Устройство для моделирования электромагнитных полей и процессов в асинхронных машинах

 

Изобретение относится к аналоговому моделированию, в частности к моделированию электрических систем и устройств. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет моделирования трехмерных магнитных полей. Для этого в блоке моделирования обмоток статора в каждый узел моделей фазных обмоток введена катушка индуктивности задания активного сопротивления обмотки статора, в блок моделирования короткозамкнутой обмотки ротора введены две катушки индуктивности , группа разделительных трансформаторов , группы ключей, соединенных по мостовой схеме, источник входного напряжения и генератор прямоугольных импульсов , 15 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s 6 06 G 7/62

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4452881/24 (22) 05.07,89 (46) 07.10.91. Бюл. М 37 (71) Ереванский политехнический институт им.К,Маркса (72) Э.С.Фрнджибашян (53) 681.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N1594569,,кл. G 06 G7/62,,1990.

Иванов-Смоленский А.В., Фрнджибашян Э.С. Моделирующее устройство для расчета электромагнитных процессов в асинхронных машинах. Изв. АН СССР, Энергетика и транспорт, М 5, 1981, с.68 — 76. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ПРОЦЕССОВ В АСИНХРОННЫХ MALUMHAX

Изобретение относится к аналбговому моделированию, в частности к моделированию электрических систем и устройств.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей эа счет моделирования трехмерных электромагнитных полей.

На фиг.1 приведена схема устройства на функциональном уровне: на фиг.2 - вторая RC-сетка блока моделирования магнитного поля ротора; на.фиг.3 — соединение первой R-сетки блока моделирования магнитного поля ротора и- блока моделирования короткозамкнутой обмотки. ротора; на фиг.4 — схема узлов фазной обмотки блока . моделирования обмоток статора; на фиг.5— схема блока моделирования магнитного поля статора; на фиг.б — схема нелинейных резисторов блока моделирования магнитно4 (57) Изобретение относится к аналоговому моделированию, в частности к моделированию электрических систем и устройств, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей эа счет моделирования трехмерных магнитных полей. Для этого в блоке моделирования обмоток статора в каждый узел модЕлей фазных обмоток введена катушка индуктивности задания активного сопротивления обмотки статора, в блок моделирования короткозамкнутой обмотки ротора введены две катушки индуктивности, группа разделительных трансформаторов, группы ключей, соединенных по мостовой схеме, источник входного напряжения и генератор прямоугольных импульсов, 15 ил. го поля статора; на фиг,7 — соединение блока моделирования трехфазной сети и блока моделирования обмоток статора; на фиг,8 — (Ь зависимости угла поворота ротора от време- QQ ни; на фиг,9 — схема узла управления эле- (Ъ ментами RC-сетки блока моделирования р магнитного поля ротора; на фиг.10 — зависимости сигналов управления блока моделиeeaah рования магнитного поля ротора; на фиг.11

-схема узла задания угловых координат; на фиг. 12 — схема блока имитации вращения ротора; на фиг,13 — схема узла управления а коммутатором имитации вращения ротора; на фиг.14 — схема узла решения уравнений

-движения ротора; на фиг.15 — зависимость электромагнитного момента от скольжения ротора.

Устройство содержит соединенные между собой через блок 1 имитации враще1683041

40

50 ния ротора блоки 2 и 3 моделирования магнитного поля статора и ротора, воспроизводящие магнитное поле в участках магнитной цепи, включающие соответственно,статор и ротор с воздушным зазором (фиг.1), блок 4 моделирования короткозамкнутой обмотки ротора, блок 5 управления имитатором вращения ротора, блок 6 моделирования обмоток статора, блок 7 моделирования трехфазной сети.

