Устройство для моделирования тиристора

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (11) З(51) С 06 С 7/48 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ РОВАНсуммрогве Ъя оГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Николаевский ордена Трудового Красного Знамени кораблестроительный институт им. адм. С. О.Макарова (53) 681.3(088.8)(56) . Авторское свидетельство СССР ф 402883, кл. С 06 С 7/48, 1971.2. Колчев Е.В. Метельский В,П., Стульников В.И. Моделирование тиристорных электроприводов. Киев, "Техника", 1980, с, 9-12, 25-30. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИИЯ ТИРИСТОРА, содержащее первыйатор, первый и второй входы кото"о являются соответствующими вхоустройства, второй вход которого соединен с входом блока формирования управляющего напряжения, выход которого подключен к входу генератора пилообразного напряжения, выход кот рого соединен с входом узла нелиней ности типа "сухое трение", о т л и -. ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования и повышения надежности, оно дополнительно содержит второй сумматор и разделительный дгодр причем первый вход второго сумматора соединен с вы. ходом первого сумматора, а второй вход второго сумматора подключен к катоду разделительного диода, анод которого соединен с выходом узла нелинейности типа "сухое трение",выход второго сумматора является выходом устройства, блок формирования управляющего напряжения содержит операционный усилитель, два выпрямительных диода, переменный резистор, один вывод которого подкл) чен к шине постоянного положительного потенциала, а другбй вывод соединен с выходом операционного ; силителя, являющегося выходом блока формирования управляющего напряжения, и с анодом первого выпрямитель- ного диода, катод которого и анод второго выпрямительного диода подключены к входу операционного усилителя и одному выводу резистора, другой щс вывод которого является входом блока формирования управпяинего априаения, я,а р катод второго выпрямительного диода С соединен с подвижным выводом переменного резистора,2. Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что генератор пилообразного напряжения выполнен в виде интегратора на операционном усилителе, вход которого подключен к эмиттеру первого транзистора, а выход " к эмиттеру второго транзистора, коллектор второго транзистора и база первого транзистора объединены, объединены также коллектор первого транзистора и база второго транзистора и подключены к подвижному контакту потенциометра, один вывод которого соединен с шиной положительного потенциала, а другой - с шиной нулевого потенциала.Изобретение относится к моделиро. ванию процессов, систем и устройств с помощью аналоговых нычислительных машин и может быть использовано в аналоговых моделях систем и устройств 5У содержащих тиристоры.Известны устройства для моделирования тиристора совместно с системой управления. Одно из них содержит два диода, одноименные1 О электроды которых соединены между собой через первый резистор и подключены через второй и третий резисторы к входу инвертирующего усилителя, выход которого через четвертый резистор соединен с входом интегрирующего усилителя, соединенного с вторым электродом первого диода через пятый резистор, а второй электрод второго диода соединен через шестой резистор с входом суммируощего усилителя 1.В другом устройстве выход первого операционного усилителя через пер 25 вый резистор подключен к первому диоду и второму резистору, который соединен соответственно с вторым диодом и третьим резистором, четвертый резистор подключен.к одноименным электродам первого и третьего диодов, З 0 буричем третий диод через второй и третий операционные усилители подключен к второму диоду 2 .Однако эти устройства не позволяют моделировать ток через тиристор, 35 имеют ограниченный угол управления тиристором и обладают недостаточно высокой точностью моделирования из-за наличия сумматоров на резисторах. Кроме того, представляет определен ную трудность наладка устройств. 