Устройство для моделирования электромагнитных процессов в асинхронных машинах

 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к технике моделирования электрических систем или устройств. Цель изобретения - повышение точности. Устройство включает блок моделирования трехфазной сети, блок моделирования обмотки ротора, блок моделирования обмотки статора, блок решения уравнений электромеханического равновесия машины, два коммутатора имитации вращения ротора , блок управления коммутаторами вращения ротора, блок моделирования магнитной цепи, широтно-импульсный модулятор. 10 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st>s G 06 G 7/62

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4696894/24 (22) 14.04.89 (46) 30.09,91. Бюл. ¹ 36 (71) Ереванский политехнический институт им. К.Маркса (72) Э.С.Фрнджибашян, Л.С.Парванян и Г.К,Мугалян (53) 681.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1125633, кл. G 06 G 7/62, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1594569, кл. G 06 G 7/62, 1988.

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности, для моделирования электрических систем или устройств.

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства на функциональном уровне; на фиг.2 — кривые для оценки влияния дискретизации вращения ротора на точность моделирования; на фиг.3 — первая и вторая резистивные. сетки, образующие сеточную модель магнитной цепи блока моделирования обмотки статора; на фиг.4 — третья резистивная сетка, образующая сеточную .модель магнитной цепи ротора и блока моделирования обмотки ротора; на фиг.5— принципиальная схема блока моделирования обмотки статора; на фиг.б — схема блока решения уравнений электромеханического равновесия машины; на фиг.7 — схема блока управления коммутаторами вращения ротора и широтно-импульсного модулятора; на. Ы 1681315 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В

АСИНХРОННЫХ МАШИНАХ (57) Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к технике моделирования электрических систем или устройств. Цель изобретения — повышение точности. Устройство включает блок моделирования трехфазной сети, блок моделирования обмотки ротора, блок моделирования обмотки статора, блок решения уравнений электромеханического равновесия машины, два коммутатора имитации вращения ротора, блок управления коммутаторами вращения ротора, блок моделирования магнитной цепи, широтно-импульсный модулятор. 10 ил. фиг.8 — схема коммутатора имитации вращения ротора; на фиг.9 — параметры имитации вращения ротора; на фиг.10 — кривые изменения угла поворота ротора, реализующего коммутаторами имитатора вращения ротора, Устройство включает три резистивные сетки 1, 2 и 3 (фиг.1), моделирующие магнитные поля соответственно в статоре без учета незанятых обмоткой участков пазов и коронок зубцов; в свободных от обмоток участках пазов и коронках зубцов статора; в зазоре и роторе моделируемой машины.

Резистивные сетки 1 и 2 соединены между собой через первый коммутатор 4 имитации вращения ротора, имитирующий поворот ротора на угол 2 гс шагом дискретизации, равным углу 2 л/z> (z1 — число зубцов статора), а резистивные сетки 2 и 3— через второй коммутатор 5 имитации вращения ротора, имитирующий скачкообразный поворот ротора на угол п/ 1.

1681315

Управляющие входы коммутаторов 4 и 5 соединены с выходами широтно-импульсного модулятора 6, один из входов которого связан с одним иэ выходов блока 7 решения уравнений электромеханического равновесия машины, а другие входы — с выходами блока управления 8 коммутаторами вращения ротора.

Входной сигнал блока управления 8 коммутаторами вращения ротора формируется на другом выходе блока 7, соединенного с одним из выходов блока 9 моделирования обмотки статора, на вхсд которого поступает трехфазное синусоидальное напряжение с выхода блока 10 моделирования трехфазной сети, Другие выходы олока 9 связаны с резистивной сеткой 1, а блок моделирования 11 обмотки ротора — с реэистивной сеткой 3.

На фиг.2 для выяьления влияния дискретизации вращения ротора на точность моделирования электромагнитных процессов а асинхронной машине приведены кривые изменения во времени фазного напряжения

Uc(t), угловой координаты ротора р (t) при различных скольжениях S=0,2; 0,67 и 0,96.

При S=0,2 обусловленная дискретностью вращения ротора наинизшая гармоническая составляющая разложения в ряд фурье кривой p> (t) имеет частоту, в 19 раз превосходящую частоту, питающей сети, при

S=0,67 — в 8 раз, а при S=0,96 она имеет частоту, равную частоте питающей сети.

