Устройство для моделирования двигателя постоянного тока Советский патент 1982 года по МПК G06G7/62 

1

Изобретение относится к вычисли- тельной технике и может быть исполь зовано при исследовании . реверсивных вентильных электроприводов.

Известно устройство для моделирования двигателя постоянного тока, . содержащее последовательно соединенные первый и второй интеграторы, четыре, инвертора и шесть разделительных элементов, которое обеспечивает моделирование двигателя постоянного тока с высокой точностью в режиме непрерывного и прерывного тока при различных направлениях тока через двигатель l .ts

Недостатком этой модели двигателя постоянного тока является тр, что на его входы следует подавать напряжение, форма которого должна 20 соответствовать режиму тока нагрузки, что приводит к усложнению моделей систем реверсивных вентильных элект ропри водо в.

Наиболее близхим к предлагаемому является устройство для моделирования двигателя постоянного тока содержащее инвертор, операционный усилитель с релейной характеристикой, два разделительных диода и три суммирующих интегратора, первые входы которых являются входами устройства, а выходы первого и второго суммирующих интеграторов соединены с соответствующими входами операционного усилителя с релейной характеристикой, выход которого через разделительные диоды соединен с вторыми входами первого и второго суммирующих интеграторов и первым входом третьего интегратора, выход которого соединен с входом инвертора и является выходом устройства. Выход инвертора подключен к третьим входам первого и второго, суммирующих интеграторов, второй вход .третьего суммирующего интегратора является третьим входом устройства 2 .

Это устройство обеспечивает точное моделирование двигателя постоянного тока при питании его от вентильных преобразователей в случае раздельного управления группами вентилей, а также при совместном управлении, когда отсутствуют уравнивающие токи между группами.

Такое устройство не обеспечивает точного моделирования при питании двигателей постоянного тока от вентильных преобразователей (ВП) с совместным управлением, работающих с уравнительными токами.

Цель изобретения - повышение точности моделирования двигателя постоянного тока при питании от управляемых реверсивных вентильных преобразователей с совместным управлением.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для моделирования двигателя постоянного тока, содержащее первый, второй и третий суммирующие интеграторы, операционный усилитель с релейной характеристикой, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго суммирующих интеграторов, инвертор и два разделительных диода, первые входы первого и Btoporo суммирунядих интеграторов соответственно являются первым и вторым входами устройства, а вторые входы - соответственно через первый и второй разделительные диоды подключены к выходу операционного ус лителя с релейной характеристикой, первый вход третьего суммирующего интегратора является третьим входом устройства, а выход - является выходом устройства, введены интегратор, первый, второй и третий инвертирующие сумм;аторы, четыре ключа и резистивный сумматрр, причем выход первого суммирующего интегратора под.ключен к первому входу первого инвертирующего сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго суммирующего интегратора, а выход первого инвертирующего сумматора подключен к второму входу третьего суммирующего интегратора к первому входу резистивного сумматора и к первому входу второго инвертирующего сумматора, выход третьего суммирующего интегратора подключен к третьему входу первого суммирующего интегратора, к второму входу резистивного сумматора, к второму входу второго инвертирующего сумКатора и к третьему входу второго суммирующего интегратора, выход первого суммирующего интегратора подключен к третьему входу резистивного сумматора, первый вход первого суммирующего интегратора подключен к четвертому i входу резистивного сумматора, а четвертый вход первого суммирующего интегратора - к пятому входу резистивного сумматора и к выходу первого ключа, информационный вход которого подключен к выходу инвертора, вход которого подключен к выходу третьего инвертирующего сумматора, к входу интегратора и к информационному входу второго ключа, выход второго суммирующего интегратора подключен к третьему входу второго инвертирующего сумматора, первый вход второго суммирующего интегратора подключен к четвертому входу второго инвертирующего сумматора., четвертый t вход второго суммирующего интегратора подключен к выходу второго ключа и к пятому входу второго инвертирующего сумматора, выход которого подключен к информационному входу третьего ключа, выход третьего ключа подключен к первому входу третьего инвертирующего сумматора, второй вхо которого подключен к выходу четвертого ключа, а третий и четвертый входы соответственно являются четвертым и пятым входами устройства, выход резистивного сумматора подключен к информационному входу четвертого ключа, выход интегратора подключен к управляющим входам первого и второго ключей, а выход операционного усилителя с релейной характери стикой подключен к управляющим входам третьего и четвертого ключей.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для моделирования двигателя постоянного тока; на фиг. 2 - схема замещения силовой цепи реверсивного вентильного преобразователя и двигателя постоянного тока.

