Устройство для моделирования систем энергоснабжения

007695 б 7 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскнк Социалистических(45) Дата опубликования описания 07,10.80 СС,СР по делам изобретений и открытийАвторыизобретения А. В. Велин, А, Н. Кулик, Б, С. Яковлев, В. В. Злакоманов С. С. Голощапов и А, В, Ямщиковлябинский политехнический институт им, Ленинского комсомолаОДЕЛИРОВАНИЯ СИСНАБЖЕНИЯ Изобретение относится к области аналого-физического моделирования сложных автономных электрических систем постоянного тока и может быть использовано при разработке, проектировании, экспериментальном исследовании и отладке названных систем.Для исследования электрических систем применяют устройство, содержащее регулятор тока, аналоговую вычислительную машину в качестве функционального преобразователя, датчик тока, при этом выход датчика связан со входом вычислительной машины, а ее выход соединен с управляющим входом регулятора 1.Однако известное устройство предназначено только для моделирования систем электроснабжения.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для моделирования системы электроснабжения 2, содержащее регулятор тока, функциональный преобразователь, соединенный выходом с управляющим входом регулятора и датчик тока.Однако это устройство не может моделировать свойства таких широко применяемых в автономных электрических системах элементов, как элементы с противо-ЭДС, например аккумуляторные батареи, двигателипостоянного тока и т. п. с достаточной;очностью,Функционирование указанных элементов5 характеризуется широким диапазоном изменения величины противо-ЭДС в зависимости, например, у аккумуляторной батареи - - от степени заряженности, у двигателя - отскорости вращения якоря и величины тока10 возбуждения. Кроме того, указанные элементы оказывают существенное влияние надинамические процессы в рассматриваемыхсистемах.Целью изобретения является повышение15 точности и расширение функциональныхвозможностей устройства за счет воспроизведения свойств элементов с противо-ЭДС.Для достижения цели в устройство длямоделирования систем энергоснабжения, со 20 держащее первый регулятор тока, выходкоторого соединен с первым выводом датчика тока, второй вывод которого являетсявыходом устройства и соединен с первымвходом функционального преобразователя,25 второй вход которого соединен с общим выводом устройства, выход функциональногопреобразователя соединен с управляющимвходом первого регулятора тока, сигнальный вход которого является входом устрой 76956710 15 5 д 00 05 Е (1) ства, дополнительно введен второй регулятор тока, сигнальный вход которого соединен с общим выводом устройства, а управляющий вход и выход второго регулятора тока соответственно соединены с управляющим входом и выходом первого регулятора тока. Функциональный преобразователь содержит задающий блок, решающий блок, усилитель мощности, первый и второй сумматоры. Выход задающего блока соединен с первым входом первого сумматора, выход которого связан со входом решающего блока, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен со входом усилителя мощности, выход которого является выходом функционального преобразователя. Вторые входы первого и второго сумматоров являются соответственно вторым и первым входами функционального преобразователя,На чертеже дана функциональная схема устройства.Устройство содержит первый 1 и второй 2 регуляторы тока, функциональный преобразователь 3, входные выводы 4 и 5, выходные выводы 6 и 7, датчик тока 8.Функциональный преобразователь 3 содержит задающий блок 9, решающий блок 10, усилитель мощности 11, первый 12 и второй 13 сумматоры.Регуляторы тока 1 и 2 выполнены на транзисторах разной проводимости, в частности, регулирующий орган регулятора 1 выполнен на д - р - п-транзисторах, а регулирующий орган регулятора 2 - на р-и-р-транзисторах, вследствии чего к выводу 5 подключается плюсовой вывод источника электроэнергии, а к выводу 7 - плюсовая шина бортовой сети АЭС,Устройство работает следующим образом.