Если при S=-0,2 посредством фильтров низких частот можно существенно не искаэив результаты моделирования, отделить исследуемые процессы от паразитных процессов, обусловленных дискретностью вращения ротора, то при $=0,67 это невозможно без искажения высших гармоник исследуемых процессов, а при S=0,96 — также и Основной гармоники. Поэтому возникла необходимость применения такого способа дискретизации вращения ротора, который для надежной фильтрации паразитных процессов позволял бы их спектр частот существенно удалить от спектра частот исследуемого процесса. Указанный сдвиг спектра частот паразитных процессов в область высоких частот достигается путем широтно-лмпульсной модуляции (с частотой следования модулированных импульсов

Е=5 кгЦ) движения ротора, Реэистивные сетки 1, 2 и 3 (фиг.3 и 4) выполнены из переменных резисторов 12 и

13 соответственно с одним и двумя независимо регулируемыми подвижными контактами, причем посредством резисторов 12 моделируются магнитные проводимости шлицовых участков пазов статора и ротора, а с помощью резисторов 13 — магнитные проводимости участков воздушного зазора в интервале 1/6 зубцового деления статора, а также магнитные проводимости пазов без учета шлицов; нелинейных резисторов 14, моделирующих магнитные проводимости участков ярем, зубцов сердечников статора и ротора. Граничные узлы резистивных сеток 1 и 3, соответствующие внешней nosepхности сердечника статора и внутренней поверхности сердечника ротора машины, соединены с шинол нулевого потенциала, вследствие чего магнитным потоком в воздушной среде, окружающим укаэанные поверхности, пренебрегают. С центральными узлами 15-23 резистивной сетки 3 ссоединен блок моделирования 11 обмотки ротора (фиг.1), включающий конденсаторы 24 и 25, моделирующие активные сопротивления соответственно стержней и участков короткозамыкающих колец между стержнями, и соединенные последовательно с конденсаторами 25 резисторы 26, воспроизводящие индуктивности лобового рассеяния указанных участков короткозамыкающих колец, С центральными узлами 27-38 резистивной сетки 1 соединен блок моделирования 9 обмотки статора (фиг,5), включающий группу идентичных трансформаторов 39, посредством которых осуществляется электрическая развязка входных и выходных цепей модели обмотки статора (фиг.1), Это позволяет при плоскопараллельном представлении магнитного поля машины воспроизводить лобовые соединения моделируемой обмотки, Первичные обмотки 40 (фиг.5) трансформаторов 39 соединены между собой по схеме соединения секций оомотки статора и подключены к выходным узлам электрических мостов 41. Одни из входных уэлой электрических мостов 41 через конденсаторы 42 подключены к внешним клеммам А, В, С модели обмотки статора, а другие входные узлы цепочки из последовательно включенных резисторов

43 и 44 соединены с клеммами Х, Y, Z, причем зашунтированные фильтрующими конденсаторами 45, резисторы 43 совместно с резисторами 44 моделируют индуктивности лобового рассеяния, а конденсаторы 42— активные сопротивления фаз обмотки статора. Напряжения и токи модели обмотки статора, соответствующие потокосцеплениям и токам фаэ, измеряются на выходах повторителей 46 и 47. При этом сумма напряжений, измеряемых на входе электрического моста 41 и резисторах 43 и 44, подается на вход повторителя 46, а напря«ение, измеряемое на резисторе 43, посту1681315 пает на вход повторителя 47, Вторичные обмотки 48 трансформаторов 39 через электрические мосты 49 подключаются к узлам

27-38 реэистивной сетки 1. В плечи электрических мостов 41 и 49 введены обратимые 5 электронные ключи 50, управляемые синфазно в противолежащих плечах и в противофазе в смежных плечах. Напряжения управления электронными ключами формируются на прямом и инверсном выходах им- 10 пульсного генератора 51. Посредством электрических мостов 41 и 49 осуществляется модуляция входного и демодуляция выходного напряжений трансформатора 39, благодаря чему исключается ограничение 15 полосы пропускания блока моделирования

9 обмотки статора (фиг.1) в области низких частот, Регулирование индуктивностей лобового рассеяния блока моделирования 9 обмотки статора в модели осуществляется с 20 помощью переменных резисторов 44 (фиг.5).

