Устройство для моделированияавтономных инверторов toka

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик i»549247 (51)М. Кд.

> с (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) За я влено 09. 10. 79 (21) 2827063/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

9 06 G. 7/62

Государственный комитет по делам изобретений и открытий (53) УДК 681.333 (088.8) Опубликовано 23. 07. 81 . Бюллетень Рй 27

Дата опубликования описания 25 . 07 . 81

Б. М. Антонов, П. Ф. Мерабишвили и Е. И. Случанко (72) Авторы изобретения

Институт высоких температур АН СССР

4 и Всесоюзный заочный инженерно-строительно институт (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АВТОНОМНЫХ

ИНВЕРТОРОВ ТОКА

Изобретение относится к моделированию нелинейных вентильных цепей с помощью аналоговой вычислительной техники и может быть использовано для исследования преобразовательных систем с инверторами.

Известно устройство для моделирования автономных инверторов тока, содержащее генератор постоянного тока, усилитель, интеграторы, инверто1О ры, с помощью которых моделируются непрерывные части инвертора тока (цепи переменного и постоянного тока} и дискретное устройство(контактнологическая схема), моделирующее вентильную часть инвертора тока. В этом устройстве вентили заменяются контакт. ными (релейными) элементами, которые управляются при помощи логической . схемы в соответствии с логической работой вентилей. Для цепей переменного и постоянного токов набираются

;обычные дифференциальные уравнения согласно законам Кирхгофа 111., 1

Недостатком известных устройств является их сложность и низкая надежность, так как используется большое количество элементов вычислитель= ной техники, полупроводниковых логических блоков и контактных элементов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для моделирования инверторов тока, содержащее интеграторы, первый сумматор, выход которого через первый интегратор подключен ко входу второго интегратора и к первому входу второго сумматора, выход которого через третий интегратор соединен со входом четвертого интегратрра и первого инвертора P2), Недостатком такого устройства для моделирования автономных инверторов тока являются ограниченные функциональные возможности. Оно позволяет исследовать электромагнитные процес3 8492 сы только в цепях постоянного тока, т.е. со стороны входа инвертора.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет воспроизведения элект5 ромагнитных процессов в цепях перемен ного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования автономных инверторов тока, содержащее интеграторы, первый сумматор, выход которого через первый интегратор подключен ко входу второго интегратора и к первому входу второго сумматора, выход которого через третий интегратор соединен со входом четвертого интегратора и первого инвертора, введены делитель, третий и четвертый сумматоры, выход которого через пятый интегратор соединен со входами второго инвертора и шестого интегратора, выход которого подключен к первому входу четвертого сумматора и седьмого интегратора, выход которого соединен с первыми входами третьего сумматора и делителя и со входом третьего инвертора, выход которого подключен ко второму входу четвертого сумматора, третий вход которого соединен с выходом второго инвертора, выход первого интегратора непосредственно подключен к четвертому входу четвертого сумматора и через четвертый инвертор — к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго интегратора, покдлюченным ко входам пятого инвертора и восьмого интегратора, выход которого соединен со вторым, входом второго сумматора, и с пятым входом четвертого сумматора и со входом пятого ннвертора, выход которого подключен к третьему входу первого сумматора, выход пятого инвертора соединен с шестым входом четвертого сумматора и с третьим входом второго сумматора, четвертый и пятый входы которого подключены соответственно к выходам первого инвертора и четвертого интегратора, соединенным со входом девятого интегратора, выход которого подключен ко вторым входам третьего сумматора и делителя и через шестой инвертор — к шестому входу вторего сумматора, выходы третьего сумматора и делителя являются соответственно выходами устройства амплитудных зна47 4 чений фазных напряжений нагрузки и значения угла коммутации вентилей.

На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство.

Устройство включает три основных структурных блока. т.е. модели цепей постоянного тока(блок 1) и модели цепей переменного тока(блоки 2 и 3). Устройство содержит сумматоры

1п 4,5, 6 и 7, интеграторы 8,9,10,11,12, 13,14, 15 и 16, инверторы 17,18,19, 20,21,22,23 и делитель 24. Ко входам сумматоров 4,5 и 6 подключены источники 25,26 и 27 операционных напряже15 ний °

Устройство работает следующим образом.

При помоши блока 1 воспроизводится закон изменения тока дросселя, 20 являющегося одновременно амплитудой фазных токов (с точностью.до коэффициента). Блок 2 модели воспроизводит активную составляющую амплитулы фазных напряжений U () C помощью сум25 матора 6 определяется закон изменения амплитуды фазных напряжений (О ()), Щ

Блок 3 модели воспроизводит реак— тивную составляющую амплитулы фазных напряжений U„ (t)

gp С помощью делителя 24 определяется закон изменения угла запирания вентилей jb(t, определяющий условие коммутационной устойчивости работы вентилей.

