Устройство для моделирования электромагнитных процессов в индукторных машинах

Союз Советских Социалистических РеспубликОП И ИЗОБ рп 729599 ВТОРСКО 61) Дополнитель 22) Заявлено 13.0 г 51)М. Кл. С 06 С 7/6 присоединением 23) Приоритет -Опубликовано Дата опублико осударственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретен фрнджибашя Терзян Парванян(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫ ПРОЦЕССОВ В ИНДУКТОРНЫХ МАШИНАХы ния зфиг.еых э Изобретение относится к электри- ческой вычислительной технике, в част ности к моделированию электрических систем или устройств.Известно устройство для определения статических и динамических характеристик синхронных машин, содержащее аналоговый вычислительный блок и модель магнитного поля машины 1). Однако воспроизведение процессов в продольно-поперечном представлении исключает возможность исследбвания эффектов, связанных с взаимным переме щением сердечников статора и ротора с учетом их реальной геометрии. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее две группы трансформаторов, вычислительный блок и мо дель магнитного поля машины (2).Целью изобретения является пов шение точности моделирования.Это достигается тем, что в устройство введены модуляторы, демодулято ры, коммутатор, дополнительные модели магнитного поля машины и блок управления,выходы которого подключены соответственно к первым входам демодуляторов,коммутатора и модуляторов, вторые ЗО входы которых соединены с выходами вычислительного блока, входы которого под ключены соответственно к первым выходам модуляторов, вторые выходы и третьи входы которых соединены соответст венно с первыми входами и выходами первой и второй групп трансформаторов, вторые входы и выходы которых подключены соответственно к первым выходам и вторым входам демодуляторов, вторые выходы и третьи входы которых соединены соответственно,с вторыми входами и с выходами коммутатора, группы входов и выходов которого подключены к входам и выходам моделей магнитного поля машины, кроме того, модель магнитного поля машины состоит иэ электропроводной бумаги, соединенной через резисторы с входом модели, граничные области электропроводной бумаги через нелинейные элементы соединены с выходом модели магнитного поля машины:На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2. - модель магнитного поля машины для индукторного генератора для одного взаимного положеубцов статора и ротора; на 3 показано расположение нелинейлементов в эубцовой зоне при девяти различных положениях зубцов статора и ротора; на Фиг, 4 приведенапринципиальная схема соединения группы реле коммутатора; на фиг, 5 - принципиальные схемы, решения дифференциальных уравнений электрического равновесия индукторного генератора; на фиг. 6 - блок управлений группой релеУстройство содержит вычислительный блок 1 (см. Фиг. 1), соединенный через модуляторы 2 и 3 с трансформаторами 4 и 5, которые через демодуляторы 6 и 7 подключены к коммутатору 8, выполненному на реле, соединенному с моделями 9-17 магнитного поля машины,образующими блок 18 воспроизведениямагнитного поля машины, и с блоком 19 управления, подключенным также к модуляторам 2, 3 и демодуляторам б, 7.Устройство включает блок 18 воспроизведения магнитного поля, состоящий из моделей 9-17 поля, с помощью которых имитируется дискретное враще 20 ние ротора. Причем количество моделей поля определяется числом различныхположений, занимаемых вращающимся дискретно ротором относительно статора(на фиг. 1 число указанных положенийпринято равным 9)Модель магнитного поля для одного взаимного положения зубцов статора и З 0 ротора (см. Фиг. 2). включает электро- проводную бумагу 20, воспроизводящую . в плоско-параллельном представлении магнитное поле в воздухе активной зоны машины, ограниченной плоскостями симметрии аа и ВВ .