Напряжения с выходов повторителей 46 блока 9 (фиг.1) поступают на входные клеммы 52, 53, 54 блока 7, соединенные со вхо- 25 дами вычитателей 55, выходы которых соединены с одними из входов перемножителей 56. Вычитатели 55 включают операционные усилители, дифференциальные входы которых через резисторы 57 и 58 со- 30 единены с клеммами 52, 53, 54, причем между инвертирующими входами и выходами усилителей введены резисторы 59, эашунтированные фильтрующими конденсаторами 60, а между неинвертирующими входами 35 и землей — резисторы 61, зашунтированные фильтрующими конденсаторами 62. Другие входы 63, 64 и 65 перемножителей 56 соединены с выходами повторителей 47. Сумма выходных напряжений перемножителей 56. 40 соответствующая электромагнитному моменту, формируется посредством сумматора 66, включающего операционный усилитель с заземленным неинвертирующим входом, инвертирующий вход которого 45 через резистор 67 соединен с его выходом, а через резисторы 68 — с выходами перемножителей 56. Выходное напряжение сумматораа 66, а также напряжение, соответствующее механическому моменту m на- 50 грузки, через резистор 69, замыкающий 70 и переключающий 71 контакты соответственно реле 72 и 73 поступают на инвертирующий вход операционного усилителя суммирующего интегратора 74, неинверти- 55 рующий вход которого заземлен, а между его выходом и инвертирующим входом включены конденсатор 75 и через переключающий контакт 71 реле 73 — резистор 76.

Напряжение на выходе интегратора 74, соответствующее угловой частоте вращения ротора, через последовательно соединенные резистор 77 и электронный ключ 78 поступает нэ инвертирующий вход операционного усилителя (инвертора) 79, который через резистор 80 соединен также с выходом укаэанного усилителя. Выход интегратора 74 через резистор 81, а выход инвертора 79 через резистор 82. затем через другие замыкающие 83 и переключающий 84 контакты реле 72 и 73 соединены с инвертирующим входом операционного усилителя суммирующего интегратора 85, неинвертирующий вход которого заземлен, Выход операционного усилителя интегратора 85 и через цепочку из последовательно соединенных резисторов 86 и 87 соединен с подвижным контактом переменного резистора 88, питаемого от источника—

Е1, а через конденсатор 89 — с v:Hèepòèðóþщим входом усилителя, который через переключающий контакт 84 также подключается к общей точке резисторов 86 и 87, Выход интегратора 85 через резистор 90 соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 91, охваченного полсжительной обратной связью-цепочкой из последовательно соединенных резисторов 92 и 93.

Выход усилителя 91 через включенный в обратном направлении диод 94 соединен с резистором 95, на котором формируется напряжение управления элсктронным ключом

78. Инвертирующий вход усилителя 91 соединен с подвижным контактом переменного резистора 96, питаемого от источника +Е .

Реализация режимов "Пуск" .", "Возврат" блока 7 (фиг.1 и 6) осуществляется посредством контактов 70, 83 и 71, 84 реле 72 и 73, включаемых через клавишный переключатель 97. Начальное напряжение ма выходе интегратора 85, определяющее исходную угловую координату ротора, задается в режил1е "Возвр" посредством соединенной с источником — Е цепи из резисторов 86, 87.

88. Одновременно включением в цепь обратной связи параллельно конденсатору 75 резистора 76 сбрасывается напряжение на выходе интегратора 74. Часть схемы блока

7, включающая резистор 77, ключ 78, инвертор 79, резисторы 80, 81, 82, замыкающий

83 и переключающий 84 контакты реле 72 и

73, суммирующий интегратор 85, резисторы

86-88, конденсатор 89, резистор 90, усилитель 91, резисторы 92, 93, диод 94, резисторы 95, 96 (фиг.6), преобразует напряжение на выходе интегратора 74 в частоту следования импульсов на выходе усилителя 91.

