Устройство для моделирования электрических машин

Номер патента: 1597886

Авторы: Морозкин, Ревякин, Рощин, Штробель

ZIP архив

Текст

(51)5 С Об С 7/ РЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ а ст зможностеиэлектр оэ нер -ство выполлнении,х тро нЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ(54) УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИ (57) Изобретен технике и пред вания переходн ния, регулиров автоматики в э системе переме ей ного тока, Цель и а Фиг,5равнения блока не- соответстрования к схема бло тора; вания о 1 одел ема щения, итной пи; Фиг.7ходногопенсациифиг 8 -тем альблок схещие рабоУстро режектор вания ча выходных,2 .3 то м лиГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИ д ВТОРСКОМУ СВИ 1(56) Авторское свидетельство С801006, кл. С 06 С 7/62, 197Авторское свидетельство ССС356659, кл. С 06 С 7/62, 1968 ие относится к электро-.назначено для исследогх процессов управлеания и противоаварийнойлектроэнергетической Изобретение относится к област электротехники, а именно к средст исследования переходных процессов противоаварийной автоматики в эле роэнергетической системе (ЭЭС).Целью изобретения является пов ние точности и расширение функцио ных возможностей при исследовании режимов электроэнергетических сисНа фиг.1 представлена функцион ная схема устройства; на фиг формирования частоты; на фига блока моделирования контуров р тора; на фиг,4 - схема блока моде ретения - повышениеширение функциональнпри исследовании режгетических систем. У ся в много азном испо учитываются переходные и сверхпереходные процессы статорных цепей, скольжение может измеряться от нуля до единицы в любом направлении, в . роторные цепи по обеим осям имеется возможность ввода сигналов от регулируемых систем возбуждения. Цель достигается введением в устройство блока моделирования контуров статора, блока моделирования уравнений движения ротора, блока формирования выходного тока и напряжения, фазовращатель, блока режекторных Фильтров, блока нелинейности типа насыщение"блока компенсации постоянной составляющ и двух сумматоров, 2 з.п, ф-лы, 8 ил. движения; на фиг.6линейности типа насвующего главной маг хема блока формирования вьюка и напряжения и блока компостоянной составляющей; на ременные диаграммы, поясняюу блока формирования частоты ство (Фиг.1) содержит блок 1 ых фильтров,блок 2 формироты, блок 3 формирования токов и напряжений, блок 4ектор Т,Палий тор атилл 562 одпи е при ГКНТ ССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 Заказ ВНИИП 3057Госуда енного 13035,омитета по изо осква, Ж, Р тенияская и открыт б., д. 4компенсации постоянных составляющих, первый блок 5 ключей, первый сумматор 6, первый избирательный фильтр 7, фазовращатель 8, первый блок 9 памяти, узлы 10 и 11 формирования потоков, образующие блок 12 моделирования контуров ротора, блок 13 моделирования уравнений движения ротора, блок 14 моделирования контуров статора, второй блок 15 ключей, второй сумматор 16, блок 17 нелинейности типа "насыщейие",.первый избирательный Фильтр 18, второй блок 19 памяти. Блок 1,3, 4,5,9, 12, 13, 14, 15, 17 и 19, сумматоры 15 6 и 16, фильтры 7 и 18 и фазовращатель 8 образуют блок 20 моделирования амплитуд выходных параметров,Блок 2 формирования частоты(Фиг.2) содержит кварцевый генератор 21, генераторы 22 и 23 пилообразного напряжения, компараторы 24-26, компаратор 25 имеет второй вход 27, компаратор 26 имеет второй вход 28, компараторы 29-31, компаратор 30 имеет 25 второй вход 32, компаратор 31 имеет второй вход 33, блоки 34 и 35 логики (элементы И), ключи 36 и 37, компаратор 38 с входом 39, триггер 40, блоки 41 и 42 логики (элементы И), ключ 43, инвертор 44, интегратор 45, инвертор 46, блок 47 формирования частоты (й, +6 Х) . Узел 10 Формирования потоков35(фиг.3) содержит инерционное звено48, состоящее из усилителя 49, входных резисторов 50 и 51, параллельныхцепей обратной связи, резистора 52,конденсатора 53 и резистора 54, конденсатора 55 и