15 Эта цель достигается тем, что вустройство для моделирования тйристора, содержащее первый сумматор,первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторымвходами устройства, второй вход которого соединен с входом блока формирования управляющего напряжения,выход которого подключен к входу генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с входом .узла нелинейности типа "сухое трение", введены второй сумматор и разделительный диод, причем в цепи обратной связи второго сумматора включен ограничительный диод, анод которого соединен с входом операцион. ного усилителя второго сумматора, а катод " с выходом второго сумматора, перный вход второго сумматора соеди 45 50 Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, моделирующее тиристор совместно с последовательно соединенными активным сопротивлением и индуктивностью и системой управления. Модель тиристора представляет собой операционный усилитель, в обратной связи которого включены параллельно друг другу конденсатор, резистор, диод и нормально разомкнутый контакт поляризованного реле, а выход соединенчерез диод с одной обмоткой поляризованного реле, вторая обмотка которого подключена к модели систеьи уп" равления, модель узла синхронизации которой выполнена на нормально эамкнутом контакте поляризованного реле, который запускает модель генератора пилообразного напряжения, реализованную на операционном усилителе, в обратной снязи которого параллельно конденсатору включены резистор и нормально разомкнутый контакт поляризованного реле. Выход этого операционного усилителя соединен с входом операционного усилителя со стабилитроном в обратной связи, на второй вход которого подается напряжение регулирования, а выход через дифферен. цирующую цепочку и диод соединен с второй обмоткой поляризованного резД.Наличие поляризованного реле делает работу устройства ненадежной, а при моделировании в реальном масштабе времени вообще невозможной. Устройство обладает недостаточно высокой точностью из-эа моделирования тиристора совместно с последовательно соединенными активным сопротинлением и индуктивностью и наличия поляризованного реле, не позволяет моделировать падение напряжения на тирис. торе. Кроме того, представляет определенную сложность наладка модели иэ-за наличия стабилитрона и поляризованного реле, параметры которых необходимо подбирать, необходимости расчета и установки коэффициентов на операционном усилителе, моделирующем тиристор.Цель изобретения - понышение точности моделирования и повышение на дежности.устройства.091 нен с выходом первого сумматора, второй вход второго сумматора подключен к катоду разделительного диода, анод которого соединен с выходом узла нелинейности типа "сухое тре 1ние, выход Ъто.:о сумматора является выходом устройства, блок формирования управляющего напряжения содержит операционньпЪ усилитель, два выпрямительных диода, переменный резис Устройство содержит входы 1 и 2, первый сумматор 3, содержащий операционный усилитель 4 и резисторы 5, второй сумматор 6, состоящий из резисторов 5, операционного усилителя 7 и ограничительного диода,8, блок 9 формирования управляющего напряжения, содержащий операционный усилитель 10, первый 1 1 и второй 12 вы 45 50 прямительные диоды и переменный резистор 13, генератор 14 пилообразного напряжениявключакнций конденсатор 55 15, операционный усилитель 16, потенциометр 17, транзисторы 18 и 19, разделительный диод 20, узел 21 нелитор, один вывод которого подключен к шине постоянного положительного потенциала, а другой вывод соединен с выходом операционного усилителя, являющегося выходом блока формирова ния управляющего напряжения, и с анодом первого выпрямительного диода, катод которого и анод второго выпрямительного диода подключены к входу операционного усилителя и од ному выводу резистора другой вывод которого является входом блока формирования управляющего напряжения, катод второго выпрямительного диода соединен с подвижным выводом пере менного резистора.