Импульсы с выхода усилителя 9! блока решения уравнений злектромеханического равновесия машины (фиг.1 l1 6} поступают на

1681315 вход 98 блока управления 8 (рис.1), соединенного с делителем, образованным резисторами 99 и 100. Общая точка резисторов

99 и 100 соединена "базой транзистора 101, включенног0 по схеме с общим эмиттером, Импульсы на коллекторе транзистора 101, соединенном через резистор 102 с источником питания +Е2, поступают на Вход MHBGpтора 103, выход которого соединен со входом инвертора 103, выход которого соединен со входом инвертора 104, а выход последнего подключен к С-входам группы триггеров 105-108, Триггеры 105 — 108 образуют кольцевой счетчик, в котором О-вход каждого из указанных триггеров соединен с

"1"-выходом предыдущего триггера. Кроме того, "1"-выход триггера 105 соединен с Свыходами другой группы аналогичных триггеров 109-111, образующих второй кольцевой счетчик. На инвертирующие Rвходы триггеров 105 и 109 и инвертирующие

S-входы остальных триггеров подается единичное напряжение с выхода фильтра нижних частот, образованного резистором 112 и конденсатором 113, вход которого соединен с источником +E2. Инвертирующие 5входы триггеров 105 и 109 и инвертирующие

К-входы остальных триггеров подключены через резистор 114 к источнику питания+Е2 и через кнопочный включатель с замыкающим контактом 115.— к земляной шине, Посредством схемы, включающем резистор

114, кнопочный включатель 115, формируются одиночные импульсы для установки триггеров в исходное состояние. Напряжение с выхода интегратора 85 (фиг,6) поступает на инвертиру1ощий вход 116 компаратора 117 широтно-импульсного модулятора имитатора вращения ротора 6 (фиг.1), включающего также генератор треугольных импульсов содержащий интегратор

118, конденсатор 119, резистор 120, усилитель 121, резисторы 122, !23, переменный резистор124, усилитель 125, резисторы 126, 127, делители 128, 129 и 130-131, усилители на транзисторах 132, 133, логические элементы 2И-НЕ 134 и 135, резисторы 136, 137, элемент 2И-Н Е 138, элемент ЗИ-HE 139, элементы 2И-НЕ 140-160. Неинвертируюший вход компаратора 117 связан с выходом интегратора 118 генератора импульсов треугольной формы с частотой следования 5 кГц.

Интегратор 118 включает операционный усилитель с заземленным неинвертирующим входом, инвертирующий вход которого через конденсатор 119 соединен с выходом этого усилителя, а через резистор

120 — с выходом усилителя 121, Выход усилителя.121 через резистор 122 соединен с

его йеинвертирующим входом, подключенным также через резистор 123 к выходу интегратора 118. Инвеотирующий вход усилителя f21 связан с подвижным контактом переменного резистора 124, питаемого от

5 источника +Е1. Выходное напряжение компаратора 117 непосредственно и через инвертор 125, образованный операционным усилителем с резисторами 126 и 127 на входе и в цепи отрицательной обратной связи, 10 поступает на входы делителей, образованных резисторами 128, 129 и 130, 131, выходы которых соединены с базами включенных по схеме с общим эмиттером транзисторов

132 и 133. Коллекторы транзисторов 132 и

15 133 соединены со входами логических инверторов 134 и 135, а через резисторы 136 и

137 — с источником питания +Е2. Импульсы, формируемые на выходе инвертора 134, поступают на первые из входов элемента 2И20 НЕ 138 и элемента ЗИ-НЕ 139, на вторые входы которых подаются импульсы с выхода логического инвертора 103.

Третий вход элемента ЗИ-НЕ 139 подкл1очен к выходу триггеров 108 блока управ25 ления 8 коммутаторами вращения ротора (фиг.1). Выходы элемента 2И-НЕ 138 и элемента ЗИ-НЕ 139 связаны с одними из входов соответственно групп элементов 2И-НЕ

140-143 и 144 — 146, соединенных с выходами

ЗО триггеров 105-108 и l09-111, другие входы указанных групп логических элементов и их выходы подключены ко входам.групп элементов 2И-НЕ 147 — 150и 151 — 153, импульсы с выходов которых поступают на одни из

35 входов групп элементов 2И-НЕ 154-157 и

158 — 160. Другие входы rpynn элементов "ИНЕ 154-157 и 158-160 соединены с выходами соответственно элементов 2И-НЕ 150, 147149 и 153, 151, 152.

