Устройство для моделирования синхронных машин

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЖРОВАНИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН, содержащее блок моделирования продольной составляющей тока нагрузки, вьтолненный в виде Источника опорного напряжения , блок моделирования поперечной составляющей тока нагрузки, выполненный в виде источника опорного напряжения, блок моделирования напряжения возбуждения синхронной машины , выпопненный в виде источника опорного напряжения, три сумматора, пить инверторов, три интегратора, первый и второй операционные усилителя , выходы которых являются соответственно вькодами продольной и поперечной составляющих напряжения синхронной машины, выход первого инвертора подклочен к первому входу первого операционного усилителя и к первому входу первого сумматора, выход источника опорного напряжения блока моделирования продольной составляющей тока нагрузки соединен с вторым входом первого операционного усилителя, выход которого через второй инвертор подключен к второму входу первого сумматора, выход третьего инвертора соединен с первым входом второго операционного усилителя и с первым входом второго сумматора, выход источника опорного напряжения блока моделирования поперечной составляющей тока нагрузки подключен к второму входу второго операционного усилителя, выход которого через четвертьй инвертор соединен с вторым входом второго сумматора, выход первого сумматора W подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом источника опорно го напряжения блока моделирования напряжения возбуждения синхронной машины, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, 4 СО в него введены три дополнительных сумматора и два масштабных усилите| д ля, причем выход первого сумматора 00 49 подключен к первому входу первого дополнительного сумматора, выход которого соединен с входом первого инвертора и первого интегратора, выход которого подключен к третьему входу первого операционного усйлите .ля, третьему входу первого сумматора и к первому и второму входам второго дополнительного сумматора, вьгход ксгторого соединен с третьим входом второго сумматора, выход которого через первый масштабный усилитель подалочен к входам третьего инверто

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ К

РЕСПУБЛИК

4(sl) С 06 С 7/62

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3624092/24-24 (22,) 15. 07. 83 (46) 07.04.85. Бюл. 9 13 (72) А.П.Мещанинов, В.В.Ромакин, Ю.И.Касьянов, С.Ю.Александровский и Ю.М.Кронгауз (71) Николаевский ордена Трудового

Красного Знамени кораблестроительный инститУт им. ади. С.О.Макарова (53) 681.333 (088.8) (56) I Авторское свидетельство СССР

В 877578, кл. G 06 G 7/62, 1978.

2. Краснов В.В., Мещанинов А.П.

Математические модели функционирования судовых систем. Николаев, 1981, с. 46, рис. 28 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН, содержащее блок моделирования продольной составляющей тока нагрузки, выполненный в виде источника опорного напряжения, блок моделирования поперечной составляющей тока нагрузки, выполненный в виде источника опорного напряжения, блок моделирования напряжения возбуждения синхронной машины, выполненный в виде источника опорного напряжения, три сумматора, пять инверторов, три интегратора, первый и второй операционные усилите-. ли, выходы которых являются соответственно выходами продольной и поперечной составлянщих напряжения синхронной машины, выход первого инвертора подключен к первому входу первого операционного усилителя и к первому входу первого сумматора, выход источника опорного напряжения

„„ Ф,, 1149284 блока моделирования продольной составляющей тока нагрузки соединен с вторым входом первого операционного усилителя, выход которого через второй инвертор подключен к второму входу первого сумматора, выход третьего инвертора соединен с первым входом второго операционного усилителя и с первым входом второго сумматора, выход источника опорного напряжения блока моделирования поперечной составляющей тока нагрузки подключен к второму входу второго операционного усилителя, выход которого через четвертый инвертор соединен с вторым входом второго сумматора, выход первого сумматора подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения блока моделирования напряжения возбуждения синхронной машины, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены три дополнительных сумматора и два масштабных усилителя, причем выход первого сумматора подключен к первому входу первого дополнительного сумматора, выход которого соединен с входом первого инвертора н первого интегратора, выход которого подключен к третьему входу первого операционного усилите,ля, третьему входу первого сумматора и к первому и второму входам второго дополнительного сумматора, выход которого соединен с третьим входом второго сумматора, выход которого через первый масштабный усилитель подключен к входам третьего инверто1149284

10 ра и второго интегратора, выход которого соединен с третьим входом второго операционного усилителя, четвертым входом второго сумматора и с первым и вторым входами третьего дополнительного сумматора, выход которого через пятый инвертор подключен к четвертому входу первого сумматора, выход

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых моделях систем, содержащих синхронные машины.

Известно устройство для моделиро- . вания синхронных машин, содержащее операционные усилители, сумматоры, интеграторы.и инверторы (1) .

Недостатки указанного .устройства — его сложность, сложность процессов моделирования. на нем и недостаточная точность моделирования.