Для устранения пересечений ветвей схем моделй электрической и магнитной цепей ротора использованы трансформаторы

8 с возможно минимальным током холостоIo хода lx - 0(фиг,2), Для исключения ограничения полосы пропускания в области низких частот обмотки разделительного трансформатора 9 (фиг.За) подключаются к модели магнитной цепи через электрические мосты, в плечи которых включены ключи 10 (фиг.Зб), управляемые сигналами с прямого и обратного выходов генератора 11 прямоугольных импульсов так, что с помощью одного электрического моста осуществляется преобразование входного напряжения U> (фиг.Зв) в знакопеременное импульсное напряжение U», трансформируемое во вторичное напряжение Ua, из которого затем с помощью другого электрического моста формируется выходное напряжение Uz, аналогичное по частоте и форме кривой входному напряжению U>. В дуальной,схеме модели электромагнитной цепи ротора нелинейные резисторы 12 и 13 моделируют магнитные сопротивления соответственно зубцов и участков ярем между радиальными осями зубцов сердечника статора, а линейные резисторы 14 и 15 — магнитные сопротивления пазов потоку пазового рассеяния, созданному обмоткой статора. Посредством индуктивностей 16 воспроизводятся активные сопротивления стержней, а с помощью индуктивностей 17 и резисторов

18 — активные сопротивления и индуктивности лобового рассеяния участков короткозамкнутых колец между стержнями обмотки ротора.

Для дуального преобразования непланарной схемы модели электромагнитной цепи статора обмотку статора в известном устройстве следует представить в виде совокупности простейших контуров с токами

1д, ia и (с, схватывающими зубцы статора, как показано на фиг.4, причем указанные токи ставятся в соответствие магнитодвижущим силам (МДС) секций фазных обмоток

АХ, BY u CZ. При дуальном преобразовании источники токов iA,Ig u ic преобразуются в источники электродвижущих сил (ЭДС) еА, ев и ес, соединенные между собой в соответствии со схемой обмотки статора (фиг.4).

Напряжениям 0ць Ои-ш..., Охран (фиг,4), моделирующим в устройстве магнитные потоки, проходящие между радиальными осями пазов! и II, И и И!..., ХИ и I, в дуальной схеме соответствуют токи ц-п, iiíè, ... !х н.

Построенная на фиг.3 дуальная.схема модели электромагнитной цепи ротора соединяется с выходными узлами 19-27 непланарной резистивной сетки, воспроизводящей магнитные проводимости зазора между сердечниками статора и ротора (фиг.5), Сопротивления элементов 28 резистивной сетки зазора являются функциями углового положения ротора, определяемыми методом БЗК на основе результатов расчета магнитного поля машины, образованного током элементарного контура при различных взаимных положениях зубцов сердечников статора и ротора, Входные узлы 29 — 40 реэистивной сетки блока моделирования магнитного поля ротора через блок

1 (фиг.1 и 12) подключаются к выходным узлам 41-52 резистивной сетки блока моделирования магнитного поля статора. На фиг.5 линейные резисторы 53,54 моделируют магнитные сопротивления пазов статора для потоков пазового рассеяния, созданных обмоткой статора. Нелинейные резисторы

55,56 воспроизводят магнитные сопротивления соответственно зубцов и участков ярем между радиальными осями зубцов сердечника статора машины. На фиг.6а приведена ампер-вольтовая характеристика 1 =

=f(U) нелинейных резисторов 12,13, 55 и 56 модели магнитной цепи, кусочно-линейно аппроксимирующая кривую намагничивания Ф= f(HL) моделируемых участков ферромагнитных сред, На фиг.бб приведена принципиальная схема,двухполюсника, реализующего эту ампер-вольтовую характеристику. Схема двухполюсника включает три последовательно соединенных резистора 57,58 и 59, два из которых (резисторы 58 и 59) зашунтированы электрическими цепями, образованными двумя встречяно соединенными источниками 60, 61, 62, 63 тока. нагруженными прямо включенными диодами 64,65 и 66,67.

Для определения процессов в обмотке статора в устройстве решается система дифференциальных уравнений, описывающих эти процессы в фазных обмотках, в частности для фазы А уравнение

UA= + АrA, (1)

d 6

dt представляемое в виде

1683041 фд = f UA dt — гд f А бс — LgA IA, (2) где фд — потокосцепление, обусловленное

I потоками в зазоре и пазового рассеяния;

0А, 1А, гд, блд — напряжение, ток, активное сопротивление, индуктивность лобового рассеяния фазы А обмотки статора.