Импульсы с выходов элементов 2И-НЕ

154-160 и инверторов 134, 135 подаются соответственно на управляющие входы 161167 и 168, 169 групп электронных ключей

45 170 коммутаторов 4 и 5 (фиг.1,8), Связь между резистивными сетками 1 и 2 осуществляется посредством коммутатора 4 через клеммы 171-182 и 183-194, а между резистивными сетками 2 и 3 — посредством ком50 мутатора 5 через клеммы 195-254 и 255-326.

Коммутатор 4 состоит из двух последовательно соединенных каскадов, один из которых включает четыре, а другой — три группы параллельно управляемых электронных

55 ключей 170, число которых в каждой группе равно числу z1 зубцов статора моделируемой машины. Коммутатор 5 (фиг.8) включает две группыы параллельно управляемых электронных ключей 170, число которых в каждой группе равно 5 z>=60. Посредством

1681315

10 коммутатора 5 имитируется дискретный поворот ротора на элементарный угол ю/zt. . В устройстве решается следующая система дифференциальных уравнений злектромеханического равновесия машины, 5 представленная в координатных осях А, В, С, фаз в следующем виде:

f UAdt= gA+L6>IA+r f lAdt;

10 (1) 1

) UBdt = фв + -бл!В+ 3 IBdt;

1 Ucdt=gc+L6,le+I. f Icdt;

0= фд +2Lkik +гсгп,/ (Icm1 +Icm2 )й+

+2fk f Ikпdt; (n--1,2,3,..., N) 15 (2) 20

COp = — 3 (П1эм m )dt, 1 ! (3) где Од,0ВЛс,IA,IB.ic — нап яжение и токи

I > фаз обмотки статора; фд, фв, tflfc — потокосцепления фаэ обмотки статора без учета ! лобового рассеяния; ф, — потокосцепление и-го контура короткозамкнутой обмотки ротора, образованного двумя соседними стер- 30 жнями и замыкающими их участками короткозамыкающих колец, без учета лобового рассеяния; гД б, — активное сопротивление и индуктивность лобового оассеяния фаЗНОЙ ОбМОТКИ СТаТОРа; icm1 Icm2 токи стержней и участков колец и-го контура обмотки ротора; N — число контуров ротора, I cm — аКтИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ СтЕРжНЯ; f k, Lk — активное сопротивление и индуктивность участка короткозамыкающего кольца 40 между соседними стержнями обмотки ротора поэм =- =-(1в (фд — фс ) + Ic (1IIW — фд ) +

1 з

+IA(+ +)) (4) 45

- электромагнитный момент; mT — тормозящий момент на валу двигателя; I — момент инерции ротора.

Устройство работает следующим образом.

Нажатием кнопочного включателя 115 (фиг.7) и клавиши "Возврат" (фиг,б) устройство переводится в исходное состояние, при котором на выходах интеграторов 78 и 85 устанавливаются начальные напряжения, а триггеры 105-108 и 109-111 переходят в начал ь кое состоя н ие.

В режиме "Пуск", реализуемом при нажатии клавиши "Пуск", напряжения, соответствующие f UAdt, (UBdt и 1 Ucdt выхода блока .0 моделирования трехфазной сети поступают на вход блока моделирования 9 обмотки статорг (фиг.1 и 5), посредством которой решается система дифференциальных уравнений (1), описывающая процессы в фазах статора. При этом на входе электрического моста 41 {фиг.5) формируется напряжение, соответствующее потокосцеплению фазнай обмотки ! статора фд (в, c ) без учета лобового рассеяния; на резисторах 43 и 44 на конденсаторе 42 — напряжения, соответствующие потокосцеплению лобового рассеяния

L6n IA(B,c) и интегралу падения напряжения

r f IA(Bc)dt на активном сопротивлении абмо ки, а на выходах электрических MoctGB