Области электропроводной бумаги, соответствующие пазам обмоток статора и возбуждения, соединены с резистор- ными делителями тока, каждый из которых включает четыре идентичных резис тора 21, одни выводы которых соединены вместе и подключены к входной клемме (22, 23, 24), а другие - к электропроводящей бумаге. Границы электропроводящей бумаги, соответст вующие пазам обмотки возбуждения, через нелинейные элементы 25, воспроизводящие магнитное поле в спинке статора над пазом возбуждения, соединены статора. Причем, вследствие того, что поле вдоль оси симметрии ВВчисто радиальное, модель магнитного поля вдоль 60 указанной оси закорочена и соединенас шиной нулевого потенциалаШина нулевого потенциала расположена вдоль внешнего контура листа статора, поэтому магнитным полем за егопределами можно пренебречь, 65 с шиной 26 нулевого потенциала. Нелинейные элементы 27 и 28, соединяющиев модели пазы якоря и возбуждения, моделируют соответственно магнитное поле в больших зубцах статора и в спинке сматора над пазом якоРя, а нелинейные цементы 29-32, соединенные с ма.лыми пазами, - поле в малых зубцах Нелинейный элемент модели магнитно-го поля представляет собой параллельное соединение двух электрических цепей (каждая из этих цепей выполнена из последовательно соединенных резистора 33 и двух встречно-включенных идентичныХ стабилитронов 34), апроксимирующих кусочнолинейно двумя прямыми кривую намагничивания моделируемого нелинейного сопротивления ферромагнитного участка магнитопровода.На Фиг. 3 приведены схемы соединений нелинейных элементов, моделирующих магнитвое поле в зубцах статора и ротора при их различных относительных положениях.Реле 35-43 (см. Фиг. 4) образуют коммутатор 8. Каждое иэ этих реле включает три замыкающих контакта, одни выводы которых подключены к клеммам 44-46, а другие - к входным клеммам делителей тока (контакты реле 35 соединены с входными клеммами 22-24 делителя тока модели 9, принципиальная схема которой показана на фиг. 2), клеммы 47-55 - клеммы обмоток реле 35-43.Вычислительный блок 1 (см. Фиг. 5) включает интеграторы 56-58, сумматоры 59 и 60, инверторы 61 и 62, измерительные резисторы 63 и 64, потенциометры 65-73. Выходы сумматора 59 и резистора 63 соединены с входом модулятора 2, а выходы сумматора 60 и резистора 64 - с входом модулятора 3. Один из входов сумматора 59 соединен с выходом интегратора 56, а другой - с потенциометром 67, подключенным к выходу инвертора 61. Выход инвертора 61 соединен также через потенциометр 69 с одним из входов интегратора 57. Выход интегратора 57 соединен через потенциометр 68 с другим его входом,а также через потенциометр 65 с входоминтегратора 56. Другой вход интегратора 56 через потенциометр 66 соединен с входом инвертора 61 и измерительным резистором 63. Вход сумматора 60 соединен с выходом интегратора58, а также через потенциометр 73 подключен к выходу инвертора 62, вход которого соединен с измерительным резистором 64. Один из входов интегратора 58 через потенциометры 70 и 71соединен с источником опорного напряжения 100 В, а другой - через потенциометр 72 - с выходом инвертора 62. Первичные обмотки трансформаторов 4 и 5 подключены к выходу модуляторов 2 и 3, а вторичные обмотки - к входу демодуляторов б и 7. Модуляторы и демодуляторы имеют идентичную схему, представляющую собой электрический мост, в плечи которого включены обратимые ключи. Причем ключи в противолежащих плечах моста управляются синхронно и синфазно, а в смежных плечах - синхронно, но в противофазе.Б-входом триггера 74 и В-входами триггерон 75-82.Нулевые выходы триггеров 74-82 чеез усилители-инверторы 94-102 подлючены соответственно к клеммам 47- 54 обмоток реле. Генератор 103 пря- З 0 емого моделируемого устройства. В исходном состоянии на клемму 93 блокауправления (см. Фиг. 6) поступает сигФормула изобретения водит к генерации импульсов с частотой,60 Благодаря использованию модулятора и демодулятора возможна трансформация постоянных составляющих питающихмодель магнитного поля токов, соответствующих токам обмоток моделируемой машины.Блок управления (см. Фиг. 6) служит для преобразования напряжения 1)а) пропорционального угловой скорости вращения ротора, в последовательность команд управления группой реле. Укаэанное преобразование реализуется спомощью девятираэрядного реверсивного резистора сдвига, выполненного наВБТ-триггерах 74-82 с синхронизированным счетным входом и асинхроннымиБ и В-входами, ВБ-триггере 83 с прямым входом, схемах И-ИЛИ 84-92, клемме 93, усилителях-иннерторах 94-100,управляемого генератора 101 импульсов, вход которого соединен с источником напряжения Пшг пропорционального угловой скорости вращения ротора,а выход - с входами синхронизации(С-входами) триггеров 74-82. Клемма93 