Наиболее близким техническим реше- 1 нием к изобретению является устройство для моделирования синхронных машин, содержащее блок моделирования продольной составляющей тока нагрузки, выполненный в виде источника опорного напряженйя, блок моделирования поперечной составляющей тока нагрузки, выполненный в виде источника опорного напряжения, блок моделирования напряжения возбуждения синхронной машины, выполненный в виде источника опорного напряжения, три сумматора, пять инверторов, три интегра-. тора, первый и второй операционные усилители, выходы которых являются соответственно выходами продольной,ЗО и поперечной составляющих напряжения синхронной машины, выход первого инвертора подключен к первому входу первого операционного усилителя (ОУ) и первому входу первого сумматора, .выход источника опорного напряжения блока моделирования

Продольной составляющей тока нагрузки соединен с вторьач входом первого

ОУ, выход которого через второй

40 инвертор подключен к второму входу первого сумматора, выход третьего третьего сумматора через второй масштабный усилитель соединен с вторым входом первого дополнительного сумматора и с входом третьего интегратора, выход которого подключен к третьим входам третьего сумматора и третего дополнительного сумматора. инвертора соединен с первым входом второго ОУ, с первым входом второго сумматора и третьим входом первого сумматора, выход источника опорного напряжения блока моделирования поперечной составляющей тока нагрузки. подключен к второму входу второго

ОУ, выход которого через четвертый ,инвертор соединен с вторым входом второго сумматора, выход первого сумматора подключен к первому входу третьего .сумматора, третьему входу первого ОУ и входу первого интегратора, выход которого соединен с входом первого инвертора и третьим входом второго сумматора, выход которого подключен к третьему входу второго ОУ и входу второго интегратора, выход которого подключен по входу третьего инвертора, выход источника опорного напряжения блока моделирования напряжения возбуждения синхронной машины — к второму входу третьего сумматора, выход которого подключен к четвертому входу первого ,сумматора и входу третьего интегратора, выход которого соединен с четвертым входом второго сумматора и через пятый инвертор с третьим входом третьего сумматора..

Математическая модель известного устройства основана на уравнениях

Горева-Парка для синхронных машин в осях d-q.

Машинные уравнения имеют вид

Р -k Pig — k i — k i — k Н,1

1Д г ф э

P % = kleig + k(if — 1с, — k)U) (1)

P kU — kig — k,1 °

1 f ю и у

13.— id — pid = — — ó Нд

Pi

3 1149284 продольные составляющие

f, тока и напряжения синх- ронной машины (CM); поперечные составляющие тока и.напряжения CM, ток и напряжение возбуждения, составляющие тока нагрузки по осям 4 и соот- я ветственно, 10 коэффициент усиления к операционного усилителя п без:обратнои связи, ц коэффициенты уравне- с ний (1) н где i, U

Р- — „

Дс

U)

4„

Недостатком известного устройства вляется сложность процесса моделироания, заключающаяся в том, что при аждом изменении значения одного из араметров СИ или масштабных коэффииентов необходимо пересчитывать неколько коэффициентов k<-k<< в уравениях (1). Например, при изменении

Х 1 необходимо пересчитывать коэффициенты k, 1с8, k, 1с4, k< и 1сп. Это не позволяет эффективно использовать известное устройство при исследовании режимов работы электромеханических систем с СМ при оптимизацйи ее параметров. Так, при изучении влияния отдельных параметров на характер протекания переходных процессов необходимо каждый раз производить пересчет ряда коэффициентов, что в конечном итоге приводит к снижению точности моделирования.

Целью изобретения является повышение точности моделирования.

ki-k

)

М хек; к;,1

xd код.«".

К, К;1 ь*

Х„.к;, к-„ к;

8 х к„, «: т л ) 1 )(° Кл

X„d.k„d -х к; гэ

- з

Xd К-„

",1

5 X ° «

1 э

7 х к"„.

1f xf-ìöãк хд к;

11

К; где Х

Укаэанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования

СИ, содержащее блок моделирования продольной составляющей тока нагрузки, выполненный в виде .источника опорного напряжения, блок моделирования поперечной составляющей тока нагрузки, выполненный в виде источника опорного напряжения, блок моделирования напряжения возбуждения СИ, выполненный в виде источника опорного напряжения, три сумматора, пять инверторов, три интегратора, первый. и второй ОУ выходы которых являются соответственно выходами продольной и поперечной составляющих напряжения СМ, введены три дополнительных сумматора и два масштабных усилителя, причем выход первого инвертора подключен к первому входу первого

ОУ и к первому входу первого сумматора, выход источника опорного напряжения блока моделирования продольной составляющей тока нагрузки соединен с вторым входом первого ОУ, выход которого через второй инвертор подключен к второму входу первого .сумматора, выход третьего инХ01

Х =х, Х вЂ”

Х Х +Х

a) 5 х =х +х

k. Е,„k, k. 1с 1с ц а 1 II f индуктивное сопротив- З0 ление реакции статора по продольной оси; индуктивное сопротивление реакции статора по поперечной оси, 35 индуктивное сопротивление статора по продольной оси, индуктивное сопротивление статора по по- 40 перечной оси; индуктивное сопротив- . ление рассеяния обмоток. статора, индуктивное сопротив- 45 ление обмоток возбуждения, активное сопротивление обмоток статора, активное сопротивле- 50 ние обмоток возбуждения, масштабные коэффициенты токов соответствующих обмоток; 5S масштабные коэффициенты напряжений соответствующих обмоток, k — масштабный коэффициент времени, — оператор дифференцирования.