49 — напряжения, соответствуюшие патакосцеплениям секций фазной обмотки. Под действием выходных напряжений электр ческих мостов 49 образуются токи, воспроизводящие магнитодвижущие силы (МДС) секций обмотки статора, которые вводятся в центральные узлы 27-38 (фиг.3 и 5) модели магнитной цепи, соответствующие позам статора машины. Напряжения на выходах повторителей 46 и 47, соответствующие потокосцеплениям фд, ф и фс и токам I;,,IB u

1с обмотки статора, поступают на входные клеммы 52 — 54, 63 — 65 блока 7 {фиг,6), в результате чего на выходах вычитателей 55 формируются напряжения, пропорциональные разностям потакасцеплений фд — фс, фв — фд и фс — ф в фаз, которые посредством перемнажителей 56 умножаются на напряжения клемм 64, 65, 63, соответствующие фазным токам 1В,! с, I> и далее суммируются на выходе сумматора 66. согласно выражению (4) для электромагнитного момента m машины. По напряжениям, соответствующим механическому моменту

ГПТ И ЭЛЕКТРОМаГНИТНО "У МОМЕНТУ П1 м, Пасредством интегратора 74 решается уравнение движения ротора (3), в результате чего на выходе интегратсра 74 формируется отрицательное напряжение, пропорциональное угловой скорости вращения ротора вр.

Указанное напряжение с положительным. или отрицательным знаком, в зависимости от состояния электронного ключа 78, поступает на вход интегратора 85 таким образом, что на его выходе формируется положительное напряжение треугольной формы (фиг,9,а) с амплитудой, соответствующей углу поворота ротора на половину зубцового деления статора 0,5 1. Усилитель 91 (фиг.6), охваченный положительной обратной связью через резисторы 92 и 93. образует пороговый детектор, порог срабатывания катаааго on1681315 ределяется опорным напряжением, постуràþùèì на инвертирующий вход с выхода переменного резистора 96. Когда выходное напряжение интегратора 85 достигает амплитудного значения, пороговый детектор скачком переходит в состояние, при котором на выходе усилителя 9 " устанавливается положительное напряжение. Когда выходное напряжение интегратора 85 достигает нуля, пороговый детектор возвращается в исходное состояние, при котором на его выходе фикслруется отрицательное напряжение. В результате этого на выходе усилителя 91 формируется импульсное напряжение с частотой следования, определяемой скоростью вращения ротора ер. При положительном напряжении на выходе усилителя 9» электронный ключ 78 находится в проводящем состоянии (напряжение между затвором и истоком полевого транзистора, на основе которого реализован электронный ключ, рано нулю). Сумма выходных напряжений усилителя 79 и интегратора 74, поступающая на вход интегратора 85, равна напряжению интегратора 74 с положительным знаком, вследствие moro на выходе интегратора 85 имеется линейно-убывающее положительное напряжение (фиг.9а), Когда выходное напряжение интегратора 85 достигает нуля, пороговый детектор переходи-: в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе устанавливается отрицательное напряжение, запирающее ключ 78, В этом случае., на вход интегратора 85 поступает только отрицательное выходное напряжение интегратора 74, приводящее к образованию линейно-возрастающего положительного напряжения (фиг,9,а) на выходе интегратора 85.

В исходном состоянии устройства (в режим " возврат") нажатием кнопочного включателя 115 триггеры 105 и 109 блока управления 8 (фиг,1 и 7) переводятся в еди ничное состояние, а остальные триггеры,— в нулевое состояние. В режиме Пуск" импульсы с выхода усилителя 91 (фиг.6) через клемму 98, делитель на резисторах 99, 100, усилитель на транзисторе 101, инверторы

103 и 104 поступают на С-входы триггеров

105-108 и приводят к циркуляции "1" по замкнутой цепи кольцевого счетчика, образованного указанными триггерами, Аналогично импульсы, генерируемые на "1"-выходе триггера 105, приведу к сдвигу "1" по замкнутому контуру кольцевого счетчика, образованного триггерами 109 — 111.