При моделировании элементов с противо- ЭДС ко входу устройства подключается источник электроэнергии необходимой мощности и определенной величины напряжения Уа к выходу устройства - бортовая сеть исследуемой системы с величиной напряжения /,(1). Блок 9 формирует по заданному закону величину ЭДС Е(1) моделируемого элемента, Схема замещения моделируемого элемента, кроме ЭДС Е(1) включает и динамические параметры, которые могут быть заданы, например, в виде проводимости У(Р), где Р - оператор дифференцирования, реализуемой решающим блоком 10. В этом случае сумматор 12 выявляет разность ЛУ (1) между напряжением (1 С (1) и ЭДС Лц(6 = Е- 1,(г), (1) которая преобразуется блоком 10 и усиливается блоком 11 в величину 11(1), пропорциональную току моделируемого элемента 1(1) согласно выражениюУ,(1) = У(Р) К ЛУф, (2) где К - коэффициент усиления блока 11. 20 25 30 35 40 45 50 Выходной сигнал У(1) функционального преобразователя 3 одновременно подается на управляющие входы регуляторов тока 1 и 2. В зависимости от соотношения ЭДС Е(1) и напряжения У,(1) знак разности ЛУ(1) будет изменяться, вследствии чего будет изменяться и знак выходного сигнала 11(1) преобразователя. Поэтому один из регуляторов тока закрыт, а другой - находится в рабочем состоянии и преобразует напряжение питания в ток 1,(1) моделируемого элемента в соответствии с величиной сигнала 11,(1). При этом из бортовой сети будет потребляться или отдаваться в нее ток моделируемого элемента, определяемый выражением1. А = ЕР) - (-1. (1)1 1(1) (3) Если Ус(1) Е(1), то согласно выражениям (1) и (2) ЛУ(0, Ун(0. В этом случае регулятор 1 закрыт, а регулятор 2 функционирует и воспроизводит режим и динамические свойства моделируемого элемента при потреблении им электроэнергии от бортовой сети. Это объясняется тем, что сигнал управления регуляторами формируется относительно общей точки, например, связанной с эмиттерами транзисторов 1 и 2 разной проводимости.Если Ис(Е, то согласно выражениям (1) и (2) ЛУ 0, У)0. В этом случае регулятор 2 закрыт, а регулятор 1 функционирует и воспроизводит режим и динамические свойства моделируемого элемента при отдаче им электроэнергии в бортовую сеть. Для высококачественной работы регулятора 1 необходимо, чтобы напряжение между эмиттером и коллектором его регулирующего транзистора было не менее нескольких вольт. Поэтому напряжеие У источника электроэнергии должно быть на несколько Вольт бОльше максимального значения фор. мируемой ЭДС Е(1).Функциональный преобразователь представляет собой аналого-цифровое вычислительное устройство, осуществляющее моделирование в реальном времени статических и динамических свойств исследуемых элементов с противо-ЭДС, а также моделирование различного рода возмущений, эквивалентных возмущениям в реальных системах. В рассмотренном варианте второй вход функционального преобразователя соединен с выходом 6 устройства. Этот вход может быть соединен с выходом 7, например, в том случае, когда напряжение У, целесообразно измерять относительно шины 7, что на практике часто бывает необходимым. Работа устройства в этом случае аналогична работе в рассмотренном примере,В указанных случаях схема замещения элементов с противо-ЭДС представлялась через проводимость 1(Р). Однако возможно представление этих элементов через со 769567К 1(8) 1,(б) Б1противление Л(Р) = . В этом случаеУ(Р)устройство снабжено датчиком тока 8, выходной сигнал которого, пропорциональныйтоку 1, снимается с выхода 7 и подаетсяна решающий блок 10, реализующий динамические свойства 2(Р) моделируемых элементов. Работа устройства при моделировании элементов в форме Л(Р) аналогичнаработе при моделировании элементов вформе У(Р).Таким образом, устройство относительносвоего выхода обладает свойствами, эквивалентными свойствами моделируемых элементов с противо-ЗДС в исследуемой системе и представленных в форме У(Р) илиг(Р).При моделировании источников электроэнергии к выводам 4 и 5 подключается источник электроэнергии с напряжением Ьа к выводам б и 7 - приемники электроэнергии или другие элементы. Если свойства системы заданы в форме проводимости1(Р), то блок 9 формирует ЭДС Е, равнуюЭДС моделируемой системы.