Генератор пилообразного напряжения выполнен в виде интегратора на операционном усилителе, вход которого подключен к эмиттеру первого 30 транзистора, а выход - к эмиттеру второго транзистора, коллектор второго транзистора и база первого транзистора объединены, объединены также коллектор первого транзистора и база З35 второго транзистора и подключены к подвижному контакту потенциометра, один вывод которого подключен к шине положительного потенциала, а другой " к шине нулевого потенциала.На фиг, 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - вершинные диагр амид е 190 4нейности типа "сухое трение", включающий резисторы 22 и 23, операционный усилитель 24, диоды 25 и 26, потенциометры 27 и 28, Операционный усилитель 4 реализует уравнениеПт К 92 Мкгде П - падение напряжения на тиристоре;Ю Я- потенциалы анода и катода;К К - коэффициенты передачи, определяемые отношением резистора в обратной связик соответствующим входнымрезисторам;В, Р - масштабы напряжения и потенциала.Обычно Х =Кс=1. Выходной величиной операционного усилителя 4 является падение напряжения на тиристоре Б,. с обратным знаком. Это напряжение поступает на вход операционного усилителя 7, формирующего ток тиристора согласно уравнениюдт Кь 1 Тш ятгде К = - - - коэффициент переда 4чи операционногоусилителя 5, принимающий в зависимости от состояния моделирующего. тиристор а дв а значения.При открытом состоянии моделируемого тиристора К принимает значение, равное проводимости тиристора 8 в этом состоянии с учетом масштабов по току ш; и напряжению ш выбираеьвх из условия устойчивой работы . модели. В этом случае КЗ определяется отношением резистора в обратной связи к входному резистору. При закрытом состоянии моделируемого тиристора, равном нулю, проводимость тиристора К 5=0.Ступенчатое изменение коэффициента передачи К 2 обеспечивается диодом 8, включенным в обратную связь операционного усилителя 7, на второй вход которого через диод 20 подается напряжеше управления У с выхода узла 2. Выходной величиной операционного усилителя 10 является напряжение, изменяющееся по закону,ГПсприЦ, ОС 0 при сОгде 1 с,- уровень напряжения синхронизации Пс.В обратной связи. операционного усилителя 10 включены диоды 11 и 12, 1091190причем катод диода 11 и анод диода12 подключены к входу операционногоусилителя 10, катод диода 12 соединен с движком потенциометра 13, одинконец которого подключен к источнику 5постоянного положительного напряжения,а второй - к аноду диода 11 и к выходу операционного усилителя 10, Напряжение 0 С подается на вход операционного усилителя 16, выходной ве Оличиной которого является напряжениепилообразной формы 0 изменяющеесяпо закону К 4 0 с С пРи 0 с Осл0 при 0 с О л 5 45 о 01 Ъ при0 10 р) 1о 0 где 0 и 0 - уровни напряжения управления 0 при закрытом и открытом50состояниях моделируемого тиристора, соответственно.К нулевой точке операционного усилителя 24 подключены анод диода 25 и катод диода 26. Катод диода 25 сое5 динен с движком потенциометра 27, анод диода 26 - с движком потенциометра 28. Одни выводы потенциометгде К 4 - коэффициент передачи операционного усилителя 16, равный обратной величине произведения емкости конденсатора17 и входного,резистораф 20С - время интегрирования напряжения синхронизации 0 сКроме конденсатора 17 в обратную связь операционного усилителя 16 включены транзисторы 18 и 19, причем эмиттер транзистора 19 соединен с входом операцйонного усилителя 16, база - . с коллектором транзистора 18, коллектг; - с движком потенциометра 17 и базой транзистора 18, эмиттер которо- ЗО го соединен с выходом операционного усилителя 16. Один вывод потенциометра 17 заземпен а на другой подается постоянное положительное напряже-" ние, С выхода операционного усилителя 35 16 через входной резистор 22 пилообразное напряжение 011 подается на операционный усилитель 24, другой входной резистор 23 которого подключен к отрицательному напряжению регилирования 0 р. Выходной величиной операционного усилителя 24 является напряжение управления 0 изменяющееся по закону ров 27 и 28 соединены с выходом операционного усилителя 23, а другие.