Непосредственное управление коммутаторами 4 и 5 (фиг.») имитатора вращения ротора импульсами. формируемыми на "»"выходах триггеров»05-108 и 109-111, как это имеет место в известном устройстве, позволяет имитировать дискретное вращение ротора с шагом дискретизации, равным

5 половине эубцового деления, При этом, как указывалось ранее, при скольжениях ротора, близких к 1, происходит наложение спектра частот паразитных процессов, обусловленных дискретностью вращения

10 ротора, на спектр частот исследуемых процессов, что исключает возможность подавления паразитных процессов, Спектр частот паразитных процессов может быть существенно удален в область

15 высоких частот, если время представить в виде последовательности достаточно малых интервалов «времени, в пределах каждого из которых ротор оказывается в двух соседних дискретных положениях, отличных меж20 ду собой на половину эубцового деления.

Деление интервала времени «на части «» и

«г = « — «», в течение которых ротор последовательно фиксируется в указанных двух дискретных положениях, осуществляется

25 следующим образом, Допустим, необходимо имитировать положение ротора, представляемое угловой координатой р, находящейся в интервале между двумя угловыми координатами

Э0 р> и г =у>» +0;5pz», реализуемыми коммутаторами имитатора вращения ротора, где угол у » соответствует сдвигу ротора на одно эубцовое деление статора, Тогда

«1 =«(» );«г = — — «.(5)

0;5 pz> 0,5 pz»

При этом кривые зависимостей выходных параметров моделируемой машины от угловой координаты р ротора интерполируются отрезками прямых линий между точками, определяемыми значениями .выходных параметров в дискретных положениях ротора относительно статора, фиксируемых посредством коммутаторов имитатора вращения ротора.

Так как угловая координата ф ротора со временем изменяется, то должно меняться

50 в каждом последующем интервале времени

», соотношение «» и«г, следовательно, управление коммутаторами имитатора вращения ротора должно осуществляться модулированными по длительности (при по55 стоянной частоте 1/ «следования) импульсами. Модуляция по длительности импульсов управления коммутаторами имитатора вращения ротора осуществляется посредством схемы, включающей компаратор 117 и генератор треугольных импульсов положитель13

5

При наличии на выходах логических инверторов 103 и 134 сигналов уровня логической "1" на. выходах 161 — 167 модулятора формируются сигналы, аналогичные сигналам нэ "1"-выходах триггеровв 105-108, 109111, формируемым в последующем состоянии укаэанных триггеров, непосредственно после поступления на С-входы триггеров 105-108 очередного импульса с выхода логического инвертора 104. В результате этого угловая координата ротора в интервале одного зубцового деления статора будет изменяться со временем как показано Hcl фиг,9г (заштрихованная составляющая угловой координаты ротора формируется каскадом коммутатора 4. а не45

55 ной полярности с частотой следования 5 кГц нэ базе интегратора 118 и порогового детектора, образованного усилителем 21, резистором 122, резисторами 123, 124.

Причем амплитуда треугольных импульсов, формируемых на выходе интегратора 118 (фиг.9б сплошная линия), так же как и треугольных импульсов на выходе интегратора

85 (фиг.9,а), соответствует углу поворота ротора на половину зубцового деления статора. Под действием импульсов, генерируемых интеграторами 118 и 85, на выходе компаратора 117 образуются модулированные по длительности энэкопеременные прямоугольные импульсы (фиг.9,в), Импульсы положительной полярности через делитель из резисторов 128, 129; усилитель на транзисторе 132 и резисторе 136; логический инвертор 134, а импульсы отрицательной полярности через аналоговый инвертор 125; усилитель из резисторов 130, 131; усилитель на транзисторе 133 и рези-. сторе 137; логический инвертор 135 поступают на управляющие входы 168 и 169 групп электронных ключей 170 коммутатора 5

{фиг.8) и приводят последовательно к фиксации двух взаимных положений моделей статора и ротора, отличных на половину зубцового деления статора. Импульсы с "1"выходов триггеров 105-108 и 109-111, а также с выходов логических инверторов 103 и

134 поступают на входы формирователя управляющих импульсов коммутатора 4, включающего элементы 2И-НЕ 138, 140-160 и элемент ЗИ-НЕ 139. Схема формирователя управляющих импульсов коммутатора 4 выполнена таким образом, что при наличии на выходе хотя бы одного из инверторов 103 и

134 сигнала, соответствующего логическому "0", на выходах 161-167 широтно-импульсного модулятора формируются такие же сигналы, какие имеются на "1"-выходах триггеров 105-108, 109-111. заштрихованная составляющая — коммутатором 5 (фиг.8), На фиг.10 показано изменение угловой координаты ротора при имитации полного оборота ротора (затушеванная составляющая угловой координаты ротора формируется коммутатором 5, заштрихованная составляющая — первым каскадом, а незаштрихованная — и незатушеванная — вторым каскадом коммутатора 4).