Последнее уравнение в известном устройстве решается с помощью электрической цепи, включающей источник ЭДС Ед =

= f UAdt, емкость CzA и активное сопротивление й1лд (фиг.7а), процессы в которой описываются уравнением 15

ОУ: = EA — — 3 ЬМ dtM — Ri>A IAM, (3)

4 С,А подобным уравнению (2), 20 где 0 .— напряжение, соответствующее поРд токосцеплению фд

Сгд, RinA — емкость и. активное сопротивление, воспроводящие активное сопротивление гд и индуктивность Едд лобового рассеяния обмотки.

Дуальное преобразование электрической цепи, решающей уравнение (3), приводит к схеме {фиг.7б), в которой источнику

ЭДС ЕА соответствует источник 68 тока, сопротивлению RUIA — проводимость 69, а емкости Сгд — индуктивность 70, причем напряжение на параллельно соединенных источнике тока, индуктивности и проводимости дуальной схемы моделирует ток фазной обмотки А статора, а ток I> протекающий через первичную обмотку трансформатора 71, включенную через измерительный резистор 72 параллельно ре- 40 шающим элементам 68 — 70 дуальной схемы, соответствует потокосцеплению QA,фазной обмотки. Вторичные обмотки трансформа тора 71, число которых определяется количеством источника ЭДС ед в дуальной схеме 45 (фиг.4) модели фазной обмотки А статора, подключается к клеммам 73 — 91 модели магнитной цепи статора (фиг.5), Аналогично моделируются и соединяются с моделью магнитной цепи (фиг.7б) фазные обмотки В 50 и С статора.

Посредством усилителей 92 и 93, а также инвертора 94 и 95 формируются напряжения модели, соответствующие потокосцеплениям и токам фазных обмоток 55 статора, требующих для определения электромагнитного момента машины, Для имитации полного оборота ротора относительно статора путем регулирования элементов 28 (фиг,5) модели магнитной цепи машины необходимо воспроизводить магнитные. связи .между любсй парой зубцов статора и ротора машины, Это требует включения в моделирующее устройство регулируемых по специальному закону проводимостей Z1 Zz (в рассматриваемом на фиг,5 случае Zt = 12, 2р = 9, Z> Zz = 108), что существенно усложняет техническую реализацию устройства, Указанные трудности моделирования зубцовой зоны машины с учетом вращения ротора в существенной степени преодолеваются, если движение ротора представить в виде комбинации согласованных непрерывного поворота ротора на эубцовое деление статора (р1 к =pz ) с последующим скачкообразным возвратом в исходное положение и дискретного перемещения ротора с шагом, равным зубцовому делению статора (фиг.8), осуществляемого посредством двукратного коммутатора, который включается между моделями зазора и магнитной цепи статора (фиг.5). Причем при Zi = 12 посредством первого каскада коммутатора имитируется поворот ротора на угол, равный трем зубцовым делениям статора, т.е. на угол 2„„, =3 pz с шагом дискретизации, равным зубцовому делению статора pz . Посредством второго каскада коммутатора имитируется поворот ротора на угол 0з кс = 8 pz модели ротора с шагом дискретизации, равным четырем зубцовым делениям статора (4 pzt). Согласованное регулирование проводимостей элементов модели зазора, управление каскадами коммутатора приводят к имитации плавного вращения ротора (p, =p) +pz++) (фиг.8), На фиг.9 приведена схема регулирования проводимостей элементов 28 резистивной сетки зазора (фиг.5) для имитацииплавНого поворота ротора на угол pZt .