с источниками постоянного напряжениясоответствующих знаков. Напряжениеуправления 0 поступает на анод диода 20. Работу устройства рассмотрим напримере тиристора, потенциал анодакоторого имеет синусоидальную форму.1При положительной полуволне анод"ного потенциала ( 0), диод 11 закрыт, диод 12 открыт, напряжениесинхронизации 0 с 0 С и имеет отрицательный знак. Это напряжение интегрируется операционным усилителем 16 до тех пор, пока ф 7 О. В момент перехода кривой Щ через нуль напряжение 0 на выходе операционного усилителя 16 достигает напряжения, снимаемого с движка потенциометра 17, в результате чего происходит разрядконденсатора 15 через аналог переходного транзистора, выполненного на транзисторах 19 и 18Положительноенапряжение пилообразной форьы 01 сравнивается с отрицательным напряжением регулирования 0 р на операционном усилителе 24. При 0 р й ф 1 диод 25 закрыт, диод 26 открыт, напряжение управления 0 имеет положительный знак. Значение напряжения управленияопределяемое положением движка потенциометра 28, выбирается больпим максимапьного значения падения напряжения на тиристоре 0 которое снимается с насода операционного уси- лителя 4 и в этом случае имеет отрицательный знак. Так как 0, О и Ц 1 011 то диод 20 открыт, вследствие чего диод 8 иунтирует опера-, ционный усилитель 7, на выходе которого сигнал отсутствует И 0), что соответствует подаче на моделируеьый тиристор напряжения отпирающей полярности и отсутствию при этом управляющего импульса. Как .только напряжение пилообразной формы О превысит напряжение регулирования 0 р(1 0 д фр ), диод 26 закроется, диод 25 откроется и на выходе операционного усилителя 24 появится напряжение управления 0 01 отрицательного энаЧка. В результате диод 20 и,следовательно, диод 8 закроются. На выходе операционного усилителя 7 появится сигнал (д) О), что соответствует открытию моделируемого тиристоравследствие подачи на его управляющий электрод управляющего импульса.При, ( О диод 12 закрыт, диод 1 открыт и шунтирует операционный усилитель О. Следовательно, напряжение синхронизации Ц=О и пилообразное напряжение Ц 1,.=0, в результате чего напряжение управления 1 З=Ц, и имеет положительный знак, Диод 20 открыт. Кроме того, в этом случае падение напряжения на тиристоре Ц 0, Диод 8 открыт и шунтирует опе. трацнонный усилитель 7, на выходе которого сигнал отсутствует (. =б), что соответствует подаче на моделируемый тиристор напряжения запирающей полярности. 10 15 Изменяя значение напряжения регулирования Ц, можно регулировать 2 О угол открывания моделирующего тиристора от 0 до 80 эл.град.При необходимости моделирования тиристора, на катод которого подается потенциал синусоидальной формы, 25 достаточно подключить входной резистор операционного усилителя 1 О к потенциалу катода отрицательного знака (-Щ). Если же потенциал катода поступает с положительным знаком ЗО (91), а потенциал анода - с отрицательным (-), то необходимо подключить входной резистор к потенциалу катода С , иэменить полярность включения диодов 8, 20, 11,2, 25 и 26, полярность постоянныхнапряжений на потенциометрах 13, 17,27 и 28, а также полярность напряжения регулирования Цр. Кроме того,необходимо поменять местами транзисторы 19 и 8. Предлагаемое устройство позволяет достаточно просто организовать исследование различных устройств и систем, содержащих как один, так и несколько тиристоров, потенциалы анодов и катодов которых могут быть произвольных знаков и форм. Простота наладки устройства обусловлена необходимостью расчета и установки одного коэффициента передачи операционного усилителя 7 и движков потенциалов 17 и 28, положение которых зависит от произвольно выбранных резисторов 22 и 23, входных резисторов блоков 6 и 14, конденсатора 15, положения движка потенциометра 1 Э. Устройство, позволяющее регистрировать как ток через тиристор, так и падение напряжения на нем, доведено до практической реализации и обеспечивает надежную работу при любых масштабах времени,1091190 Ур Составитель В. Фукаловедактор П. Макаревич Техред Т.Маточка Корректор А.Дэятко э 3082/46 Тираж 699 ПоВНИ 1 ШИ Государственного коиитета СССРпо делам иэобретений и открытий113035, Москва, Б, Раувская наб., д.4/ППП "Патент", г. Ужгород, ул Проект дписное билиап