Анализ разложения в ряд Фурье формируемой в модели кривой зависимости угловой координаты ротора от времени (фиг.!0) позволяет выявить составляющую

CO

2л

p, = t — 2л g 1(t — — — ), и =1 Np соответствующую угловой координате ротора при непрерывном его вращении (здесь

2_#_

1(t- ) — единичный скачок в момент вреCUp

2 т мени ), а также множество гармоничейф ских составляющих, частоты itotopi=lx равны частотам гармоник периодической последовательности импульсов, те.nQ,,O,=

2л

Кроме того, в спектре сигнала около каждой -apvoHxKH с частотой и Я. имеется множество боковых колебаний с частотамип Q, +Я,пQ, — Q, и Д, +22, и Я,— — 2Q,...,ng, +m0 и Ц, — m и и т.д., где И угловая частота гармонической составляющей разложения в ряд Фурье сигнала, управляющего длительностью импульсов, который в переменньг моделируемой машины может быть представлен согласно фиг.9 и 8 в виде фу =йфt —, 0. 1 (t — в — ).

Z1 os zi

Парээитные процессы в модели, обусловленные гармониками и Я, и их боковыми колебаниями, ввиду удален ности от спектра частот исследуемых процессов могут быть легко отфильтрованы.

Формула изобретения

Устройство для моделирования электромагнитных процессов в асинхронных машинах, содержащее блок моделирования трехфазной сети, блок моделирования обмотки ротора, блок моделирования обмотки статора, блок решения уравнений электромеханического равновесия машины, два коммутатора имитации вращения ротора, блок управления коммутаторами вращения ротора, блок моделирования магнитной цепи, состоящий иэ трех резистивных сеток, i 681315 внешние и внутренние граничные узлы первой реэистивной сетки соединены соответственно с шиной нулевого потенциала устройства и с информационными входами первого коммутатора имитации вращения ротора, центральные узлы первой резистивной сетки подключены к выходам магнитодвижущих сил и потокосцепления блока моделирования обмотки статора, выход измерительных цепей которого соединен со входом блока решения уравнений электромеханического равновесия машины, выход блока моделирования обмотки статора подключен к выходу блока моделирования трехфазной цепи, внутренние граничные узлы второй резистивной сетки блока моделирования магнитной цепи соединены с информационными входами второго коммутатора имитации вращения ротора, внешние граничные и центральные узлы третьей резистивной сетки блока моделирования магнитной цепи соединены соответственно с выходами второго коммутатора имитации вращения ротора и выходом блока моделирования обмотки ротора, вход запуска блока управления коммутаторами вращения

5 ротора соединен с выходом блока решения уравнений злектромаханического равновесия машины, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, устройство содержит широтно-импульсный модулятор, 10 группа информационных входов которого подключена к группе выходов формирования дискретных положений ротора блока управления коммутаторами вращения ротора, вход управления информационным ка15 налом широтно-импульсного модулятора соединен с выходом блока решения уравнений движения ротора, первая и вторая группы выходов блока управления коммутаторами вращения ротора соединены с управляющи20 ми входами соответственно первого и второго коммутаторов имитации вращения ротора.

Фиг. 2 к. к еммсм ю 9- /ю ,е агемлга,и Г9З-Z92

1681315 ггг — згг

Фи -. 4

Р7 2Е 2У Х 3/ Л2 ЗЗ М ЭХ Ю З7 3гг

А,, с.

1681315

1 6813 i5

1681315

1681315 117

058.1

1315

Фиг. /О

Сставитель В.Геча

Твред М.Моргентал

Редактор Т.Орловская р M.уаксимишинец

Заказ 3313 Тираж

Подписное

ВцддПд Г „„„,о комитета по изобретениям и открь " "ри

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г Ужгород, ул. Гагарина, 101