резистора 56, дифференциатор 58, состоящий из интегратора 59 с входным резистором 60 и конденсатором 61 в обратной связи, инвертора 62 с входным резистором 63и резистором 64 в обратной связи,усилителя 65 с входными резисторамибб - 68, блока 69 перемножения,имеющего второй вход. 70, измеритель71 тока, состоящий из резистора 72и дифференциального усилителя 73 свходными резисторами 74 - 76 и резистором 77 обратной связи, усилитель73 имеет второй вход 78 блока, инвертор 79 с входным резистором 80 и резистором 81 обратной связи. Узел 1055соответствует контуру ротора по осий, узел 11, аналогичный узлу 10, соответствует контуру ротора по оси ц,Блок 14 моделирования контуровстатора (фиг.4) содержит два узла 82и 83 дифференцирования, два перемножителя 84 и 85, перемножители имеютвторые входы 86, дифференциатор 82состоит из усилителя 87 с входнымирезисторами 88 и 89, усилитель 87имеет. второй вход 90, интегратора91 с входными резисторами 92-94 иконденсатора 95 в цепи обратной связи, инвертора 96 с входным резистором97 и резистором 98 в цепи обратнойсвязи, дифференциатор 83 состоит изусилителя 99 с входными конденсаторами 100 и 101, усилитель 99 имеет вто рой вход 102, интегратор 103 с входными конденсаторами 104-106 и конденсатором 107 в цепи обратной связи,инвертора 108 с входным резистором109 и резистором 110 в цепи обратнойсвязи,Блок 13 моделирования уравнениядвижения (фиг.5) содержит два пере- .множителя 113 и 114. Перемножитель113 имеет входы 115 и 116, перемножитель 114 имеет входы 117 и 118, сумматор 119 с входными резисторами 120и 121 и резистором 122 в цепи обратной связи, интегратор 123 с входнымирезисторами 124 и 125 и конденсатором126 в цепи обратной связи, интегратор123 имеет второй вход 127, усилитель119 имеет выход 128, интегратор 123имеет выход 129,Блок моделирования нелинейноститипа "насыщение" (фиг.б) содержит перемножитель 130, перемножитель имеетпервый вход 131, делитель 132 с резисторами 133 и 134, нелинейное звено135, состоящее из делителя нелинейного блока 136 с резисторами 137 и 138,диода 139, Фильтра 140 с резисторами141 и 142 и конденсатором 143, транзистора 144 с резисторами 145 и 146смещения, регулируемого источника147 напряжения, инвертор 148 с входным резистором 149 и резистором 150в цепи обратной связи, инвертор 148имеет выход 151 блока 17 нелинейности, который соединен с двумя вторымивходами блоков 10 и 11, клемму 152,делитель 136 нелинейного звена имеетвход 153,Блок 3 формирования выходных токови напряжений и блок 4 компенсациипостоянных составляющих представленылишь для одной Фазы о (фиг,7). Блок 3содержит усилитель 154 с входными ре 5 15 зисторами 155 и 156 и резисторами 157 и 158 в цепи обратной связи, дифференциальный усилитель 159 с входными сопротивлениями 160 - 162 и резистором 163 в цепи обратной связи, усилитель 154 имеет первый вход 65 и второй вход 164, подключенный к выходу блока 1 фазы а, выход 166 является первым выходом блока 3 и основным выходом амплитудного канала модели синхронной машины, выход 173 является вторым выходом блока 3, выход 167 является третьим выходом блока 3.Блок 4 содержит усилитель 168 с входным резистором 169 и конденсатором 170 и резистором 171 в цепи обратной связи, делитель с резисторами 172 и 173, усилитель 168 имеет вход 1.73.Устройство работает следующим образом.На входы первого блока (фиг.1) ключей 5 поступают аналоговые напряжения, пропорциональные фазным токам машины д , д, , д , представленные в осях а, Ьт. Электронные ключи этого блока управляются импульсами квантующей частоты ы +оР 2 Г(Г+2 и +й), сдвинутыми по фазе на где Г - собственно квантующая эта"Ълонная (несущая) частота;Й - частота на зажимах генератора;ш - число фаз.