Так как проводимости элементов 28 мо-. дели зазора в функции от угла поворота ротора изменяются по одному и тому же закону (Л = f (yj (фиг,10а), то наиболее эффективно управление указанными проводимостями осуществлять времяимпульсным способом. Для этого каждый из элементов

28 (фиг,5) модели зазора реализуется посредством зашунтированной конденсатором 96 (фиг,9) электрической цепи, включающей соединенные последовательно прецизионный постоянный резистор 97 и обратный электронный ключ 98. Управление электронными ключами 98 осуществляется импульсами, формируемыми на выходах компараторов 99. Величина проводимости прецизионного резистора 97 Умакс

{фиг.10г) соответствует максимальной маг1683041 нитной проводимости между зубцами статора и ротора при совмещении их осей, т.е. когда угол у между указанными осями равен нулю. На один из входов компараторов подается напряжение с выхода генератора 5

100 функций синхронизируемого импульсами тактового генератора 101, на другие входы компараторов 99 подаются напряжения, пропорциональные абсолютным значениям углов у между осями соответст- 10 вующих зубцов статора и ротора. Периодическое напряжение Ог.e = F(t) (фиг.10б) на выходе генератора 100 функций определяется зависимостью Л = f (y}, Причем величине напряжения на выходе генератора 100 15 соответствует модуль угла у, а периоду— максимальное значение проводимости при Лпри у= О. На выходе компаратора 99 формируются широтноуправляемые импульсы (фиг.10в), длительность которых про- 20 порциональна значению магнитной проводимости зубцовых контуров для соответствующего угла у сдвига между укаэанными контурами. В результате этого осуществляется импульсное управление 25 проводимостью элемента 28 сетки зазора, как показано на фиг,10г, приводящее к соответствиюю выделяемого конденсатором

96 (фиг.9) среднего значения Ya-b проводимости элемента 28 магнитной проводимо- 30 сти между рассматриваемыми эубцовыми контурами, смещенными относительно друг друга на угол у, задаваемый напряжением

Оа-b (фиг.10б), Формирование напряжения

О;, соответствующего углу у между зубцо- 35 выми контурами статора и ротора, осуществляется посредством схемы на фиг. 11, включающей интегратор 102 на операционном усилителе, конденсатор в цепи обратной связи . которого шунтирован 40 электронным ключом 103. Управление электронным ключом 103 осуществляется импульсами с вМхода одновибратора 104, вход которого соединен с выходом компаратора

105. На один из входов компаратора 105 поступает выходное напряжение интегратора 102, а на другой вход — постоянное напряжение U z1, соответствущее углу щ, определяемому эубцовым делением статора, На вход интегратора 102 подается

50 напряжение О<;,, соответствующее угловой скорости вращения ротора жр . Пилообразное напряжение с выхода интегратора 102 поступает на один из входов сумматоров

106 — 109, на другие входы которых с движков потенциометров 110-113, питаемых от источников напряжений +Е, -Е, подаются напряжения, определяемые начальным углом у проводимостей зубцовых контуров.

Выходы сумматоров 106 и 107 соединены с входами двухполупериодных прецизионных выпрямителей 114 и 115, реализованных на основе операционных усилителей.

При этом на выходах 116, 117. 118. 119 выпрямителей 114 и 115 и сумматоров 108 и

109 формируются напряжения О ь, Оь-, Uw, Ud-е (фиг,11), соответствующие по кривой зависимости Л = 1(у} проводимости зубцовых контуров в интервалах à-b, b-с, с-d, d — е (фиг,10а), В модели дискретное перемещение ротора относительно статора, представляемое результирующей ступенчатых кривых зависимостей р =- f>(t) и р = fz(t) (фиг.8б,в), реализуется посредством коммутатора имитатора вращения ротора, схема которого приведена на фиг.12, Коммутатор включает два последовательно включенных каскада, содержащих четыре и три группы электронных обратимых ключей 120 (фиг.12), посредством которых реализуются составляющие движения ротора, представленные на фиг.8б и в. Управляющие входы 121-127указанных групп электронных ключей соединены с выходами "1" групп триггеров 128 — 131 и 132 — 134 (фиг.13). Инвертирующие R-входы триггеров 128 и 132 и инвертирующие S-входы остальных триггеров 129 — 131, 133, 134 через фильтр высоких частот, образованный резистором 135 и конденсатором 136, соединены с источником питания+Еп. Инвертирующие S-входы триггеров 128 и 132 и инвертирующие R-входы триггеров 129131, 133, 134 через резистор 137 подключаются к источнику питания +En и через кнопочный выключатель с замыкающим контактом 138 к шине нулевого потенциала.

