Устройство для моделирования вентильного преобразователя Советский патент 1983 года по МПК G06G7/62 

Изобретение относится к вычислительной и преобразовательной технике, является средством анализа и проектирования вентильных преобразователей с помощью аналоговых вычислительных машин.

Известно устройство для моделирования вентильных преобразователей, содержащее группы каналов и моделирования выходного напряжения преобразователей 1 .

Указанное устройство сложно и не учитывает характер сопротивлений в цепях переменного и постоянного тока в преобразователях.

Наиболее близким к предлагаемому по техническо-й сущности является устройство для моделирования вентильного преобразователя, которое включает блок задания входных ЭДС, два канала моделирования токов вентилей, каждый из которых содержит сумматор, интегратор, блоки переключателей на входах сумматоров, ключи в обратной связи интеграторови нуль-органы 2.

Известное устройство имеет ббльиюе число.операционных усилителей, что ограничивает область его применения, в частности, при моделировании на одной аналоговой вычислительной машине

параллельной работы нескольких таких преобразователей или в совокупности с другими например системы бесперебойного трос набжения ответственных потребителей переменного тока, тем более в реальном мас1чтабе времени.

Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его надежности.

10

Указанная цель достигается тем, что устройство для моделирования вентильного преобразователя, содержащее ключи, блок задания входных ЭДС, выходы которого подключены к информа15ционным входам первого и второго переключателей, первый и второй сумматоры, выходы которых соединены с информационными входами первого и второго ключей соответственно, первый