Выходные точки ключей блока 5 в виде импульсных сигналов поступают на сумматор 6 типа операционного усилителя, а выходной сигнал этого усилителя поступает на вход избирательного фильтра 7. фильтр 7 состоит из настроенного контура на частоту Ы и предназначен для выделения первой гармоники из суммарного входного сигнала. Выделенный фильтром 7 ток первой гармоники ю высокой частоты поступает на вход фазовращателя 8, предназначенного для установки нуля фазы. Выход фазовращателя 8 соединен с входом блока памяти. Ключи блока памяти (не показаны) управляются импульсами несущей частоты ю , отличающимися фазой. С выхода первого блока 9 снимаются напряжения, пропорциональные токам, представленным в осях ротора Й и о синхронной (асинхронной) машины д, д , Выходные напряжения блока памяти, пропорциональные+дц-- +, ---- р +1х 1 .,г, хЬРгИз уравнения (4) следует, чтоесли на вход операционного усилителяподать токи д+д 1, то для полученияпотока в зазоре , в цепи обратнойсвязи его должны быть параллельновключены активное сопротивление и иКС-цепочек, моделирующие демпферныеконтуры (фиг.3). Для определения тока40 ротора д необходимо решить уравнениейюйг 1 д 13 ИИмея в виду, чтоМС 1= ,+ д хЦ,45 окончательно напишемЯ Й и бдд УС 1 =- Ргм гс 1,Эти выходы блока 12 моделирования50 контуров ротора соединены с входамиблока 14 моделирования контуров статора, в котором решаются известныеуравнения в осях Й, и, содержащиеоперационные усилители, пассивныецепи и блоки произведения (фиг.4).На другие входы блока 14.моделирования контуров статора приходит от блока 13 моделирования уравнения движенияаналоговое напряжение, пропорциональ 30 и д , подаются на входы модели контуров ротора, Моделирование токов, потоков, напряжений в контурах ротора может быть выполнено на основе анали 1 5за следующих уравнений. По определе-, нию поток в зазоре равен произведению суммы всех токов контуров синхронной машины на коэффициент вэаимоиндукциии .10 д = (1. +д,+1, ). х, (1)Кг 1чДля д-го демпферного контура5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ное скольжению Я. На выходе блока 14моделирования контуров статора образуются сигналы, пропорциональные напряжениям П, и НВыходы блока 14 моделирования контуров статора соединены с входамивторого блока 15 ключей, которые упРавляются импульсами несущей эталонной частоты М .Выходные токи блока 15 ключей ввиде импульсных сигналов поступаютна сумматор 16 и затем на первый входПх, блока 17 (фиг,6), а в самом блоке насыщения - на вход перемножителя130,Второй вход 0 блока 17 являетсявторым входом перемножителя 130 исвязан с резисторами делителя 132.Один резистор делителя соединен склеммой 152, на которую подаетсяэталонное напряжение 0 , а другойрезистор соединен с нелинейным звеном 135.Выход фильтра 18 через делитель136 соединен с регулируемым источником 147 напряжения . Источник 147 регулируемого напряжения может быть выполнен в виде управляемого цифроаналогового преобразователя илирегулируемого потенциометра. Делитель136 представляет собой последовательное соединение двух резисторов, общаяточка которых через диод 139 и фильтр140 верхних частот соединена с транзистором 144,В линейной части моделируемой характеристики холостого хода напряжение на выходе фильтра 18 ниже напряжения источника 147 и сигнал черездиод 139 не проходит,Тогда на выходеперемножителя образуется напряжениеП выл = " вх 1"ахгде П= сопзс.В нелинейной части характеристикихолостого хода сигнал, поступающийс фильтра, превышает по величине напряжение на источнике 147 и диод становится проводящим. Это приводит к открытию транзистора 144 и изменениювеличины напряжения второго входа перемножителя. Поэтому для нелинейнойчасти характеристики холостого ходамашины выходное напряжение перемножителя будет"вых = П ьх 1 П ьх(Пф)Точка перехода линейной части характеристики в нелинейную регулируется установкой кода в управляемом цифроаналоговом преобразователе источника 147,С помощью нелинейного звена 135может быть достаточно точно смоделирована характеристика главной магнитной цепи,Выход перемножителя 130 соединенс входом избирательного фильтра 18.Выделенный фильтром 18 ток первойгармоники высокой частоты поступаетна вход блока 19 памяти.