Посредством схемы, включающей резистор

137 и кнопочный выключатель с замыкающим контактом 138, формируются одиночные импульсы для установки триггеров в исходное состояние. С-входы группы триггеров 128 — 131 подключены к коллектору транзистора 139, соединенному через резистор 140 с источником +E>. С выхода одновибратора 104 на вход 141 делителя, образованного резисторами 142 и 143, поступают импульсы, управляющие соединенным по схеме с общим эмиттером транзистором 139. Группа триггеров 128—

131 образует кольцевой счетчик, в котором

D-вход каждого из указанных триггеров соединен с единичным выходом предыдущего триггера, Кроме того, единичный выход триггера 128 соединен с С-входами другой группы аналогичных триггеров 132 — 134, о6разующих второй кольцевой счетчик, 1683041

15 токосцеплению и току фазы А, поступают на клеммы 150 — 152 перемножителя 147 и сумматоров 145 и 146 (фиг.14). Сумма выходных напряжений перемножителей 147 — 149, формируемая посредством сумматора 153, 20 соответствует электромагнитному моменту, действующему на ротор. моделируемой машины, и подается на один из входов интегратора 154. На другой вход иНтегратора 154 поступает напряжение (с движка потенциометра 155, питаемого от источника +Е), соответствующее моменту нагрузки на валу двигателя. Выходное напряжение U èíтегратора 154, соответствующее угловой скорости вращения ротора в, поступает

25 на вход 156 (фиг.11) интегратора 102, Реализация режимов "пуск" и "возврат" узла решения уравнений движения ротора осуществляется посредством введенных во входную цепь интегратора 154 контактов

157,158 соответственно реле 159, 160, включаемых через клавишный переключатель

161. В режиме "возврат" конденсатор 162 в цепи обратной связи интегратора 154 шунтируется резистором 163, в результате чего

40 выходное напряжение интегратора 154 сбрасывается.

Линейные резисторы 164 и 165, 166 (фиг.2) моделируют магнитные проводимости соответственно зазора в интервале эубцового деления ротора для радиального магнитного потока и участков пазов ротора для магнитных потоков разового рассеяния.

Нелинейные резисторы 167 и 168 моделируют магнитные проводимости соответствен45

50 но зубцов ротора и участков ярма ротора в интервале зубцового деления источников

169,170 и 171 тока (фиг.4). Причем указанным токам ставятся в соответствие МДС секций фазных обмоток. При дуальном пре- 55 образовании источники токов 1д, 1в и ic (169,170 и 171) преобразуются в источники

ЭДС ед, ев и ес (на фиг.4 соответственно

172, 173 и 174), которые соединяются между

Напряжения с выходов усилителей 92 и инверторов 94 (фиг.7) моделей фазных обмоток статора, пропорциональные потокосцеплениям фаз (с положительным или отрицательным знаком), поступают на.вход 5 сумматоров 144-146 (фиг.14), выходы которых соединены с одними из входов перемножителей 147 — 149, Другие входы перемножителей 147 — 149 соединены с выходами усилителей 93 и инверторов 95 10 (фиг.7), на которых формируются напряжения, пропорциональные фазным токам с положительным и отрицательным знаком.

Напряжения модели, соответствующие пособой в соответствии со схемой обмотки статора.