20 и второй интеграторы с ограничителем в обратной связи, инверторы и нульорганы, выходы которых подключены к первому и второму входам блока распределения импульсов, третий вход кото25рого соединен с выходом блока формирования импульсов управления, группа выходов блока распределения импульсов подключена к управляющим входам первого и второго переключателей, пер30вый и второй выходы блока распределения импульсов соединены с управлякнцими входами первого и второго ключей соответственно, выход первого интегратора с ограничителем в обратной с,вязи через первый инвертор подключен к входу первого нуль-органа, выход второго интегратора с ограничителем (В обратной связи через второй инверто соединен с входом второго нуль-органа третий и четвертый сумматоры, первый и второй интеграторы, содержит четыре ключа, причем-первый выход первого переключателя подключен к входу первого инте1;ратора с ограничителем в обратной связи и информационному входу третьего ключа, управляквдий вход которого соединен с первым входом бло ка распределения импульсов, вьоход третьего ключа соединен с входом первого интегратора с ограничителем в обратной связи,выход которого подклю-i. ,чен к первому входу второго суммато-;. ра и к информационному входу четвер-1 того ключа, выход которого соединен с входом первого интегратора с ограничителем в обратной связи, управляюИий вход четвертого ключа подключен к третьему выходу блока распределения импульсов, первый выход второго переключателя соединен с входом второго интегратора с ограничителем в обратной связи и с информационньм входом пятого ключа, управляквдий вход которого подключен к второму выходу блока распределения импульсов, выход пятого ключа соединен с входом второго интегратора с ограничителем в обратной связи, выход которого подключен к первому входу первого сумматора и к информационному входу шестого ключа, выход которого соединен с входом второго интегратора с ограничителем .в обратной связи, управляквдий вход шестого ключа подключен к четвертому вькоду блока распределения импульсов, выход первого инвертора соединен с вторьм входом первого сумматора и с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу четвертого сумматора, выход которого через первый интегратор соединен с первым входом второго интегратора, выход которого подключен к второму входу второго интегратора и второму входу четвертого сумматора,, выход второго инвертора соединен с вторым входом второго сумматора и с вторым входом третьего сумматора, выход которого подключен к входам первого и второго интеграторов с ограничителем в обрат11ой связи и к третьим -входим, первого и второго сумматоров, выход первого интегратора соединен с входами первого и второго интеграторов с ограничителем в обратной связи. и с 4eTBepTfcflsuf входами первого и втс рого сумматоров,вторые выходы первого ; и второго переключателей подключены к пятым входам второго и первого сумматоров соответственно. , На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для моделирования вентильного преобразователя;на фиг.2- схема блока распределения импульсов; на фиг, 3 - временные диаграммы блока распределения импульсов. Устройство содержит два канала моделирования токов вентилей, состоящих из сумматоров 1 и 2, интеграторов 3 }3 4 с ограничителями 5 в обратной свяЭи, инверторов 6 и 7 и { уль-органов 8 и 9. На входы сумматоров и интегратрров через переключатели 10 и 11 поступают напряжения от блока 12 задания входных ЭДС. Управление переключателями 10 и 11 осуществляется блоком 13 распределения импульсов, на вход которого подаются сигналы с выходов нуль-органов 8 и 9 и блока 14 формирования импульсов управления. Сигналы с блока 13 управляют также ключами 15 и 16 в цепях обратных связей интеграторов 3 и 4. Ключами 17 20 блок 13 управляет в режиме коммутации вентилей управляемого выпрямителя. . Моделирование выходного напряжения и токов преобразователя обесЪечивается блоком 21 моделирования выходного напряжения. В случае индуктивного емкостного Г-образного фильтра и активной нагрузки блок 21 содержит сумматоры 22 и 23 .и интеграторы 24 и 25. На входы блока 21 подаются напряжения с выходов инверторов 6 и 7, пропорциональные токам вентилей управляемого выпрямителя. Блок 13 распределения импульсов (фиг. 2) управляет переключателями 10 и 11 во входных цепях сумматоров 1 и 2 и интеграторов 3 и 4 устройства для моделирования вентильного преобразователя в соответствии с алгоритмом работы вентильного преобразователя. Блок 13 распределения импульсов построен на элементе ИЛИ 26, триггерах 27-29, счетчике 30 и дешифраторе 31 импульсов (на фиг. 2 показан принцип действия блока распределения импульсов). Устройство работает следующим образом. Импульсы с блока 14 устанавливают триггер 27 в состояние, соответствующее замыканию ключей 17-20, т.е. реализуется коммутационный интервал работы вентилей преобразователя. Размыкание этих ключей происходит в момент снижения тока, закрывающего вентили до нуля. Контроль за знаком токов вентилей обеспечивается нуль-органами 8 и 3 устройства. Сигнал с нуль-органа 9 (8) устанавливает триггер 27 в состояние, соответствующее размыканию ключей 17-20 и включению очередного контакта переключателей 10 и 11, соответствующее следующему межкоммута ционному интервалу работы вентилей преобразователя. При замыкается один из ключей 15 (16)/ т.е. реализу ется отсутствие тока в одном из кана лов устройства, а другой ключ размыкается j т.е. реализуется формировани тока вентилей в другом канале устрой ства. . Электромагнитные процессы примени тельно к схеме трехфазного мостового управления описываются следующими ди ференциальными уравнениями.. В режиме работы двух вентилей; относительно фаз & , с справедливы следующие урав 1ения:dt 2ЦЧо . 1 о относительно фагз в, с;. diV е . j( Ll- {ft.} 21.,-Lo ° /bo Ч io Для режима работы трех вентилей (на интервале угла коммутации) следует -записать уравнения в нормальной фйр-т ме,. т.е. без производных в правой части: dt 1С1Ц+ ио)ЧЦНо)31- .bi ()к,. ..o) .(. () ЬдLI аь JL r biko}g , аГСС11,,4ЬоМЦ Ьо)31- и..Ч)у. .ro).) io i из уравнения (3) и (4) с учетом (1) и (2) можно получить обобщенные урав нения, учитывающие коммутационный (работа трех вентилей) и межкоммутационный (работа двух вентилей) интер валы работы управляемого выпрямителя dk. JQC Ъ . JJii .f-ihil li dt2Цио .mHi 2J XJfcfV ,р JLLi±ksalp ( O tolt; . Oc l.i(3L aUorbc ( (bVUo)l./i 4.41,, . UiUo) .. V . ,о)(31.1 +2Lo) O (2 +LoX3U +2Lo)4ijw I. : : dH. eftc Wrp r (u,vta) , dt Щ я::;; и;,ъ au .,c5u,+Uo)( .ft jM±kflL. ., а44Ьп)Г4. be Ц(5Ц+1Ц)х tbU, Ot,,2Lo)b, . 