Устройство для моделированияасинхронного двигателя

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцналнстмческих

Республик

<>798900

Ф

1 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 1804.79 (21) 2755359/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 23.01,81. Бюллетень No 3

Дата опубликования описания 230181 (51)М. Кл. . G 06 С 7/62

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681. 333 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.С. Бочаров и А.В. Меньшов (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АСИНХРОННОГО

ДВИГАТЕЛЯ вание подобных устройств в цифроаналоговых специализированных системах приводит к значительному снижению производительности и точности таких систем.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования асинхронного двигателя, содержащее блок регулирования напряжения и мощности, выход которого через первый блок задания электрических потерь подключен ко входам блоков задания реактивной и активной составляющей мощности и ко входу второго блока задания электрических потерь, выход которого через третий блок задания электрических потерь подключен к четвертому блоку задания электрических потерь, введены развязывающий и инвертирующий усилители, источник опорного напряжения, выпрямитель, фильтр, генератор знакопеременного напряжения, компаратор, инвертор, электронные ключи, управляемый делитель напряжения, неинвертирующий усилитель, интегратор и делитель напряжения, подключенный одним выводом к выходу интегратора, а другим выводом — к

Изобретение относится к моделированию электрических систем и может быть использовано в аналоговых и цифроаналоговых системах для энергетики.

Известно устройство для моделирования асинхронного двигателя, содержащее источник ЭДС, фильтры, резисторы и модели роторных обмоток t1) .

Однако это известное устройство имеет недостаточное быстродействие.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для моделирования асинхронного двигателя, содержащее блок регу- 15 лирования напряжениями мощности, подключенный через первый блок задания электрических потерь с блоком задания реактивной составляющей мощности и со входом второго блока элек- 20 трических потерь, выход которого через третий блок задания электрических потерь подключен к четвертому блоку задания электрических потерь, переключатели, автотрансформатор (2j

Однако это устройство, являясь основной частью нагрузочных узлов моделируемых энергосистем, также обладает низким быстродействием и точностью, вследствие чего использо- З0

Ордена Октябрьской революции Всесоюзный государственный (71) Заявитель проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт энергетических систем и электрических сетей

7989О0 выходу второго блока задания электрических потерь и ко входам неинвертирующего и развязывающего усилите,лей, выход развязывающего усилителя

;соединен с первым входом выпрямителя и входом инвертирующего усилителя, выход которого подключен ко вто5 рому входу выпрямителя, выход которо го через фильтр соединен с первым входом компаратора, второй и третий входы которого соединены соответствен-, но с выходами генератора знакопеременного напряжения и источника опорного напряжения, выход компаратора соединен со входом инвертора и первым входом первого электронного ключа, второй вход которого соединен с 15 выходом развязывающего усилителя, выход инвертора подключен к первому входу второго электронного ключа, второй вход которого соединен с выходом инвертирующегo усилителя, выходы электронных ключей подключены к информационному входу управляемого делителя напряжения, выход которого соединен с первым входом интегратора, второй вход которого подключен к выхо-2 ду неинвертирующего усилителя, управляющий вход управляемого делителя напряжения соединен со входом генератора знакопеременного напряжения.

ЗО

На фиг. 1 представлена блок-схе-. ма устройства для моделирования асинхронного двигателя; на фиг. 2 — номинальные значения тока намагничивания и напряжения. 35

Устройство содержит блок 1 регули рования напряжения и мощности, первый 2, второй 3, третий 4 и четвертый 5 блоки задания электрических по терь, блоки|задания реактивной 6 и активной 7 составляющей мощности, 40 развязывающий 8 и инвертирующий 9 усилители, выпрямитель 10, фильтр 11 компаратор 12, генератор 13 знакопеременного напряжения, источник 14 опорного напряжения, инвертор 15, g$ электронные ключи 16 и 17, управляемый делитель 18 напряжения, неинвертирующий усилитель 19, интегратор

20, делитель 21 напряжения. Неинвертирующий усилитель 19 включает в у0 себя резисторы 22, 23, 24. Интегратор 20 содержит резистор 25 и конденсатор 26.