Дуальное преобразование электрической цепи (фиг.7а), решающей уравнени» (3), приводит к схеме (фиг,7б), в которой источнику ЭДС Ед = Од/р (175) соответствует источник тока !цА/р (68) блока 7 моделирования трехфазной сети, сопротивлению Rul (176) — проводимость Yul (69), а емкости Сг (177) — индуктивность Ь (70), причем напряжение на параллельно соединенных источнике 68 тока, индуктивности 70 и проводимости 69 дуальной схемы (фиг.7б) моделирует ток фаэной обмотки А статора, а ток i,ä, протекающий через первичную обмотку трансформатора 71, включенную через измерительный резистор 72 парал- лельно решающим элементам 68 — 70 дуальной схемы, соответствует потокосцеплению фд фаэной обмотки. Вторичные обмотки трансформатора 71, число которых определяется количеством источников ЭДС е в дуальной схеме (фиг.4) модели фазной обмотки А статора, подключаются к клеммам

73 — 91 модели магнитной цепи статора (фиг.5). Аналогично модели фазных обмоток

В и С соединены с источниками токов

iu>/р (178) и Ьс/р (179) модели трехфаэной сети и с моделью магнитной цепи статора (фиг.5) через клеммы 86,180,89,181-196 и

191,197,194,198 — 213 (фиг.7б).

Посредством усилителей 92 и 93 и соединенных с «х выходами инверторов 94 и 95 (фиг.7) формируются напряжения модели, соответствующие потокосцеплению фд с положительным и отрицательным знаком, а также току iA фазной обмотки А статора.

Причем на входы усилителей 92 и 93 постулают напряжения, измеряемые на резисторе 72 и источнике 68 тока, соответствующие потокосцеплению IPA и току!д.

Указанные усилители и инверторы включают в цепи обратной связи резисторы

214 — 217.

Узел задания угловых координат включает также конденсатор 218, резисторы

219 — 232, диод 233, резистор 234, диод 235, резистор 236, диод 237, резисторы 238,239, диод 240, резистор 241, диод 242, резистор

243, диод 244, резисторы 245, 246 (фиг.11), Устройство также включает клеммы

247 — 252 (фиг.7), Узел решения уравнений движения ротора (фиг,14) включает также резисторы 253 — 265 и резисторы 266.,267.

Во входной цепи усилителей 92,93 и инверторов 94,95 (фиг.7) включены резисторы

268 — 271.

Кроме того, блок 6 моделирования обмоток статора включает узлы 272 — 274 моде1683041

+ !А, (фс- )). лей фазных обмоток (А,В,С) (фиг.1), узлы

275 — 277 задания потокосцеплений и токов фаз. Блок 5 управления имитатором вращения ротора включает узел 278 решения уравнений движения ротора, узел 279 задания угловых координат, узел 280 управления элементами резистивной сетки и узел 281 управления коммутатором имитации вращения ротора.

Блок 3 моделирования магнитного поля ротора включает резистивную сетку 282 и

RC-сетку 283. Блок 1 имитации вращения ротора включает первый и второй коммутаторы 284 и 285.

Устройство работает следующим образом.

После настройки параметров и характеристик решающих элементов модели в соответствии с исходными данными моделирующей машины нажатием кнопки 138 (фиг.13) и клавиши "Возврат" (фиг.14) устройство переводится в исходное состояние, при котором триггеры 128 и 132 устанавливаются в состояние "1", а остальные триггеры — в состояние ".О", сбрасывается напряжение на выходе интегратора 154. В режиме "пуск", реализуемом нажатием клавиши "пуск" (фиг.14), в модели фаэных обмоток статора (фиг.7) вводятсятоки, соответствующие f UAdt, f Ugdt u f Ucdt, При этом протекающие в первичных обмотках трансформатора 71 токи IqA, 11-8 и Iyc соответствуют потокосцеплениям фд, фв и ф фаз, а токи вторичных обмоток (i1-2, iz-з, ... !7-в) — потокам, сцепленным с зубцовыми контурами, представляющими собой фазные обмотки статора, На соединенных с моделью магнитной цепи статора вторичных обмотках трансформаторов 71 автоматически формируются напряжения, соответствующие фазным токам !д. !в u ic. По измеряемым на выходах усилителей 92,93, инверторов 94,95 модели обмотки статора (фиг.7) напряжениям, пропорциональным потокосцеплениям и токам фаз, в схеме моделирования электромагнитного момента и решения уравнения движения (фиг,14) формируется напряжение, определяющее электромагнитный момент согласно выражению

Вэм = -1-(!В(фд — фС) + IC (у — у"А) +

Далее по известным моменту нагрузки е>, моменту инерции ротора !, найденному электромагнитному моменту m» определяется напряжение 0 . „соответствующее угI

50 ловой скорости вращения ротора ер согласно уравнению движения ротора: — 1 мр = — f (п1эм mr) dt. !