Устройство для моделирования двигателя постоянного тока содержит первый суммирующий интегратор 1, первый инвертирующий сумматор 2, третий суммирующий интегратор 3, первый ключ А, инвертор 5, третий инвертирующий сумматор 6, четвертый ключ 7, интегратор 8, операционный усилитель 9 с релейной характеристи кой , третий ключ 10, развязывающие диоды 1-1 и 12, второй суммирующий интегратор 13, второй ключ И, второй инвертирующий сумматор 15, резистивный сумматор 16. Устройство для моделирования двигателя постоянного тока работает следующим образом. При совместном управлении .группами вентилей реверсивного вентильного преобразователя (ВП) ток нагрузки формируется электродвижущей силой (ЭДС) нечетной Ц и четной l групп. В этом случае моделирование процессов в системе вентильный преобразователь - двигатель постоянного тока (ВП-ДПТ) осуществляется по уравнениям {R Rj+i4L LjA e,-e (1) при ц i 5- 0| (R+Ra)i4L+L,).,-e при i 0; 2 t i О, где Ц и.1 ; l и i - ЭДС и ток, соответственно первой и второй групп вентилей преобразователя; R;i и R2 и Lg - активное сопротивление и индуктивность цепи соответственно первой и второй группы;ей}.- ЭДС и ток двигателя, R и L - активное сопротивление и индуктивность двигателя. При наличии уравнивающего тока мо делирование процессов в системе следует вести с учетом направления тока через двигатель по уравнениям e.R.,.L.4R,HVL,. ,-0-, (4) Ai H.,-, e.R..L.,.,,.L,..e, 0,:(6) которые составлены на основании схемы замещения ВП-ДПТ, которая изображена на фиг. 2, При отсутствии тока в двигателе () токи первой и второй групп еен тилей (i и io) равны и могут быть определены из уравнения (i) (.(.г Г - Если в двигателе протекает ток (0) и есть уравнивающий ток между группами вентилей, то из уравнений (3)-(5) можно записать (.Vu(ua,).(R,.i,.l/,)5 (R,+ R,..,4iL,.y.°f e,-e,-(R,,UL,.), где R.,.i2+L(di2/dt) - составляющая падения напряжения на первом уравнительном реакторе (R, L) от тока второй группы вентилей (в данном случае уравнивающего), di«/dt - составляющая падения напряжения на первом уравнительном реакторе от тока двигателя. При решении дифференциальных уравнений (8) и (9) рационально применить косвенный метод определения производных | .Je -e-il +Rli-(R ч +1 Jii. dtl ,K)i K, ja,--J. -, HOv .,,)vU,.oL,|).-b. Если в двигателе протекает ток (i . 0) и есть уравнивающий ток, то из уравaatcнений (k), (5) и (6) можно получить .Vo(,v|j e,-e.R,.vLr|f);, i(2) где (R i +t-2di /dt) - составляющая падения напряжения на втором уравнительном реакторе (Rj, Lg) от тока первой группы вентилей (в данном случае уравнительного); + L2 (d;/dt)j --составляющая падения напряжения на втором уравнительном реакторе от тока двигателя. Прирешении дифференциальных уравнений (12) и (13) определение производных величин возможно по выраениямVR.Vv(M e,-e,.(R,.i4L,), 79 u,,;t.-4«.«--(«.M4-t) . .U,|{e,eaRrR,-.(RvoL.): Таким образом при наличии тока в двигателе моделирование уравнительного тока должно осуществляться по уравнению (9) или (13), а при его отсутствии 7 по уравнению (7). Если принять условия R R2 const и Ц 12 const, то из уравнения (71 следует при 0j - 11т4 ге.-1«,Ь1.. diUMfe) , .h-f e.-ej-lRj-i 4u (17) Для нахождения неизвестных составляющих в уравнениях (16) и (17) следует : :.пользоваться выражениями (10) или (1«). При отсутствии уравнивающего тока ток двигателя следует искать по уравнениям (1) и (2), в противном случае необходимо пользоваться выражениями (8) и (12), используя для нахождения неизвестных составляющих уравнения (16) и (17). Согласно предложенной методике раз работана модель двигателя постоянного тока (фиг. 1) при питании от ревер сивного ВП с совместным управлением, учитывающая протекание уравнивающего тока между группами. Предлагаемая модель имеет переменную структуру, как и известная система ВП-ДПТ. Модель работает следующим образом : На суммирующие интеграторы 1 и 13 подаются ЭДС нечетной Ц (вход 1) и четной (вход 2) rpijnn вентилей, соответствующие режиму непрерывного, трка. Выходные напряжения суммирующих интеграторов 1 и 13 пропорциональны току двигателя, а выходное напряжение суммирующего интегратора 3 - частоте вращения вала двигателя. С помощью операционного усилителя 9 с релейной.характеристикой осуществляется блокировка одного из суммирующих интеграторов (1 или 13) в зависимости от направления тока через двигатель.. На инвертирующем сумматоре 6 производится суммирование ЭДС групп вентилей - Ц и-. 