Устройство для моделирования тиристора

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТИРИСТОРА, содержащее первый сумматор, первый и второй входы которого являются соответствукяцими входами устройства, второй вход которого соединен с входом блока формирования управпя ацего напряжения, выход которого подключен к входу генератора пилообразного напряжения, вьпсод которого соединен с входом узла нелинейности типа сухое трение, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности моделирования и повышения надежности, оно дополнительно содержит второй сумматор и разделительный диод, причем первый вход второго сумматора соединен с выходом первого сумматора, а второй вход второго сумматора подключен к катоду разделительного диода, анод которого соединен с ш 1ходом узла нелинейности типа сухое трение. выход второго сумматора является выходом устройства, блок формирования управля1шцего напряжения содержит операционный усилитель, два выпрямительных диода, переменный резистор , один вывод которого подключен к шине постоянного положительного потенциала, а другой вывод соединен с выходом операционного усилителя , являкяцегося выходом блока формирования управляющего напряжения , и с анодом первого выпрямительного диода, катод которого и анод второго выпрямительного диода подключены к входу операционного усилителя i и одному выводу резистора, другой вывод которого является входом блока (Л формироватя управляющего напряжения, катод второго выпрямительного диода соединен с подвижным выводом переменного резистора. 2. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что генератор пилообразного напряжения выполнен в виде интегратора на операционх ном усилителе, вход которого подключен к эмиттеру первого транзистора , а выход - к эмиттеру второго со транзистора, коллектор второго транзистора и база первого транзистора объединены, объединены также коллектор первого транзистора и база второго транзистора и подключены к подвижному контакту потенциометра, один вывод которого соединен с шиной положительного потенциала, а другой с шиной нулевого потенциала.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) д) С 06 С 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2i) 3543130/18-24 (22) 11.01.83 (46) 07.05.84. Бюп. Р 17 (72) С.Ю. Александровский, Е.Н. Вере» щаго и А.П. Мещанинов (71) Николаевский ордена Трудового

Красного Знамени кораблестроительный институт им. адм. С. О.Макарова (53) 681. 3 (088. 8) (56) . Авторское свидетельство СССР

Р 402883, кл. G 06 G 7/48, 1971.

2. Колчев Е.В. Метельский В.П., Стульников В.И. Моделирование тиристорных электроприводов. Киев, "Техника", 1980, с. 9-12, 25-30. (54)(57) l. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТИРИСТОРА, содержащее первый сумматор, первый и второй входы которого являются соответствующими входами устройства, второй вход которого соединен с входом блока формирования управляющего напряжения, выход которого подключен к входу генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с входом узла нелинейности типа "сухое трение", о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования и повышения надежности, оно дополнительно содержит второй сумматор и разделительный дгод, причем первый вход второго сумматора соединен с выходом первого сумматора, а второй вход второго сумматора подключен к катоду разделительного диода, анод которого соединен с выходом узла нелинейности типа "сухое трение", выход второго сумматора является выходом устройства, блок формирования управляющего напряжения содержит операционный усилитель, два выпрямительных диода, переменный резистор, один вывод которого подкл) чен к шине постоянного положительного потенциала, а другбй вывод соединен с выходом операционного ;силителя, являющегося выходом блока формирования управляющего напряжения, и с анодом первого выпрямительного диода, катод которого и анод второго выпрямительного диода подключены к входу операционного усилителя и одному выводу резистора, другой вывод которого является входом блока формирования управляющего напряжения, катод второго выпрямительного диода соединен с подвижным выводом переменного резистора.

2. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что генератор пилообразного напряжения выполнен в виде интегратора на операционном усилителе, вход которого подключен к эмиттеру первого транзистора, а выход " к эмиттеру второго транзистора, коллектор второго транзистора и база первого транзистора объединены, объединены также коллектор первого транзистора и база второго транзистора и подключены к подвижному контакту потенциометра, один вывод которого соединен с шиной положительного потенциала, а другой— с шиной нулевого потенциала.

1091190

45

55

Изобретение относится к моделированию процессов, систем и устройств с помощью аналоговых вычислительных машин и может быть использовано в аналоговых моделях систем и устройств 5

У содержащих тиристоры.