Зависимость электромагнитного момента от скольжения S ротора как в оригинале, так и в модели имеет вид, представленный на фиг.15. Скольжение S ротора определяется в результате решения уравнения движения ротора по формируемому в модели (в процессе решения уравнения движения) электромагнитному моменту m», заданным моменту нагрузки mT и моменту инерции ротора !. В начальный момент времени ротор в модели принят неподвижным, т.е. на выходе интегратора 154 (фиг.14) Ц,,= О.. р

Под действием трехфазного напряжения модели трехфазной сети в модели обмотки статора машины формируются напряжения, соответствующие потокосцеплениям и токам фазных обмоток при неподвижном роторе, по которым определяется пусковой электромагнитный момент m .

Разность напряжений, соответствующих моментам тл и m<, поступает на вход интегратора 154, постоянная времени которого в принятом масштабе времени определяется моментом инерции ротора !, В результате этого на выходе интегратора формируется напряжение Ui-, = О в модели имитируется вращение ротора со скоростью, соответствующей U;,. Это ведет согласно фиг,15 к увеличению электромагнитного момента и еще большему увеличению скорости вращения ротора. Этот процесс продолжается до тех пор, пока гпэм не достигнет значения mT, В этот момент машина переходит в установившийся режим работы со скольжением

S, соответствующим по кривой на фиг.15 электромагнитному моменту, равному ат.

Напряжение U„,, с выхода интегратора 154 (фиг.14) поступает на вход схемы формирования напряжений, определяющих угловые координаты у элементов модели зазора (фиг.11), при движении ротора согласно кривой зависимости составляющей угловой координаты ротора р1 от времени представленной на фиг.8а, Согласно полученной для каждой проводимости зубцовых контуров зависимости угла уот времени т (фиг.11) формируются проводимости элементов 28 модели зазора (фиг,5). Одновременно импульсы, частота следования которых пропорциональна угловой скорости вращения ротора вр, с выхода одновибратора 104 (фиг,11) поступают на вход схемы управления коммутатором имитатора вра13

1683041

5

50 тивности лобового рассеивания, блок управления имитатором вращения ротора содержит узел решения уравнений движения ротора, узел задания угловых координат, выполненный в виде группы щения ротора (фиг,13), в результате чего на ее выходах формируются напряжения, управляющие коммутатором имитатора вращения ротора. Указанное регулирование проводимостей элементов 28 схемы моделей зазора и коммутация в модели матнитной цепи машины приводят к имитации вращения ротора согласно фиг.8. При этом в модели обмотки ротора (фиг.3) автоматически формируются процессы, определяющие электромагнитный момент в машине, воспроизводимый посредством схемы на фиг.14. При токах, протекающих через нелинейный элемент модели магнитной цепи машины (фиг.6), меньших опорного тока 1Оп, сопротивление нелинейного элемента определяется резистором 57. При значениях тока через нелинейный элемент, превосходящих 1Ом, но меньших 1, один из диодов

64 и 65 (в зависимости от полярности напряжения на нелинейном элементе) запирается, в результате чего последовательно с резистором 57 включается резистор 58. Аналогично при токах, превосходящих 1опг, наряду с диодом 64 или 65 запирается также один из диодов 66 и 67 и последовательно с резисторами 57 и 58 включается резистор

59.