Блок 1 регулирования напряжения и мощности предназначен для поддержа. ния напряжения на входе схемы замещения потребителей электроэнергии (точка 27, фиг. 1), равного номинальному при установке заданных мощностей в нормальном режиме. Первый блок

2 задания электрических потерь, пред- N ставлякщий собой дроссель с отпайками, воспроизводит сопротивление распределительных сетей и понижающих трансформаторов от сети, высокого напряжения потребителям электроэнер- Я гии . Второй блок 3 з адания электрических потерь, представляющий собой дроссель с отпайками, воспроизводит индуктивное сопротивление рассеяния, статорной обмотки асинхронного двигателя. Третий блок 4 задания электрических потерь, представляющий собой дроссель без отпаек, воспроизводит индуктивное сопротивление рассеяния роторной обмотки асинхронного двигателя. Четвертый блок 5 задания электрических потерь, представляющий собой переменное сопротивление, воспроизводит активное сопротивление роторной обмотки асинхронного двигателя. Блок 6 задания реактивной составляющей мощности представляет собой набор конденсаторов различной емкости, которые воспроизводят статические конденсаторы в реальной системе, устанавливаемые в сетях низкого напряжения для повыше. ния cos $ . Блок 7 задания. активной составляющей мощности представляет собой набор резисторов д различным номиналом сопротивлений, которые воспроизводят постоянную активную нагрузку в реальной системе (печи сопротивления, электронагревательные приборы, лампы накаливания и др.). Развязывающий усилитель 8 служит для развязки цепей, инвертирующий усилитель 9 необходим для осуществления операции инверсии сигнала, выпрямитель 10 с фильтром 11 производят преобразование переменного напряжения в постоянное. Компаратор 12 служит для сравнения напряжений, поступающих от фильтра 11 и источника 14 опорного напряжения, с треугольным знакопеременным напряжением высокой частоты от генератора 13. Электронные ключи 16 и 17, управляемые от компаратора 12 и инвертора 15, служат для прерывания аналоговых сигналов, поступающих от развязывающего

8 и инвертирующего 9 усилителей через управляемый делитель 18 напряжения на вход интегратора 20. С помощью управляемого делителя 18 напряжения по команде от ЦВМ (на чертеже не,показана) задается закон изменения индуктивного сопротивления намагничивания асинхронного двигателя. Неинвертирующий усилитель 19, интегратор 20 и делитель 21 напряжения воспроизводят индуктивное сопротивление намагничивания асинхронного двигателя.

Устройство работает следующим образом.

Входное напряжение поступает на вход блока 1 регулирования напряжения и мощности. От входного зажима отбирается ток, определяемый уставками на блоках 2-5 задания электрических потерь, блоках задания реактивной 6 и активной 7 составляющих мощности и управляемом делителе 18

798900 напряжения. В точке соединения блоков 3, 4 задания электрических потерь действует напряжение 0}ц(р). На выходе усилителя 8, имеющего коэффициент передачи Кл = 1, присутствует то же напряжение u>(p). Это напряжение инвертируется с помощью инвертирующего усилителя 9, имеющего коэффициент передачи К2 = -1. Выпрямитель

10 с фильтром 11 производят преобра- зование переменного напряжения О}н(р) в постоянное U> . На выходе электронных ключей 16 и 17 напряжение равно:

02(р) О (р)

"Ь(Р) Z C p+ С рГ

25 20 1В 2Ь где 8.18 — значение сопротивления равляемого делителя 18 ряжения.

Ток I„ (р), протекающий через литель 21 напряжения, равен: в

З5 упнапде-. 40 (p - U (p) и (р) о (р) (4)

2(2< Ь

3„(p) =

Подставляя в выражение (4) выра-" жения (3), (2) и (1), получим:

I i(v) U ql дЯ} щ ц

Ю К26 2„С2ьР }) 2 Р

Ток 12 (р), протекающий через резистор 24, равен:

"2(P)- "„(P) и„У) 2, ®» ч "

24 22 24

Приняв в выражении (5) R qqW бР

1+

1 21 <8 26 2

22 (,„-> ),. (Р)

0,(р)=

П где Р— оператор Лапласа, 0 „- напряжение, подаваемое на вход компаратора 12 от источника 14 опорного напряжения (Uoh = "}ни )

U — номинальное постоянное нап)1Н ряжение на выходе фильтра 11, соответствующее номинальному значению Uy (p), U — амплитудное значение напря- 25

h жения от генератора 13.

