Электромеханическое устройство для решения алгебраических уравнений Советский патент 1954 года по МПК G06G7/32 

Предметом изобретения является электромеханическое счетно-решающее устройство для решения алгебраических уравнений вида jc-iuj/. Решение таких уравнении необходимо, например при расчете гидравлических сетей, когда они моделируются электрическими сопротивлениями, в которых протекают токи, проиорциональные расходам воды в со.ответствуюш,их сети трубопроводах. В такой электрической модели сопротивления должны регулироваться таким образом, что-бы протекаюш,ие в них токи изменялись пропорционально величине у, а падение на них напряжений было пропорционально величине х.

В известных электромеханических счетно-решающих устройствах, применяемых в электрических моделях, регулирование сопротивлений (потенциометров) обычно осуществляется вручную.

Особенностью описываемого устройства является совместное использование в нем следующих трех средств: подключение одного из сопротивлений к постороннему источнику тока; применение реверсивного электрического двигателя для перемещения подвижных контактов сопротивлений и использован.ю в качестве указанного электрического прибора двухобмоточного дифференциального реле, которое сравнивает напряжения (или токи) в цепях сопротивлений и служит для включения двигателя при небалансе магнитодвижущих сил обмоток.

На чертеже изображена электрическая схема описываемого устройства.

Принцип действия устрО|1ств;г основан на соответствии распределения токов по линиям электрической модели распределению расходов воды по линиям моделируемой гидравлической сети.

Для такого соответствия необходимо, чтобы падение напряжения V в линиях электрической модели находилось в такой же функциональной зависимости от силы тока 1, в какой потери напора Н в линиях моделируемой гидравлической сети находятся по отношению к расходу воды q.

Потери напора Н в гидравлических сетях выражаются формулой: ,(1)

где: S-сопротивление линии,

зависящее от длины, диаметра и состояния внутренней поверхности труб;

показатель степени ,75-i-2.

Падение напряжения в линиях электрической модели определяется законом Ома:

V.RI,(2)

где: R-электрическое сопротивление линии; V -падение напряжения на сопротивлении R; I-сила тока, протекающего через сопротивление R.

Формула (2) может быть представлена в виде:

V --rRil-nin,(3)

В этой формуле член может быть постоянной величиной:

.COnSt:::3:C. (4)

Полагая, что величина сопротивления S гидравлической линии при расчетах принимается тоже постоянной величиной для каждого конкретного случая, можно считать, что:

,(5)

где К-коэффициент пропорциональности.

При этом условии падение папряжения в линии электрической модели может быть выражено в виде:

.(6)

Если коэффициент пропорциональности К принять одинаковым для всех линий гидравлической сети, то распределение токов по линиям электрической модели окажется пропорциональным распределению расходов воды по линиям моделируемой гидравлической сети. Путем замера силы тока в линиях электрической модели возмои но определить расходы воды в моделируемой гидравлической сети. Для этого необходимо, чтобы сопротивления и линия электрической модели и гидравлической сети удовлетворяли уравнению, выведенному из сопоставления уравнений (4) и (5):

Rll-n: C KS или R: KSF-4 (7)

В частном случае, при квадратической зависимости потерь напора от расхода воды, т.е. при П--2, уравнение (7) примет вид: .

В этом случае необходимо обеспечить изменение сопротивлений, включенных в линии электрической модели в зависимости от изменения силы тока по формуле (8).

Изменение сопротивлени в описываемом устройстве осуществляется автоматически. Одно изних выполнено в виде потенциометра 7 с линетиго изменяемым сопротивлением, подключенным точками а н б к соответствующим узловым точкам электрической модели, а другое -в виде потенциометра 2 с сопротивлением, изменяемым соответственно показателю степени п, подключенным к источнику постоянного тока со стабильным напряжением.

Движки 3 п 4 потенциометров имеют общий привод и перемещаются посредством гайки 5, движущейся по ходовому винту 6. Ходовой винт получает вращение от реверсивного электродвигателя 7 через валик 8 и шестерни 9.

Для управления электродвигателем применено двухобмоточное дифференциальное реле JO, обмотки п, 12 которого включены параллельно или последовательно к изменяемым частям сопротивлений потенциометров 1,2.

Двухобмоточное реле снабжено двумя контактами, из которых контакт 13 включен в цепь обмотки 14 возбуждения электродвигателя, а контакт 75-в цепь обмотки 75-для реверсирования этого электродвигателя.

При равенстве токов в обмотках реле оба контакта разомкнуты и электродвигатель выключен. При превышении тока в одной из обмоток реле происходит замыкание одного из контактов, включение электродвигателя на прямой или обратный ход и перемещение подвижных контактов потенциометров в ту или другую сторону до тех пор, пока не сравняются напряжения (токи) в обеих обмотках реле. При этом произойдет автоматическое изменение сопротивления потенциометра 7, вследствие чего протекающий череа этот потенциометр ток изменится

пропорционально величине у, а падение на нем напряжения -пропорционально величине х.

Электрическая модель моделируемой гидравлической сети составляется из набора подобных устройств, включаемых в отдельные звенья модели и отображающих отдельные участки гидравлической системы. Возможно применить в устройстве основные сопротивления (потенциометры /) в таком количестве, чтобы каждому диаметру труб соответствовало отдельное сопротивление, и переход от диаметра к диаметру свести к электрическим переключениям - без необходимости каких-либо перестановок сопротивлений.

Предмет изобретения

1. Электромеханическое устройство для решения алгебраических уравнений вида , содержащее два переменных сопротивления со скользящими контактами, механически соединенными между собой, и электрический прибор, подключенный к этим сопротивлениям и служащий для автоматического изменения сопротивлений в зависимости от величины протекающего в приборе тока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы, одно из указанных сопротивлений выполнено в виде функционального потенциометра и подключено к постороннему источнику тока, для передвижения подвижных контактов потенциометра и сопротивления применен реверсивный электрический двигатель и в качестве упомянутого электрического прибора использовано двухобмоточное дифференциальное реле, подключенное своими обмотками к сопротивлению и потенциометру и служащее для включения электрического двигателя при небалансе магнитодвижущих сил обмоток. 2. Применение устройства по п. 1 в электрических моделях гидравлических сетей, составляемых из переменных электрических сопротивлений, отображающих отдельные участки гидравлической системы и обтекаемых токами пропорциональными расходам воды на данных участках.