Устройство для моделирования электромагнитных процессов в индукторных машинах

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП И

ИЗОБ

К АВТОРСК рн729599 (61) Допол н итель (22) Заявлено 13.0 (51) м. кл.2

С 06 0 7/62 с присоединением (23) Приоритет—

Опубликован

Дата опублик

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УД1(681 .333 (086. 8) (72) Авторы изобретения

Л. С. Парванян, A. A. Терзян и Э. С. Фрнджибашян (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

ПРОЦЕССОВ В ИНДУКТОРНЫХ МАШИНАХ

Изобретение относится к электри- ческой вычислительной технике, в частности к моделированию электрических систем или устройств.

Известно устройство для определения статических и динамических характеристик синхронных машин, содержащее аналоговый вычислительный блок и модель магнитного поля машины (1j.

Однако воспроизведение процессов в продольно-поперечном представлении исключает возможность исследбвания эффектов, связанных с взаимным перемещением сердечников статора и ротора с учетом их реальной геометрии.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее две группы трансформаторов, вычислительный блок и мо- 20 дель магнитного поля машины (2).

Целью изобретения является повышение точности моделирования.

Это достигается тем, что в устройство введены модуляторы, демодулято- 25 ры, коммутатор, дополнительные модели магнитного поля машины и блок управления,выходы которого подключены соответственно к первьп| входам демодуляторов,коммутатора и модуляторов, вторые ЗО входы которых соединены с выходами вычислительного блока, входы которого подключены соответственно к первым выходам модуляторов, вторые выходы и третьи входы которых соединены соответст. венно с первыми входами и выходами первой и второй групп трансформаторов, вторые входы и выходы которых подключены соответственно к первым выходам и вторым входам демодуляторов, вторые выходы и третьи входы которых соединены соответственно,с вторыми входами и с выходами коммутатора, группы входов и выходов которого подключены к входам и выходам моделей магнитного поля машины, кроме того, модель магнитного поля машины состоит иэ электропроводной бумаги, соединенной через резисторы с входом модели,,граничные области электропроводной бумаги через нелинейные элементы соединены с выходом модели магнитного поля машины:

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2. — модель магнитного поля машины для индукторного генератора для одного взаимного положения зубцов статора и ротора; на фиг. 3 показано расположение нелинейных элементов в эубцовой зоне при де729599

1 вяти различных положениях зубцов статора и ротора1 на фиг. 4 приведена принципиальная схема соединения группы реле коммутатора; на фиг. 5 — принципиальные схемы, решения дифференциальных уравнений электрического равновесия индукторного генератора на фиг. 6 — блок управлений группой реле.Устройство содержит вычислительный блок 1 (см. фиг. 1), соединенный через модуляторы 2 и 3 с трансформаторами 4 и 5, которые через демодуляторы

6 и 7 подключены к коммутатору 8, выполненному на реле, соединенному с моделями 9-17 магнитного поля машины, образующими блок 18 воспроизведения магнитного поля машины, и с блоком 19 управления, подключенным также к модуляторам 2, 3 и демодуляторам 6, 7.

Устройство включает блок 18 воспроизведения магнитного поля, состоящий из моделей 9-17 поля, с помощью которых имитируется дискретное враще20 ние ротора. Причем количество моделей поля определяется числом различных положений, занимаемых вращающимся дискретно ротором относительно статора (на фиг. 1 число указанных положений принято равным 9) °

Модель магнитного поля для одного взаимного положения зубцов статора и З0 ротора (см. фиг. 2}.. включает электропроводную бумагу 20, воспроизводящую . в плоско-параллельном представлении магнитное поле в воздухе активной зоны машины, ограниченной плоскостями симметрии ца и ВВ .

Области электропроводной бумаги, соответствующие пазам обмоток статора и возбуждения, соединены с резисторными делителями тока, каждый из которых включает четыре идентичных резис- 40 тора 21, одни выводы которых соединены вместе и подключены к входной клемме (22, 23, 24), а другие — к электропроводящей бумаге. Границы электропроводящей бумаги, соответст- 4$ вующие пазам обмотки возбуждения, через нелинейные элементы 25, воспроиз водящие магнитное поле в спинке статора над пазом возбуждения, соединены статора. Причем, вследствие того, что поле вдоль оси симметрии ВВ чисто радиальное, модель магнитного поля вдоль