Известны устройства для моделирования тиристора совместно с системой управления. Одно из них содержит два диода, одноименные

10 электроды которых соединены между собой через первый резистор и подключены через второй и третий резисторы к входу инвертирующего усилителя, выход которого через четвертый резистор соединен с входом интегрирующего усилителя, соединенного с вторым электродом первого диода через пятый резистор, а второй электрод второго диода соединен через шестой резистор с входом суммирующего усилителя (1) .

В другом устройстве выход первого операционного усилителя через пер25 вый резистор подключен к первому диоду и второму резистору, который соединен соответственно с вторым диодом и третьим резистором, четвертый резистор подключен.к одноименным электродам первого и третьего диодов, З0 чричем третий диод через второй и третий операционные усилители подключен к второму диоду (2) .

Однако эти устройства не позволяют моделировать ток через тиристор, 35 имеют ограниченный угол управления тиристором и обладают недостаточно высокой точностью моделирования из-за наличия сумматоров на резисторах.

Кроме того, представляет определен- 40 ную трудность наладка устройств.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, моделирующее тиристор совместно с последовательно соединенными активным сопротивлением и индуктивностью и системой управления.

Модель тиристора представляет собой операционный усилитель, в обратной связи которого включены параплельно друг другу конденсатор, резистор, диод и нормально разомкнутый контакт поляризованного реле, а выход соединен через диод с одной обмоткой поляризованного реле, вторая обмотка которого подключена к модели система уп" равления, модель узла синхронизации которой выполнена на нормально эамкнутом контакте поляризованного реле, который запускает модель генератора пилообразного напряжения, реализованную на операционном усилителе, в обратной связи которого параллельно конденсатору включены резистор и нормально разомкнутый контакт поляризованного реле. Выход этого операционного усилителя соединен с входом операционного усилителя со стабилитроном в обратной связи, на второй вход которого подается напряжение регулирования, а выход через дифферен. цирующую цепочку и диод соединен с второй обмоткой поляризованного pej3j (1аличие поляризованного реле делает работу устройства ненадежной, а при моделировании в реальном масштабе времени вообще невозможной.

Устройство обладает недостаточно высокой точностью из-эа моделирования тиристора совместно с последовательно соединенными активным сопротивлением и индуктивностью и наличия поляризованного реле, не позволяет моделировать падение напряжения на тирис. торе. Кроме того, представляет определенную сложность наладка модели иэ-за наличия стабилитрона и поляризованного реле, параметры которых необходимо подбирать, необходимости расчета и установки коэффициентов на операционном усилителе, моделирующем тиристор.

Цель изобретения — повышение точности моделирования и повышение на-дежности устройства.

Эта цель достигается тем, что в устройство для моделирования тйристора, содержащее первый сумматор, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами устройства, второй вход которого соединен с входом блока формирования управляющего напряжения, выход которого подключен к входу генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с входом .узла нелинейности типа "сухое трение", введены второй сумматор и разделительный диод, причем в цепи обратной связи второго сумматора включен ограничительный диод, анод которого соединен с входом операционного усилителя второго сумматора, а катод - с выходом второго сумматора, первый вход второго сумматора соеди109 l нен с выходом первого сумматора, второй вход второго сумматора подключен к катоду разделительного диода, анод которого соединен с выходом узла нелинейности типа "сухое треtl ние, выход Ъто!.: о сумматора является выходом устройства, блок формирования управлякицего напряжения содержит операционньпЪ усилитель, два выпрямительных диода, |еременный резис- 10

Устройство содержит входы 1 и 2, первый сумматор 3, содержащий операционный усилитель 4 и резисторы 5, второй сумматор 6, состоящий из резисторов 5, операционного усилителя

7 и ограничительного диода,8, блок

9 формирования управляющего напряжения, содержащий операционный усилитель 10, первый 11 и второй 12 вы45

50 прямительные диоды и переменный резистор 13 генератор 14 пилообразного напряжения ° включакнций конденсатор

15, операционный усилитель 16, потенциометр 17, транзисторы 18 и 19, разделительный диод 20, узел 21 нелитор, один вывод которого подключен к шине постоянного положительного потенциала, а другой вывод соединен с выходом операционного усилителя, являющегося выходом блока формирования управляющего напряжения, и с анодом первого выпрямительного диода, катод которого и анод второго выпрямительного диода подключены к входу операционного усилителя и од- 20 ному выводу резистора, другой вывод которого является входом блока формирования управляющего напряжения, катод второго выпрямительного диода сОедннен с подвижным выводом пере- 25 менного резистора.