З5 Для построения устройства модели— рования инверторов определяют приведенные к цепи постоянного и переменного тока эквивалентные сопротивления исследуемой системы. Для этого сначала

40 находят вещественную Z (Р) и мнимую г

2х(Р) части операторного сопротивления цепи переменного тока, смещенного в комплектной области на 5ш

rn. (Р)

45 " 6 4, (Ð) г(Р) е Р 3" )х() = т н(" М) =о . (Р

4 Г Àå 12е2н(РЗЫ)=он(P >a)iZ (" )

50 +.

I Lн(P+J ) j(ZHp j ) 2 (P+j )))и)=2Ц (1) где Х„() -операторное сопротивление цепи переменного тока (нагрузки) для каждой фазы;

m,-(Р),п.(Р),a„(P)- полиномы;

ОТ Р,п, р.,О. — коэффициенты, зависящие от параметров цепи переменного тока, (2) zэ(Р) К»ZР(р)1 где К вЂ” коэффициент приведения за1

У висящии от схемы преобразования(например, для однофазных инверторов тока К,"-8/1» для трехфазных i<=18/R ), Например, если нагрузка состоит из параллельно включенных активного сопротивления R, ндуктивности Z и емкости С, имеем

z (P)= ®

10

20

5 84924

-оператор Лапласа;

-частота импульсов управ-, ления вентилями.

Операторное сопротивление Z (Р) цепи переменного тока, приведенное к цепи постоянного тока, определяется по формуле

7 6, (Р) -операторное сопротивление дросселя.

Принимая во внимание, что операторное сопротивление дросселя з() д получаем

K ü Р»

z, (» )= — -> У1

,„„1 где Ь к v, -(о. +1 о».

1» 1 С»»»

Постановка (7) и(6) дает

3+(P) =E (Р)- — (g)

1(P) Если заменить Р в(3) на(Р + j43) и определить вещественную Z (Ð)и мнимую

Z (Р) части полученного выражения, и, пренебрегая относительно малым коэффициентами, получаем

2 2

,г Р" у- „.р т,Я=- — — -; х„(Р)=,= (4) 30 где m = —; rn с(ы ».о), m = —; ()2 A =».». С(» - ».»)» =» 0 =-La)G O = — +

Ф о О» 1 1 2» Р 2

+C (u) -Ы) a= — + u= — 2С, з 2. 2 2 . 2 2мрс 1 2

0 1 р» р 2 R+

2+ 2) „2С >

О ) э р > О (с

В этом случае формула (2)примет вид п1 P Ю

z (p)=g, " () (б)

"o,(р)

Найденное эквивалентное операторное сопротивление Z g)) соединяетЭ ся последовательно с цепью постоянного тока и по закону Ома определяется выражением тока дросселя > (O) (постоянного тока) — 6> е (р)

2 (p)

rpe бг(Р) — операторная ЭДС генератора постоянного тока", (Р)=2 (Р)+-эквивалентное операторное

55 сопротивление схемы замещения инвертора со стороны цепи постоянного тока;

Бо временной области, учитывая, что E„(t)=const, выражение 7 принимает вид р. (с) =Ео р»()А2-P-»(Ф)А»-1® Aî0 (р) где

ОО 1 2 b» д о

ДФ, о гЬ 2», 1 q o Ьэ

По выражению формулы(8) находится устройство для моделирования тока

ДРосселЯ 1с Ю (блок 1)

После этого находят эквивалентные операторные ЭДС и сопротивления системы, приведенные к цепи переменного тока, Для этого определяют выражение амплитудного значения переменного тока.

Так как в автономных инверторах тока

1k(t)=k214(t)siA(Bent- Р ) (1о)

ГДЕ =Оi »Ь1Сi коэффициент приведения> зависящий от схемы инвертора(например, для однофазных инверторов

К =4/®,для трехфа зных инверторов

2V то для амплитудных значений тока из

Q0) имеет вид „()=к, (), Д(р)= () (i) 7 849247 8

Из 1,10) имеем операторное выражение то Во временной области из(20)имеем ка фазы к

Р ьu„ft) =5 Р д, (.)+, P >(t)ib ig(t)— с1 о к() 2 гпо1х(d(- > ).1 () 0 P U (t.) D„PU (t) )7 U (t) (g,g)

Для операторного напряжения цепи пере- РЪU>(t)=.ц р2„(t)+Q„p„. (t)+Q „(+) менного тока

U„(P) -Э„(Р) Z„(1 ) (Л) - D P Ох(С)-D ÐU)((t) о0х(С

Если подставить (1 2) с учетом (6) в (.1 3) и использовать теорему коммутативности преобразования Лапласа и символических операций Rg или Т„„ и теорему смещения в комплексной области, получаем выражения для временной области

ltl где 1 -" — Я =К вЂ”. D =—

1 QOIÚ | 1 2%A 9 Ol

3 Ъ

5(ЫС"Рк)

Uq(t.) K I 6 1 Рд() н(Р" 5ь )) 04)

Если вводить обозначения

Иэ 16 получаем

Ок() тс9х()+ " ° 9® рк)9

Предлагаемое выполнение устройства позволяет моделировать электромагнитные процессы в цепях постоянI ного и переменного токов и коммутационную устойчивость однофазных и трехфазных автономных инверторов тока.