4tHri b.orH. 1 УО- -ГпЪо. ) . -1 tll.,-vUo)(b4+2XoVVCZVl4jX Vit.o J, где lac/ iJTc « ab - «ейныв ЭДС блока задания входных ЭДС 1 , i и i - ток вентилей; -j. 5 е 1д - выходной ток преоб разователя;и - напряжение нагрузки; - параметры цепи переменного тока преобразователя;Р - параметры фильтра на стороне постоянного тока; F - функция, реализующая интервал коммутации вентилей, т.6. работу трех вентилей, управляется блоком 13 распределения импульсов. В силу симметрии схемы и периодичноети работы вентилей электрические процессы на других интервалах периода i. описываются аналогичными уравнениями, Отличающимися лишь индексами линейных напряжений. Решение уравнений (1) и (2) или части (первые три члена) обобщенных уравнений (5) и (6), соответствующих межкоммутационному режнму работы уп равляемого выпрямителя, осуществляет1ся поочередно одним из каналов моделирования токов вентилей; решение уравнений (3) и (4) или уравнений ($) и 6 , соответствующих коммутацион :ому. режиму работы управляемого выпрямителя (включение ключей, реализуняцих функцию F), осуществляется при -одновременной работе двух каналов моделирования токов вентилей. Сукматоры 1 и 2, интеграторы 3 и 4, инверторы б и 7 и сумматор 23 в блоке 21 вычисляют выходной ток i, в режиме работы двух вентилей. В этом режиме ключи 17-20 разомкнуты, в режиме работы трех вен тилей период коммутации) формирование, выходного тока преобразователя происходит при одновременной работе двух каналов. Формирование токов вентилей происходит при разомкнутом ключе 15 (16) в цепи обратной связи интеграторов 3 (4), формирование токов вентилей в период коммутации происходит при замкнутых ключах 17-20. При замкнутом ключе 15 (16), реализующем прерывистый режим работы преобразователя, сигнал на выходе интегратора 3 (4) равен нулю и соответственно i О или 1з 0« Ограничители 5 в обратной связи интегратора 3(4) обеспечивают нулевое напряжение на их выходе при отрицательном сигнале с сумматора 1 (2) ,и переключателей 11 (10). Это соответствует запертому состоянию тиристора моделируемого преобразователя при отрицательном анодном напряжении. При положительном входном сигнале на интеграторах 3 и 4, что соответствует положительному анодному напряжению, осуществляется интегрирование входного сигнала. Размыкание ключей 15 и 16 и замыка ние ключей 17-20, т.е. реализация в уравнение 4 (5) функции F, происходит в момент появления импульса управ ления, замыкания одного из ключей 15 (16) Иразмыкание ключей 17--2С в момент снижения до нуля тока вентиля соответствующего канала (1 .или i) , Контроль за знаком токов вентилейобе спечивается нуль-органами 9 и 8. Блок 13 распределения импульсов управляет переключателями 11 и 10 во входных juenflx, сумматоров 1 и 2 и интеграторов З и 4.Коммутация этих переключателей происходит поочередно, осуществляя необходимый закон изменения напряжения, на входах сумматоров 1 и. 2 и интеграторов 3 и 4. Блок 14 может быть выполнен в виде задающего генератора Использование предлагаемого устрой ства с минимальным количеством операцио.нных усилителей позволит повысить точность и надежность моделирования сложных нелинейных электрических цепей вентильных преобразователей Построение структурных схем с минима/ ьным числом операционных усилителей позволяет моделировать на одной аналоговой вычислительной машине параллельную работу нескольких преобразователей и обеспечивает моделирование вентиль.ных преобразователей в реальном масштабе времени. формула изобретения Устройство для моделирования венти льного преобразователя,содержащее клю чи, блок задания входных ЭДС,выходы ко торого подключены к информационным входам первого и второго переключателей, первый и второй сумматоры,выходы которых соединены с информационными входами первого и второго ключей соот ветственно, первый и второй интеграторы с ограничителем в обратной связи, инверторы и нуль-органы, выходы которых подключены к первому и второму входам блока . распределения и sпyльсов, третий вход которого соединен с выходом блока формирования ш лпульсов управления, группа выходов блока распределения импульсов подключена к управляющим входам первого и второго переключателей, первый и второй выходы блока распределения импульсов соединены с управляющими входами первого и.второго ключей соответственно, вьЬсод первого интегратора с ограничителем в обратной связи через первый инвертор подключен к входу первого нуль-органа, выход второго интегратора с ограничителем в обратной связи через второй инвертор соединен с входом второго нуль-органа/ третий и четвертый сумматоры, первый и второй интеграторы, отличающеес я тем, что, с целью упрощения, оно содержит четыре ключа, причем первый выход первого переключателя подключен к входу первого интегратора с ограничителем в обратной связи и информационному входу третьего ключа, управляющий вход которого соединен с первым входом блока распределения импульсов, выход третьего ключа соединен с входом первого интегратора с ограничителем в обратной связи, выход которого подключен к первому входу второго сумматора и к информационному входу четвертого ключа, выход которого соединен с входом первого интегратора с ограничителем в обратной связи, управляющий вход четвертого ключа подключен к третьему выходу блока распределения импульсов, первый выход второго переключателя соединен с входом второго интегратора с ограничителем в обратной связи и с информационным входом пятого ключа, управляющий вход которого подключен к второму выходу блока распределения импульсов, выход пятого ключа соединен с входом второго интегратора с ограничителем в обратной связи, выход которого подключен к первому входу первого cyMJvfeTOра -и к информационному входу шестого ключа, вьоход которого соединен с входом второго интегратора с ограничителем в обратной связи, управляющий вход шестого ключа подключен к четвертому выходу блока распределения импульсов ,, выход первого интертора соединен с вторым входом первого сумматора и с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу четвертого сумматора, выход которого через первый интегратор соединен с первым входом второго интегратора, выход которого подключен к второму входу второго интегратора и второму входу четвертого сумматора, выход второго инвертора соединен с вторым входом второго сумматора и с вторым входом третьего сумматора, выход которого подключен к входам первого и второго интеграторов с ограничителем в обратной связи и третьим входом первого и второго сумматоров, выход первого интегратора соединен с входами первого и второго интеграторов с ограничителем в обратной связи и с четвертыми входами первого и BTQIрого сумматоров, вторые выходы первого и второго, переключателей подключен ны к пятым входам второго и первого cyivo/jaторов соответственно. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 308438 кл. G Об G 7/48, 1969.. 2.Авторское свидетельство СССР № 526923, кл. G Об G 7/62, 1974 (прототип) .

993293 /fMflWtfO n-iO