Генератор пилообразного напряжения выполнен в виде интегратора на операционном усилителе, вход которого подключен к эмиттеру первого 30 транзистора, а выход — к эмиттеру второго транзистора, коллектор второго транзистора и база первого транзистора объединены, объединены также коллектор первого транзистора и база 3

35 второго транзистора и подключены к подвижному контакту потенциометра, один вывод которого подключен к шине положительного потенциала, а другой " к шине нулевого потенциала.

На фиг. I представлена схема устройства; на фиг. 2 - вершинные диагр амий °

190 4 нейности типа "сухое трение", включающий резисторы 22 и 23, операционный усилитель 24, диоды 25 и 26, потенциометры 27 и 28. Операционный усилитель 4 реализует уравнение

"т К Чк 2Мк где Uz — падение напряжения на тиристоре;

Vg Яц — потенциалы анода и катода;

К„К вЂ” коэффициенты передачи, ollределяемые отношением резистора в обратной связи к соответствующим входным резисторам;

Л1,1,л (у " масштабы напряжения и потенциала.

Обычно К1 =K = 1 ° ВыхОДнОЙ величиноЙ операционного усилителя 4 является падение напряжения на тиристоре U с обратным знаком. Это напряжение поступает на вход операционного усилителя 7, формирующего ток тиристора согласно уравнению

4 =К 5 1 т

mi ят где К = — - — коэффициент переда4 чи операционного усилителя 5, принимающий в зависимости от состояния моделирующего. тиристора два значения.

При открытом состоянии моделируемого тиристора К> принимает значение, равное проводимости тиристора

g в этом состоянии с учетом масштабов по току ш; и напряжению m, выбираемых из условия устойчивой работы. модели. В этом случае К3 определяется отношением резистора в обратной связи к входному резистору. При закрытом состоянии моделируемого тиристора, равном нулю, проводимость тиристора

К5=0.Ступенчатое изменение коэффициента передачи К обеспечивается диодом 8, включенным в обратную связь операционного усилителя 7, на второй вход которого через диод 20 подается напряжение управления У с выхода узла 2.

Выходной величиной операционного усилителя 10 является напряжение, изменяющееся по закону ,ГПС,, HqA) Oie

С О, при(А сО ° где U < - уровень напряжения синхронизации ЦС.

В обратной связи. операционного усилителя 10 включены диоды 1! и 12, 1091190 причем катод диода 11 и анод диода

12 подключены к входу операционного усилителя 10, катод диода 12 соединен с движком потенциометра 13, один конец которого подключен к источнику 5 постоянного положительного напряжения, а второй — к аноду диода 11 и к выходу операционного усилителя 10. Напряжение U< подается на вход операционного усилителя 16, выходной ве- 1О личиной которого является напряжение пилообразной формы U„ изменяющееся по закону

К 4 Uc„ t, пРи Uc=Uc и 09 npH Uc 0. л5

jБЧ% у при l Uni

Ь Ц 1 при i Unl >IUpl1 где Б, и 11„- уровни напряжения уп

Д равления Ug при закрытом и открытом

50 состояниях моделируемого тиристора, соответственно.

К нулевой точке операционного усилителя 24 подключены анод диода 25 и катод диода 26. Катод диода 25 сое

Я динен с движком потенциометра 27, анод диода 26 - с движком потенциометра 28. Одни выводы потенциометгде К4 — коэффициент передачи опера" ционного усилителя 16 равный обратной величине произведения емкости конденсатора

17 и входного, резистора;

t — время интегрирования напряжения синхронизации Uc

Кроме конденсатора 17 в обратную связь операционного усилителя 16 включены транзисторы 18 и 19, причем эмиттер транзистора 19 соединен с входом операцйонного усилителя 16, база — . с коллектором транзистора 18, коллект ; — с движком потенциометра 17 и базой транзистора 18, эмиттер которо- ЗО го соединен с выходом операционного усилителя 16. Один вывод потенциометра 17 заземпен, а на другой подается постоянное положительное напряже» ние. С выхода операционного усилителя З5

16 через входной резистор 22 пилообразное напряжение U< подается на операционный усилитель 24, другой входной резистор 23 которого подключен к отрицательному напряжению реги-40 лирования Up Выходной величиной операционного усилителя 24 является напряжение управления U, изменяющееся по закону ров 27 и 28 соединены с выходом операционного усилителя 23, а другие.с источниками постоянного напряжения соответствующих знаков. Напряжение управления U поступает на анод диода 20.