Разность ЛУ будет всегда положительна,поэтому регулятор 2 всегда закрыт, а регулятор 1 находится в рабочем состоянии. Работа схемы аналогична рассмотренной работе устройства при моделировании элементов с противо-ЗДС в режиме моделирования отдачи электроэнергии. Если свойства системы заданы в форме сопротивления2(Р), то необходимо использовать датчиктока 8. Работа устройства в этом случаетакже аналогична работе устройства в режиме моделирования отдачи электроэнергии.При моделировании приемников электроэнергии можно отключить источник электроэнергии от выводов 4 и 5, а к выводам би 7 необходимо подключить источник. Величина ЭДС Е блока 9 должна быть равнанулю. В этом случае функционирует толькорегулятор 2, а регулятор 1 всегда закрытотрицательным сигналом У. Регулятор 2преобразует напряжение питания У,. в ток всоответствии с величиной сигнала (1 который отображает свойства приемника, заданные в форме У(Р).Для повышения точности воспроизведения свойства моделируемых элементов,представленных, например, в форме проводимости У(Р), устройство может иметь датчик 8 и первый сумматор 12 преобразователя 3. В этом случае на выходе ум,1 аго 11 а12 определяется разность Л 11 сформированного сигнала (1,блоком 10 и сигнала, пропорционального выходному току устройства 1,-А 8 М (5)Нетрудно показать, что при выполненииусловий 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ь 0 1где К= - коэффициент усиления ре.(1гулятора 1 или 2 по току,справедливо следующее соотношениеУ (Р) Ь(.1ф 8 Если регуляторы 1 и 2 выполнены на транзисторах одной проводимости, то необходимо разъединить управляющие входы регуляторов и управлять ими раздельно. Получение двух не связанных выходов преобразователя осуществляется известными методамиТаким образом, предложенное устройство позволяет повысить качество исследования и проектирования как элементов, так н систем в целом и упростить эксплуатацию моделирующего стенда. Формула изобретения1. Устройство для моделирования систем энергоснабжения, содержащее первый регулятор тока, выход которого соединен с первым выводом датчика тока, второй вывод которого является выходом устройства и соединен с первым входом функционального преобразователя, второй вход которого соединен с общим выводом устройства, выход функционального преобразователя соединен с управляющим входом первого регулятора тока, сигнальный вход которого является входом устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет воспроизведения свойств элементов с противо- ЗДС, в него дополнительно введен второй регулятор тока, сигнальный вход которого соединен с общим выводом устройства, а управляющпй вход и выход второго регулятора тока соответственно соединены с управляющими входом и выходом первого регулятора тока.2. Устройство по п. 1, отл ич а ю щеес я тем, что функциональный преобразователь содержит задающий блок, решающий блок, УС 11 ЛИТЕЛЬ МОЩ 11 ОСТИ, 1.:.РВЫ 11 11 ВтоРой СУМ- маторы, причем выход задающего блока соединен с первым входом первого сумматора, выход которого связан со входом решающего блока, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен со входом усилителя мощности, выход которого является выходом функционального преобразователя, а вторые входы первого и второго сумматоров являются соответственно вторым и первым входамн функционального преобразователя. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Кузнецов В. Ф. и др. Комбинированное моделирование при проектировании сложных автономных электро-энергетических систем, Сб. Вопросы управления в автономедактор Л. Утехина орректор Л. Орлов Заказ 2401/8НПО Поиск Го Изд.493 Тираж 772 Подписное арственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )К, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр. Сапунова,ных электроэнергетических системах,вып. 1, труды ЧПИ157, Челябинск, 1975,с. 169 - 171. 82. Авторское свидетельство СССР по заявке2379151/18 - 24, кл, Ст 061 7/48, 1977 (прототип).