Ключи блока 19 памяти управляютсяимпульсами ы "ы отличающимися фазой,На выходе блока 19 формируются сигналы, пропорциональные фазным напряжениям Б Б 0аф Ъ сфазные напряжения , 1, 1 с,снимаемые с блока 19 памяти, кромеосновных частот содержат пятикилогерцовые ступенчатые с оста вляющие, вызываемыедискретно-импульсным характером работы блока памяти. С целью их устранения предусмотрен блок 1 режекторных фильтров, ограничивающий прохождение частот, начиная с 4000 Гц.Выходы блока 1 режекторных фильтров соединены с вторыми входами блока 3, осуществляющего связь модели синхронной машины с моделью нагрузок. Устройство блока 3 (фиг.7) содержит усилитель 154 мощности и измеритель 159 тока, причем измерительное сопротивление 158, находясь в цепи обратной связи усилителя 154, оказывается исключенным из цепи нагрузки, так как напряжение,в точке 166 зависит только от входных напряжений усилителя и не зависит от протекающего через резистор 158 тока нагрузки,С целью уменьшения постоянной составляющей усилителя 154, например из-за дрейфа нуля, введена дополнительная обратная связь в виде блока 4 компенсации постоянной составляющей. Так как конденсатор 169, стоящий на входе усилителя, пропускает только переменную составляющую входного сигнала, то в точке 165 переменные составляющие взаимно компенсируются и остается лишь постоянная составляющая сигнала, которая и подается на вход 165 усилителя 154. Таким образом, по постоянной составляющей имеется своя более сильная обратная связь, что приводит к значительному уменьшению ее величины.На вход блока 43 ключей подаются аналоговые напряжения (фиг.2), пропор15978861 ОФормула изобретения 55 циональные скольжению ротораЯ.Выход блока 43 ключей соединен с входом интегратора 45 . выход которогосоединен с нуль-органом 24 и черезинвертор 46 - с нуль-органом 29.На другие входы нуль-органов 24и 29 поступают с генераторов 22 и 23,управляемых кварцованным генератором21 напряжения пилообразной формы,отличающиеся фазой на 180 . При сраво Онении сигналов интеграторов (фиг,8,диаграмма 1) в зависимости от соотношения входных напряжений на нульорганах изменяется длительность вы 5ходных напряжений прямоугольной формы(диаграммы 1 Ч, Ч и для инвертированного сигнала - Ч 111, 1 Х), Ограничительные импульсы прямоугольной формынеизменной длительности образуютсяна блоках 25, 26 и 30, 31 при сравне 20нии напряжений пилообразной формы,вырабатываемых блоками 22 и 23 с опорными напряжениями + Б и -Б (диаго ораммы 11 и 111, для инвертированныхсигналов - Ч 1, Ч 11), По мере того,как выходное напряжение интегратора45 низкой частоты возрастает, наступает момент, когда фронты нуль-орга-.нов 24 и 29 и ограничителей 25 26 30и 30, 31 совпадут (точки А и В надиаграмме 1). При этом сработают блоки логики: для точки А - блок 34, адля точки В - блок 35 . Образующиесяимпульсы поочередно будут поступать3через ключи 36 и 37 на входы триггера 40.Изменение состояние триггера вызывает изменение состояния ключа 43,в результате чего интегратор 45 изменит направление интегрирования. Одновременно триггер 40 переключит цепилогики блоков 41 и 42, определяя порядок очередности прохода пачек импульсов, запускающих мультивибраторблока 47 формирователя суммарных импульсов. После деления и расщепленияимпульсов по фазам на выходе блока47 образуются импульсы частоты, равной сумме частот кварцованного сигнала и частоты вращения ротора,Ключи 36 и 37, управляемые от компаратора 38, служат для изменения логики цепи обратной связи интегратора 45 при изменении знака скольжения 8, подаваемого на вход 39. При этом обратная связь интегратора 45 оказывается всегда отрицательной . 