60 указанной оси закорочена и соединена с шиной нулевого потенциала °

Шина нулевого потенциала расположена вдоль внешнего контура листа статора, поэтому магнитным полем за его пределами можно пренебречь. 65 с шиной 26 нулевого потенциала. Нели- щ нейные элементы 27 и 28, соединяющие в модели пазы якоря и возбуждения, моделируют соответственно магнитное поле в больших зубцах статора и в спинке сматора над пазом якоРя, а нелиней- 55 ные элементы 29-32, соединенные с ма.лыми пазами, — поле в малых зубцахНелинейный элемент модели магнитно- го поля представляет собой параллельное соединение двух электрических цепей (каждая из этих цепей выполнена из последовательно соединенных резистора 33 и двух встречно-включенных идентичных стабилитронов 34), апроксимирующих кусочнолинейно двумя прямыми кривую намагничивания моделируемого нелинейного сопротивления ферромагнитного участка магнитопровода.

На фиг. 3 приведены схемы соединений нелинейных элементов, моделирующих магнитвое поле в зубцах статора и ротора при их различных относительных положениях.

Реле 35-43 (см. фиг. 4) образуют коммутатор 8. Каждое иэ этих реле включает три замыкающих контакта, одни выводы которых подключены к клеммам 44-46, а другие — к входным клеммам делителей тока (контакты реле 35 соединены с входными клеммами 22-24 делителя тока модели 9, принципиальная схема которой показана на фиг. 2), клеммы 47-55 — клеммы обмоток реле

35-43.

Вычислительный блок 1 (см. фиг. 5) включает интеграторы 56 — 58, сумматоры 59 и 60, инверторы 61 и 62, измерительные резисторы 63 и 64, потенциометры 65-73. Выходы сумматора 59 и резистора 63 соединены с входом модулятора 2, а выходы сумматора 60 и резистора 64 — c входом модулятора 3.

Один из входов сумматора 59 соединен с выходом интегратора 56, а другой— с потенциометром 67, подключенным к выходу инвертора 61. Выход инвертора

61 соединен также через потенциометр

69 с одним из входов интегратора 57.

Выход интегратора 57 соединен через потенциометр 68 с другим его входом, а также через потенциометр 65 с входом интегратора 56. Другой вход интегратора 56 через потенциометр 66 соединен с входом инвертора 61 и измерительным резистором 63. Вход сумматора 60 соединен с выходом интегратора

58, а также через потенциометр 73 подключен к выходу инвертора 62, вход которого соединен с измерительным резистором 64. Один из входов интегратора 58 через потенциометры 70 и 71 соединен с источником опорного напряжения 100 B а другой — через потенциометр 72 — с выходом инвертора 62.

Первичные обмотки трансформаторов

4 и 5 подключены к выходу модуляторов

2 и 3, а вторичные обмотки — к входу демодуляторов 6 и 7. Модуляторы и демодуляторы имеют идентичную схему, представляющую собой электрический мост, в плечи которого включены обратимые ключи. Причем ключи в противолежащих плечах моста управляются синхронно и синфазно, а в смежных плечах — синхронно, но в противофазе..729599

S-входом триггера 74 и R-входами триг-2 герон 75 — 82.

Нулевые выходы триггеров 74-82 чеез усилители-инверторы 94 †1 подлючены соответственно к клеммам 4754 обмоток реле. Генератор 103 пряемого моделируемого устройства. В исходном состоянии на клемму 93 блока управления (см. фиг. 6) поступает сиг-40 водит к генерации импульсов с частотой, 60

Благодаря использованию модулятора и демодулятора возможна трансформация постоянных составляющих питающих модель магнитного поля токов, соответствующих токам обмоток моделируемой машины.

Блок управления (см. фиг. 6) служит для преобразования напряжения Ua) пропорционального угловой скорости вращения ротора, в последовательность команд управления группой реле. Укаэанное преобразование реализуется с помощью девятираэрядного ренерсинного резистора сдвига, выполненного на

RST-триггерах 74-82 с синхронизированным счетным входом и асинхронными

S u R-входами, RS-триггере 83 с прямым входом, схемах И-ИЛИ 84-92, клемме 93, усилителях-иннерторах 94-100, управляемого генератора 101 импульсов, вход которого соединен с источником напряжения Пш, пропорционального угловой скорости вращения ротора, а выход — с входами синхронизации (С-входами) триггеров 74-82. Клемма

93 начальной установки соединена с р

К моугольных импульсов, выход которого соединен непосредственно с управляющими входами ключей 104 (см. фиг. 5) и через усилитель-инвертор 105 — с управляющими входами ключей 106, модуляторов 2, 3 и демодуляторов б и 7.