12 с составляющей падения напряжения на пер0Го вом или втором уравнительном реакторе от протекания тока двигателя. На выходе интегратора 8 мрделируется выхо уравнивающий ток. На выходе сумми J Jрующего интегратора 3 моделируется напр напряжение, пропорциональное частоте вращения вала двигателя, так как на anon. его входы поступают напряжения, пропорциональные нагрузке и тому двигателя. Переменная структура модели реализуется с помощью ключей , 7, 10 и 1 которые могут быть созданы с помощью элементов АВМ. Ключи работают следующим образом. При наличии уравнивающего тока (напряжение на выходе интегратора 8 не равно нулю) замыкаются ключи и Tt, в противном случае они разомкнуты. Если ток двигателя 1 О, то замыкается ключ 7 и размыкается ключ 10 (в этом случае напряжение на выходе суммирующего интегратора 1 не равно нулю). Если ток двигателя О (напряжение: на выходе суммирующего интегратора 13 не равно нулю), то замыкается ключ 10 и размыкается ключ 7. Блоки 2, 5 и 15 работают как инверторы. Таким образом предлагаемое устройство учитывает переменную структуру системы реверсивный вентильный преоб.разователь с совместным управлением двигатель постоянного тока и позволяет с высокой точностью моделировать процессы в ней с учетом характера тока нагрузки и уравнительного тока. Данная модель двигателя постоянного тока может быть применена для исследования с высокой точностью вентильного электропривода постоянного тока. Это расширяет возможности использования аналоговых вычислительных машин при решении задач анализа и синтеза систем вентильного электропривода постоянного тока методом математического моделирования на АВМ. Формула изобретения Устройство ,для моделирования двигателя постоянного тока, содержащее первый, второй и третий суммирующие интеграторы, операционный усилитель с релейной характеристикой, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго суммирующих интеграторов, инвертор и два разделительных диода, первые входы первого и второго суммирующих интеграторов соответственно являются первым и вторым входами устройства, а -вторые входы соответствен но через первый и второй разделитель ные диоды подключены к выходу операционного усилителя с релейной характеристикой, первый вход третьего сум мирующего интегратора является треть входом устройства, а выход является выходом устройства, отличаю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены интегратор, первый, второй и третий,инвертирующие сумматоры, че тыре ключа и резистивный сумматор, причем выход первого суммирующего интегратора подключен к первому входу первого инвертирующего сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго суммирующего интегратора а выход первого инвертирующего сумматора подключен к второму входу тре тьего суммирующего интегратора, к первому входу резистивного сумматора и к первому входу второго инвертирую ющего сумматора, выход третьего суммирующего интегратора подключен к тр тьему входу первого суммирующего интегратора, к второму входурезистивного сумматора, к второму входу второго инвертирующего сумматора и к третьему входу второго суммирующего интегратора, выход первого .суммирующего интегратора подключен к третьему входу оезистивного сумматора, пер вый вход первого суммирующего интегратора подключен к четвертому входу резистивного сумматора, а четвертый вход первого суммирующего интегратора - к пятому входу резистивного сумматора и к вьГходу первого ключа, информационный вход которого подключен к выходу инвертора, вход которого подключен к выходу третьего инвертирующего сумматора, к выходу интегратора и к информационному входу второго ключа, выход второго суммирующего интегратора подключен к третьему входу второго инвертирующего сумматора, первый вход второго суммирующего интегратора подключен к четвертому входу второго инвертирующего сумматора, четвертый вход второго суммирующего интегратора подключен к выходу второго ключа и к пятому входу второго инвертирующего сумматора, выход которого подключен к информационному входу третьего ключа, выход третьего ключа подключен к первому входу третьего инвертирующего сумматора, второй вход которого подключен к выходу четвертого ключа, а третий и четвертый входы соответственно являются четвертым и пятым входами устройства, выход резистивного сумматора подключен к информационному входу четвертого.ключа, выход интегратора подключен к управляющим входам первого и второго ключей, а выход операционного усилителя с релейной характеристикой подключен к управляющим входам третьего и четвертого ключей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР бЗОбЗЗ, кл. G 06 G 7/62, 1976. 2./ BTopCKoe свидетельство СССР 661570, кл. G 06 G 7/62, 1977 (прототип).

....1.1. -. I 1.1 . . . I . . .- .. .ПШ Ill ff I

Л Г1 i.FlP

r-Tv

1

Г