1Устройство для моделирования электрических машин, содержащее блок формирования частоты, два блока ключей, два избирательных фильтра, два блока памяти, блок моделирования контуров ротора, включающий первый и второй узлы формирования потоков, первая группа входов блока моделирования контуров ротора является входами задания продольного и поперечного возбуждения устройства, первая группа выходов блока формирования частоты подключена к группе входов управления записи первого блока памяти, группа выходов которого подключена к второй группе входов блока моделирования контуров ротора, первая и вторая группы выходов блока формирования частоты соединены соответственно с управляющими входами второго блока ключей, входами управления записи второго блока памяти и коммутационными входами первого блока ключей, выход первого избирательного фильтра подключен к информационному входу второго блока памяти, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функцио-.:. нальных возможностей при исследовании режимов электроэнергетических систем, оно содержит блок моделирования контуров статора, блок моделирования уравнений движения ротора, блок формирования вьг:.одного тока и напряжения, фазоврацатель, блок режекторных фильтров, блок нелинейности типа 11 Пнасыщение , блок компенсации посто янной составляющей и два сумматора, первый и второй выходы блока моделирования контуров ротора соединены с первыми и вторыми входами, соответствующими продольному и поперечному возбуждению блоков моделирования контуров статора, и блока моделирования уравнений движения ротора, выход блока моделирования уравнений движения ротора подключен к входу задания скольжения блока моделирования контуров статора и входу блока формирования частоты, группа выходов первого блока ключей соединена с группой входов первого сумматора, выход которого через последовательно соединенные первый избирательный фильтр и фазовращатель подключен к информационному входу первого блока памяти, первый и.159788 усилителя, первый вход блока моделирования контуров статора соединен с входом операционного усилителя перво-, го блока дифференцирования, первым входом второго блока умножения, входом интегратора второго блока дифференцирования, второй вход блока моделирования контуров статора подключен к первому входу первого блока умножения, входу интегратора первого блока дифференцирования, входу операционного усилителя второго блока дифференцирования, вторые входы первого и: второго блоков умножения подключены к входу задания скольжения блока моделирования контуров статора, а их выходы соединены с соответствующими входами интеграторов первого и второго блоков дифференцирования, выходы операционных усилителей первого ивторого блоков дифференцирования являются первым и вторым выходами блока моделирования контуров статора.3. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что узел формирования потоков содержит перемножитель, измеритель тока, выполненный в виде дефференциального: усилителя, инерционное звено, выполненное в виде операционного усилителя, первый инвертор, последовательно соединенные интегратор, второй инвертор и операционный усилитель, выход которого соединен с первым входом перемножителя, выход которого подключен к входу интегратора, второй вход перемножителя подключен к входу задания нелинейности узла формирования потоков, первый вход инерционного звена является входом узла формирования потоков, выход которого является выходом узла Формирования потоков, вход задания возбуждения которого соединен с первым входом измерителя тока, второй вход которого подключен к выходу операционного усилителя, вход которого соединен с выходами дифференциального, усилителя измерителя тока, вторым входом инерционного звена и через первый инвертор - с выходом инерционного звена.

Смотреть

Заявка

4354742, 04.01.1988

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

РЕВЯКИН ВИКТОР ВАЛЕРИЕВИЧ, РОЩИН ГЕОРГИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ, МОРОЗКИН ВИКТОР ПАВЛОВИЧ, ШТРОБЕЛЬ ВИКТОР АЛЕКСАНДРОВИЧ

МПК / Метки

МПК: G06G 7/63

Метки: машин, моделирования, электрических

Опубликовано: 07.10.1990

Код ссылки

<a href="https://patents.su/10-1597886-ustrojjstvo-dlya-modelirovaniya-ehlektricheskikh-mashin.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для моделирования электрических машин</a>

Похожие патенты