В дальнейшем процессе повторяется аналогичным образом. В случае, когда первоначально сердечник находится в состоянии остаточной намагниченности, блокируется срабатывание второго блока 5 коммутации, причем его начальное и последующее состояния таковы, что через него соединены первый вход устройства, выход первого блока k коммутации со входами блока б преобразования кривой намагничивания, а выход блока 7 воспроизведения крнвой намагничивания от от входа выходного сум атора 11. Кроме того, на запоминающих блоках 1 или 2 задается одно из значений намагниченности - наибольшее или наименьшее в зависимости от знака производной намагниченности - . Далее устройство работает так же, как в случае первоначально размагниченного сердечника, после того, как второй блок 5 коммутации сработает необратимо. Использование функционального блока, преобразующего кривую намагничивания в восходящую и нисходящую ветви любой петли семейства по известным формулам tH, позволяет повысить точность моделирования семейства квазистатических петель магнитного гистерезиса. Формула изобретения 1. Устройство для моделирования семейства квазистатических петель магнитного гистерезиса, содержащее блоки запоминания, соединеннее своими входами с первым входом устройства и с выходами блока стирания, выходы которых соединены с информационными входами первого блока коммутации, блок воспроизведения кривой намагничивания, вход которого соединен с первым входом устройства, а выход с первым информационным входом второго блока коммутации, второй информационный вход которого соединен с nejjвым входом устройства,;- третий информационный i. вход втррого блока коммутации подключен к выходу первого блока коммутации, причем первыйвыхо второго блока коммутации соединен с первым входом выходного сумматора, отличающ с я тем, что, fцелью повышения точности моделиров ния семейства петель, в него введен блок преобразования кривой намагничи вания в восходящую и нисходящую ветви любой петли семейства, первый вход которого соединен со вторым выходом второго блока коммутации, второй вход блока преобразования кривой намагничивания в восходящую и нисходящую ветви соединен с третьим выходом второго блока коммутации, второй вход устройства соединен непосредственно с блоком стирания и с уп равлящими входами первого и второго блоков коммутации, первый и второй выходы блока преобразования кривой намагничивания о восходящую и нисЬ одящую ветви петли соединены соответственно со вторым и третьим входа ми выходного сумматора. 2. Устройство по п, 1, о т л и -, чающееся тем, что блок преобразования кривой намагничивания в восходжцую и нисходящую ветви любой

л.

петли семейства содержит сумматор и блоки воспроизведения кривой намагничивания, причем первый вход сумматора является первым входом блока преобразования кривой намагничивания в восходящую и нисходящую ветви любой петли семейства, второй вход сумматора, соединенный с входом второго блока воспроизведения кривой намагничивания, является вторым входом блока преобразования кривой намагничивания, в восходящую и нисходящую ветви любой петли семейства, выхоД сумматора соединен с входом блока воспроизведения кривюй намагничивания , выход которого является выходом блока преобразования кривой намагничивания в восходящую и нисходящую бетаи любой петли семейства, выход второго блока воспроизведения кривой намагничивания является вторым выходом блока. Hctoчники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 302729, кл. G 06 G 7А8, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 525972, кл. G 06 G 7/25, 1976. 3.Авторское свидетельство СССР № 39897, кл. G 06 G 7А8, 1973 (прототип),