Рассмотрим принцип работы предлаганал начальной установки, который приводит триггер 74 в состояние 1, а триггеры 75-82 в состояние 0 . При этом сигнал с единичного входа триггера 74 устанавливает триггер 83 в состояние 0, в результате чего на соответствующие входы схем И-ИЛИ поступает единичный сигнал, создающий условия сдвига 1 триггеров н сторону старших разрядов. На клемме 47 появляется напряжение, приводящее к срабатыванию реле 35. Затем сигнал начальной установки выключается и на вход генератора 101 подается напряжение U пропорциональное угловой скорости вращения ротора, которое припропорциональной входному напряжению

Ущ. Одновременно включается генератор

103, управляющий ключами модуляторов

2, 3 и демодуляторов б, 7, и аналоговый вычислительный блок 1. При этом осуществляется сдвиг 1 в регистре сдвига в сторону старших разрядов и, как следствие последовательное срабатывание реле 48-55;

При достижении 1 триггера 82, триггер 83 переходит в 1 состояние, вследствие чего формируется команда регистра сдвига.

Последующие импульсы генератора 101 приведут к сдвигу единицы в сторону младших разрядов до достижения реверсивного счетчика исходного состояния и срабатыванию реле 55-47 в обратном порядке.

В результате описанной работы блока 19 управления через реле осуществляется последовательное подключение в прямом и обратном порядке моделей магнитного поля машины 9-17 к аналоговому вычислительному блоку. Тем самым осущестнляется нвод необходимой информации о магнитном поле машины для решения системы дифференциальных уравнений, описывающих процессы в электрических контурах машины с учетом взаимного перемещения статора и ротора.

Аналоговый вычислительный блок решает следующую систему дифференциальных уравнений электрического равновесия машины при активноемкостной нагрузке „ U (1Я РС 1P R ю где r аiUs U r1ð <1е "я э

rg — потокосцепления, напряжения, токи и активные сопротивления соответственно обмоток якоря и возбуждения;

Cä, R — емкость и активное сопротивление нагрузки.

При этом напряжения модели,соответствующие V>,, U«U+, J+, Уз, измеряются соответственно на выходах интеграторов в 56-58, потенциометре 70, резисторах 63 и 64. Сумматоры 59 и

60 внедены для воэможности компенсации падения напряжения на резисторных делителях токов.

Описываемое устройство, благодаря введению новых элементов и связей, отличается более высокой точностью моделирования электромагнитных процессов н индукторных .машинах. .Формула изобретения

1. Устройство для моделирования электромагнитных процессов в индукторных машинах, содержащее две группы трансформаторов, вычислительный блок и модель магнитного поля машины, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены модуляторы, демодуляторы, коммутатор, дополнительные модели магнитного поля машины и блок управления, выходы которого подключены соответственно к первым входам демодуляторов, коммутатора и модуляторов, вторые нходы которых соединены с выходами нычис729599 лительного блока, входы которого подключены соответственно к первым выходам модуляторов, вторые выходы и третьи выходы которых соединены соответственно с первыми входами и выходами первой и второй групп трансформаторов, вторые входы и выходы которых подключены соответственно к первым выходам и вторым входам демодуляторов, вторые выходы и третьи выходы которых соединены соответственно с вторыми входа ми и с выходами коммутатора, группы

10 входов и выходов которого подключены к входам и выходам моделей магнитного поля машины.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е.с я тем, что модель магнитного поля машины состоит иэ электропроводной бумаги, соединенной через резисторы с входом модели, граничные области электропроводной бумагй соединены нелинейными элементами с выходом модели магнитного. поля машины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 430996, кл. G 06 G 7/62, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 481914, кл. G 06 G 7/62, 1973 (прототип) ., ° 4

° r . j р ф

/ С t ° у

; . ФлФ" 729599

Фиг.5

Заказ 12б1/42

Тираж 751

Подписное

ЦИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113()35, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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

Составитель И. Загорбинина

Редактор Е. Гончар Техред N. Кузьма Корректор С. Шекмар