На выходе неинвертирующего усилителя 19 напряжение равно:

,(p) = u„(q1(+ < ) g) ро

Напряжение на выходе интегратора

20 равно: где 1< и Lп — индуктивности, определяющие индуктивное сопротивление намагничивания асинхронного двигателя, получим: о„(р) ())(а) (ш ) u

",Р

Ток Ip (р), соответствующий току ветви намагничивания асинхронного

:,вигателя, равен.

)лир) 1(г) 2(v)

Ток I (р) введен в выражение (8) для компенсации активной составляющей тока 12(р) .

Приняв в выражениях (5) и (6) Ьы

ЪРВ и подставляя их в выражения (7) и (8), получим:

"и® 6 щ р)м}Д гг® 1„p ц 1 р (9) Иэ выражения (9) видно, что ток (Р) имеет индуктивный характер, Зависимость изменения тока намагничивания от напряжения р и

)лн рн где n = 2,3,4,5,6

1„„,0„„- номинальные значения тока намагничивания и напряжения, представлена на фиг. 2.

Степень п определяется соотношением мелких и крупных асинхронных двигателей, входящих в состав нагрузки.

Задание нужной зависимости тока намагничивания производится по второму входу устройства от ЦВМ.

Например, для п = 2 величина сопротивления управляемого делителя 18 напряжения должна быть:

Б е Ы (+ 22 а напряжение U от генератора 13 должно быть равным:

Ь - "оп - "ф

При этом получаем квадратичную зависимость тока намагничивания от напряжения.

Получение 3-, 4-, 5- и 6-степенных зависимостей тока намагничивания производится приближенно. Для получения зависимости:

798900 напряжение U = 0,4 И и, а уставка величины сопротивления делителя 18 определяется исходной точкой аппрок симации кривой Ь = 3 (фиг. 2) Ц (Ц„„0,9. В диапазоне 0,6 4 „("у н

41,4 аппроксимация осуществляется кривой линией, а в диапазоне ОсЦ /Ц„н (43,6 — прямой линией. Существенное влияние тока намагничивания на общий ток, потребляемый нагрузкой, проявляется в диапазоне I /?„ц r 0,3, поэтому аппроксимация нижней части кривых (фиг. 2) для п 2 прямыми линиями является допустимой. Рабочий диапазон изменения: Ц> /Ц) ц = 0,7 -, 1,1.

Аппроксимация кривых и 3 осуществляется аналогично кривой и = 3, но уставки значений 0„ и сопротивления управляемого делителя 18 напряжения берутся уже другими.

Использование новых элементов в устройстве для моделирования асинхронного двигателя существенно повышает его быстродействие и точность по сравиению с известным. В связи с этим возможно его использование в аналоговых и цифроаналоговых системах энергетики, работающих в натуральном и ускоренном масштабах времени.

Формула изобретения у".тройство для моделирования асинхронного двигателя, содержащее блок регулирования напряжения и мощности, выход которого через первый блок задания электрических потерь подключен ко входам блоков задания реактивной и активной составляющей мощности и ко входу второго блока задания электрических потерь, выход которого через третий блок задания электрических потерь подключен к четвертому блоку задания электрических потерь, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 5 l0

45 что, с целью повышения быстродействия и точности, в устройство введены развязывающий и инвертирующий усилители, источник опорного напряжения, выпрямитель, фильтр, генератор знакопеременного напряжения, компаратор, инвертор, электронные ключи, управляемый делитель напряжения, неинвертирующий усилитель, интегратор и делитель напряжения, подключенный одним выводом к выходу интегратора, а другим выводом — к выходу второго блока задания электрических потерь и ко входам неинвертирующего и развязывающего усилителей, выход развязывающего усилителя соединен с первым входом выпрямителя и входом инвертирующего усилителя, выход которого подключен ко второму входу выпрямителя, выход котброго через фильтр соединен с первым входом компаратора, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходам генератора знакопеременного напряжения и источника опорного напряжения, выход компаратора соединен со входом инвертора и первым входом первого электронного ключа, второй вход которого соединен с выходом развязывающего усилителя, выход инвертора подключен к первому входу второго электронного ключа, второй вход которого соединен с выходом инвертирующего усилителя, выходы электронных ключей подключены к информационному входу управляемого делителя напряжения, выход которого соединен с первым входом интегратора, второй вход которого подключен к выходу неинвертирующего усилителя, управляющий вход управляемого делителя напряжения соединен со входом генератора знакопеременного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание.при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 324635, кл. G 06 G 7/62, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

9 67369, K . G 06 G 7/62, 1972 (прототип).