Обычно 1; = k; = ki К„1= 1

1„Я.

f 149284 вертора соединен с первым входом второго ОУ и с первым входом второго сумматора, выход источника опорного напряжения блока моделирования поперечной составляющей тока нагруз- 5 ки подключен к второму входу второго ОУ, выход которого через четвертый инвертор соединен с вторым входом второго сумматора,, выход первого сумматора подключен к первому входу третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения блока моделирования напряжения возбуждения СМ, выход первого сумматора под- 15 ключен к первому входу первого дополнительного сумматора, выход которого соединен с входом первого инвертора и первого интегратора, выход которого подключен к третьему вхо- 29 ду первого ОУ, третьему входу первого сумматора и к первому и второму входам второго дополнительного сумматора, выход которого соединен с третьим входом второго сумматора, вы- 25 код которого через первый масштабный усилитель подключен к входам третьего инвертора и второго интегратора, выход которого соединен с третьим входом второго ОУ, четвертым входом 30 второго сумматора и с первым и вторым входами третьего дополнительного сумматора, выход которого через пятый инвертор подключен к четвертому входу первого сумматора, выход третье35 го сумматора через второй масштабный усилитель соединен с вторым входом первого дополнительного сумматора и с входом третьего интегратора, выход которого подключен к третьим входам 4 третьего сумматора и третьего дополнительного сумматора.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит блок моделиро-45 вания продольной составляющей тока нагрузки, выполненный в виде источника 1 опорного напряжения, блок моделирования поперечной составляющей тока нагрузки, выполненный в виде SO источника 2 опорного напряжения, блок моделирования напряжения возбуждения

СМ, выполненный в виде источника Э опорного напряжения, ОУ 4 и 5, инверторы 6-10, сумматоры 11-13, допол-55 нительные- сумматоры 14-16. интеграторы 17-19. масштабные усилители 20 и 21.!

Со = (Ха 1 ХЦ К 1Д +Хас1

1 к;х, 4 1, В, *-- Ud - —" — -г — 1„- В

К д > .х, 1л эк. д о к", х„ «% (д К, dñ. K, % иЕ.

F * — U - — В

2КЕ6 k f 1

«Е

1

В * В

3 Х 11 ад

C3 X Ci 2 а 1

F F Х Е

111Д 4lg К, а-„ k. (В -4 ) щК, р 3p

С

1 Е G3g. k; — F л а (3) Устройство работает следующим образом.

В соответствии с исследуемым режимом работы электромеханической системы, содержащей СМ, в блоке моделирования напряжения возбуждения CM устанавливается необходимое значение напряжения на выходе, а в блоках моделирования продольной и поперечной составляющих тока нагрузки — на выходах значения соответствующих составляющих тока нагрузки. Выставляются заданные значения коэффициентов модели на соответствующих входах ОУ. Затем проводится исследование интересующего ре:кима. На. выходах

« первого 4 и второго 5 ОУ получают значения соответствующих составляющих напряжения статора СМ, а на выходах интеграторов — значения тока возбуждения и соответствующих составляющих тока статора СМ.

При переходе к исследованию режима работы анализируемой системы при других параметрах СМ выставляют измененные значения коэффициентов модели на соответствующих входах без их вычисления. Проводят исследование интересующего режима.

Математическая модель предлагаемого устройства описывается системой уравнений

Ъ Ха1Х ) — „

1149284

Применение предлагаемого устройства при проведении исследования режимов работы электромеханических систем, содержащих СМ с це,адью оп5 тимального выбора параметров ее элементов, обеспечивающих заданные характеристики систем, существенно упрощает процесс моделирования и повышает его точность. Ожидаемый экономический эффект от применения предлагаемого устройства- составит 730 руб. но сравнению с известным устройством. к, 1 К; !

Ь =id - —" Г д=-- ud, 4 р К4

К-„ к, -i. — —" Pi =-- — 0 и» ы = р к„% базисная угловая частота вращения ротора СМ, где

„ф,В,,С,, F,,%BE C39F9 промежуточные машинные переменные, введенные для упрощения записи уравнений СМ.

Составитель В.Рыбин

Техред М. Гергель Корректор M. Демчик .

Редактор В.Данко

Заказ 1901/36 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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