Работу устройства рассмотрим на примере тиристора, потенциал анода которого имеет синусоидальную форму.

При положительной полуволне анод" ного потенциала (0), диод-11 saкрыт, диод 12 открыт, напряжение синхронизации UcUc и имеет отрица1 тельный знак. Это напряжение интегрируется операционным усилителем 16 до тех пор, пока ф > О. В момент перехода кривой Щ через нуль напряжение Un Hà выходе операционного усилителя 16 достигает напряжения, снимаемого с движка потенциометра 17, в результате чего происходит разряд конденсатора 15 через аналог переходного транзистора, выполненного на транзисторах 19 и 18 ° Положительное напряжение пилообразной форма Uq сравнивается с отрицательным напряжением регулирования Up на операционном усилителе 24. При lUpl и _#_п.) диод 25 закрыт, диод 26 открыт, напряжение управления U имеет положительный знак. Значение напряжения управления

U, определяемое положением движка потенциометра 28, выбирается бальпим максимапьного значения падения напряжения на тиристоре U, которое снимается с находа операционного усйлителя 4 и в этом случае имеет отрицательный знак. Так как U,> 0 и (Ug„l) lUxl то диод 20 открыт, вследствие чего диод 8 иунтирует операционный усилитель 7, на выходе кото-" рого сигнал отсутствует (i> 0), что соответствует подаче на моделируеьый тиристор напряжения отпирающей полярности и отсутствию при этом управляющего импульса. Как .только напряжение пилообразной формы Uä превысит напряжение регулирования Ур(1Un)> ф ), диод 26 закроется, диод 25 откроется и на выходе операционного усилителя 24 появится напряжение управления U Ups отрицательного энаЧ ка. В результате диод 20 и,следовательно,диод 8 закроются. На выходе операционного усилителя 7 появится сигнал (i ) О), что соответствует открытию моделируемого тиристора

1091190 вследствие подачи на его управляющий электрод управляющего импульса.

При q< c 0 диод 12 закрыт, диод 1! открыт и шунтирует операционный усилитель 10. Следовательно, напряжение синхронизации U =O и пилообразное напряжение U>=-0, в результате чего напряжение управления U =U> и имеет положительный знак. Диод 20 открыт. Кроме того, в этом случае падение напряжения на тиристоре I

U >A. Диод 8 открыт и шунтирует опет рацнонный усилитель 7, на выходе которого сигнал отсутствует (i =О), что соответствует подаче на моделируемый тиристор напряжения запирающей полярности.

1О

Изменяя значение напряжения регулирования U» можно регулировать 2О угол открывания моделирующего тиристора от 0 до 180 эл.град.

При необходимости моделирования тиристора, на катод которого подается потенциал синусоидальной формы, достаточно подключить входной резистор операционного усилителя 10 к потенциалу катода отрицательного знака (-Щ„). Если же потенциал катода поступает с положительным знаком 30 (Ц1,), а потенциал анода — с отрицательным (-(„), то необходимо подключить входной резистор к потенциалу катода 1, иэменить полярность включения диодов 8, 20, 11, l2, 25 и 26, полярность постоянных напряжений на потенциометрах 13, 17, 27 и 28, а также полярность напряжения регулирования Up. Кроме того, необходимо поменять местами транзисторы 19 и 18.

Предлагаемое устройство позволяет достаточно просто организовать исследование различных устройств и систем, содержащих как один, так и несколько тиристоров, потенциалы анодов и катодов которых могут быть произвольных знаков и форм. Простота наладки устройства обусловлена необходимостью расчета и установки одного коэффициента передачи операционногQ QCHJIHTBJIH 7 H pBHKKOB IIOтенциалов 17 и 28, положение которых зависит от произвольно выбранных резисторов 22 и 23, входных резисторов блоков 6 и 14, конденсатора

15, положения движка потенциометра

1Э. Устройство, позволяющее регистрировать как ток через тиристор, так и падение напряжения на нем, доведено до практической реализации и обеспечивает надежную работу при любых масштабах времени.

Ур

Составитель В. Фукалов

Редактор П. Макаревич Техред Т.Маточка Корректор А.Дзятко

Заказ 3082/46 Тираж 699 Подписное

ВНШШИ Государственного коиитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Иосква, И-35, Рауяская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.. Проектная, 4