По сравнению с известными устройствами предлагаемое дает возможность значительно сократить вычислительные средства, избавиться от контактных элементов и дополнительных полупроводниковых приборов, которые требуют55 ся для проектирования логических блоков, тем самым сократить машинное время (человекочасы), сэкономить полезные производственные площади и повысить надежность исследуемого объекта. где U х (t) -амплитудная огибающая напряжения;

Рй.) = си СФя х (19)

u„(t) ц„(а)

-фаэовая функция, являющаяся огибающей дискретных значений угла запирания вентилей, определяющая коммутационную устойчивость инвертора.

Выражения .(15)с учетом(1)или(4) переписываем и получаем

U„(P) = K 3g(P)

1Ч9 (Р) а, (Р)

О„(Р)=К a (>) (2О)

n fP) х я a„. (р) U„()=g х(Р). ()1 u„(t) Зт„ю„(u)Z„(n) (S) ! 25 где 0 (1,), U<() — ЯвлЯютсЯ соответственно активной и реактивной составляющими амплитуды напряжения цепи переменного тока, то (14) переписываем в виде к) -1

- н1Ь1 ь, 9 1. (11 1Р)+1Ц,(Р)) (1Ь) Эа

По выражениям(21) построена модель для определения активной и реактивной составляющих амплитуды напряжения нагрузки(блоки 2 и 3)

По известным значениям u (e) и U (t) х согласно выражениям (18) и (191c помощью сумматора 6 определяется амплитудное значение фазных напряжений нагрузки, а с помощью блока 24 деления определяется закон изменения угла коммутации вентилей.

Таким образом, предлагаемое устройство в отличие от известного дает большой технический эффект, значительно расширяя его функциональные возможности в исследованиях переходных процессов. Устройство позволяет исследовать переходные и стационарные процессы не только в цепи постоянного тока(ток сглаживающего дросселя 1()=< д „(),но и в цепях переменного

9П С1Х тока — амплитудные значения фазных токов 3 (ь), напряжения U (Ь) п ах п9ах 11 активных и реактивных составляющих напряжения 0,,() и 0„(t} и угла восстановления управляющей способности тиристоров jb Щ, 8492

9.

Формула изобретения

Устройство для моделирования автономных инверторов тока, содержащее интеграторы, первый сумматор, выход которого через первый интегратор подключен ко входу второго интегратора и к первому входу второго сумматора, выход которого через третий интегратор соединен со входом четвертого интегратора и первого инвертора, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет воспроизведения электромагнитных процессов в цепях переменного тока, в устройство введены делитель, третий и четвертый сумматоры, выход которого через пятый интегратор соединен со входами второго инвертора и шестого интегратора, выход которого подключен к первому входу чет- о вертого сумматора и седьмого интегратора, выход которого соединен с первыми входами третьего сумматора и делителя и со входом третьего инвертора, выход которогб подключен ко второму входу четвертого сумматора, третий вход которого соединен с выходом второго инвертора, выход первого интегратора непосредственно подключен к четвертому входу четвертого сумматора и через четвертый инвертор к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен

47 10 с выходом второго интегратора, подключенным ко входам пятого инвертора и . восьмого интегратора, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора, и с пятым входом четвертого сумматора и со входом пятого ин- . вертора, выход которого подключен к третьему входу первого сумматора, выход пятого инвертора соединен с mecтым входом четвертого сумматора и с третьим входом второго сумматора, четвертый и пятый входы которого подключены соответственно к выходам первого инвертора и четвертого интегратора, соединенным со входом девятого интегратора, выход которого подключен ко вторым входам третьего сумматора и делителя и через шестой инвертор — к шестому входу второго сумматора, выходы третьего сумматора и делителя являются соответственно выходами устройства амплитудных значений фазных напряжений нагрузки и значения угла коммутации вентилей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Богрый В. С. и др. Математическое моделирование тиристорных преобразователей,М., "Энергия", 1972, с. 185.

2. Авторско свидетельствс СССР по заявке N- 2187368/18-24, кл. G 06 G 7/62, 1977(прототип).

849247

Заказ 6096/65 Тираж 745

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

133035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

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

Составитель И. Загорбинина

Редактор Г. Волкова Техред А. Савка КоРРектоР С, Корниенко