Формула изобретения

Устройство для моделирования электромагнитных полей и процессов в асинхронных машинах, содержащее блок моделирования магнитного поля ротора, содержащий первую R- и вторую RC-сетки, блок моделирования магнитного поля статора, выполненный в виде резистивкой сетки, блок имитации вращения ротора, включающий первый и второй коммутаторы, блок управления имитатором вращения ротора, блок моделирования трехфазной сети, включающий три источника тока, блок моделирования обмоток статора и блок моделирования короткозамкнутой обмотки ротора, содержащий резисторы задания индуктивности лобового рассеивания, причем блок моделирования обмоток статора включает три узла формирования потокосцеплений и токов фаз и три узла модели фаэных обмоток, выходы которых подключены к входам трех узлов формирования потоксцеплений и токов фаэ, каждый узел модели фазной обмотки блока моделирования обмоток статора содержит трансформатор задания потоксцеплений, к первичной обмотке которого подключен резистор задания индукгенераторов пилообразных напряжений. узел управления элементами второй RC-сетки и узел управления коммутатором имитации вращения ротора, причем выход узл» решения уравнений движения ротора подключен к входу запуска генераторов пилообразных напряжений группы узла задания угловых координат, выходы которых соединены соответственно с управляющими входами узла управления коммутатором имитации вращения ротора и узла управления элементами второй RC-сетки, блока управления имитатором вращения ротора, первый, второй и третий выходы блока моделирования трехфазной сети подключены к соответсвтующим входам узлов модели фазной обмотки блока моделирования об-, моток статора, группа выходов узла управления элементами второй RC-сетки подключена к управляющим входам второй

RC-сетки блока моделирования магнитного поля ротора, группа выводов блока моделирования короткозамкнутой обмотки ротора подключена соответственно к группе входов первой R-сетки, внешние граничные узлы которых подключены к входам второй RC» сетки блока моделирования магнитного поля ротора, выходы которой соединены с группой информационных входов первого коммутатора блока имитации вращения ротора, выходы которого подключены к группе информационных входов второго коммутатора, группа выходов которого подключена к выходным узлам резестивной сетки блока моделирования магнитного поля статора, управляющие входы первого и второго коммутаторов блока имитации вращения ротора соединены с выходами узла управления коммутатором имитации вращения ротора блока управления имитатором вращения ротора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет моделирования трехмерных магнитных полей, в блоке моделирования обмоток статора в каждый узел моделей фазных обмоток введена катушка индуктивности задания активного сопротивления обмотки статора, выводы которой соединены с выводами источника тока блока моделирования трехфэзной цепи, выводы вторичных обмоток трансформатора задания потокосцеплений подключены к центральным узлам резистивкой сетки блока моделирования магнитного поля стэторэ, в блок моделирования короткозамкнутой обмотки ротора введены две катушки икдуктивности, группа разделительных трансформаторов, группы ключей, соединенных по мостовой схеме, и генератор прямоугольных импульсов, прямой и обратный выходы которого

1683041

16 подключены соответственно к управляющим входам ключей, расположенных в попарно противоположных плечах соответствующих мостовых схем, первые диагонали которых подключены к выводам соответствующих разделительных трансформаторов группы, а вторые диагонали — к первым выводам катушек индуктивности и резисторов и к внутренним узлам первой

R-сетки блока моделирования магнитного поля ротора, вторые выводы катушек индук5 тивности блока моделирования короткоээмкнутой обмотки ротора подключены к вторым выводам резисторов.

1683041 г. Ггп

1683041

Wcrza/

Фа а B

ЬХ 1И(1д+ Бо /И Й- vier Й!-а(Ь ии Й Й (Еа Й -р

Жча С

Щууд g

pupa 4

1683041

1683041

17> 17k

7Я 74 75 7б 7778 1У l08I Ж 8784 85 ВбР М 8030У

752

1683041

per

z)

РЫ2. 8

° ° ° ° ° ° ° °

I

1683041

1683041

° ° ° а

Ю Ч2Ч3ЧЧ Ч5Ч6 Ч7Ч9Ч950 3, 92

121

122

123

12

12

12

12

29 30 37 32 33 зч 35 35 37 3à 39 а

Фиг.!2

1683041

1683041

293

152

251

299

252

Составитель В,Геча

Техред M,Moðãeíòàï Корректор M.Êó÷åðÿâàÿ

Редактор Т,Юрчикова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3415 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раувская наб., 4/5