начальной установки соединена с рКмоугольных импульсов, выход которогосоединен непосредственно с управляющими входами ключей 104 (см. Фиг. 5) ичерез усилитель-инвертор 105 - с управляющими входами ключей 106, модуляторов 2, 3 и демодуляторов б и 7. Рассмотрим принцип работы предлаганал начальной установки, который приводит триггер 74 в состояние 1, атриггеры 75-82 в состояние 0. Приэтом сигнал с единичного входа триггера 74 устанавливает триггер 83 всостояние 0, в результате чего насоответствующие входы схем И-ИЛИ поступает единичный сигнал, создающийусловия сдвига 1 триггеров н сторонустарших разрядов. На клемме 47 появляется напряжение, приводящее к срабатыванию реле 35. Затем сигнал начальной установки выключается и навход генератора 101 подается напряжение цгг пропорциональное угловой скорости вращения ротора, которое припропорциональной входному напряжениюОа. Одновременно включается генератор103, управляющий ключами модуляторов2, 3 и демодуляторов б, 7, и аналоговый вычислительный блок 1. При этомосуществляется сдвиг 1 в регистресдвига в сторонустарших разрядов и,как следствие последовательное срабатывание реле 48-55; 10 15 20 При достижении 1 триггера 82, триггер 83 переходит в 1 состояние, вследствие чего Формируется ко" манда регистра сдвига.Последующие импульсы генератора 101 приведут к сдвигу единицы в сторону младших разрядов до достижения реверсивного счетчика исходного состояния и срабатыванию реле 55-47 в обратном порядке.В результате описанной работы блока 19 управления через реле осуществляется последовательное подключение в прямом и обратном порядке моделей магнитного поля машины 9-17 к аналоговому вычислительному блоку, Тем самым осущестнляется нвод необходимой информации о магнитном поле машины для решения системы дифференциальныхуравнений, описывающих процессы вэлектрических контурах машины с уче"том взаимного перемещения статора иротора.Аналоговый вычислительный блок решает следующую систему дифференциальных уравнений электрического равновесия машины при активноемкостной наОя рс 1 яя ггде я г яг)ягзг 1 я г 1 Б гяэ гу - потокосцепления, напряжения, токи и активные сопротивления соответственно обмоток якоря и возбуждения;Сн, В - емкость и активное сопротивление нагрузки.При этом напряжения модели,соответствующие Чд г Уз г ,1 г (1 ег дд г Уз, измеряются соответственно на выходах интеграторов в 56-58, потенциометре 70, резисторах 63 и 64. Сумматоры 59 и 60 внедены для воэможности компенсации падения напряжения на резисторных делителях токов.Описываемое устройство, благодаря введению новых элементов и связей, отличается более высокой точностью моделирования электромагнитных процессов н индукторных .машинах. 1. Устройство для моделирования электромагнитных процессов в индукторных машинах, содержащее две группы трансформаторов, вычислительный блок и модель магнитного поля машины, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены модуляторы, демодуляторы, коммутатор, дополнительные модели магнитного поля машины и блок управления, выходы которого подключены соответственно к первым входам демодуляторов, коммутатора и модуляторов, вторые нходы которых соединены с выходами нычислительного блока, входы которого подключены соответственно к первым выходам модуляторов, вторые выходы и третьи выходы которых соединены соответственно с первыми входами и выходами первой и второй групп трансформаторов,вторые Входы и выходы которых подключены соответственно к первым выходам и вторым входам демодуляторов, вторые выходы и третьи выходы которых соединены соответственно с вторыми входа ми и с выходами коммутатора, группы10 ВХОДОВ И ВЫХОДОВ КстоРого подключены к входам и выходам моделей магнитного поля машины. 2. Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е.с я тем, что модель магнитного поля машины состоит иэ электропроводной бумаги, соединенной черезрезисторы с входом модели, граничныеобласти электропроводной бумагй соединены нелинейными элементами с выходоммодели магнитного поля машины.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 438996, кл. С 06 6 7/62, 1971,2. Авторское свидетельство СССРР 481914, кл. С 06 6 7/62, 1973 (прототип) ./ср лФ"729599 ЦНИИПИ Государственно по делам изобретен 35, Москва, Ж, Раушкомите и откр ая наб СССРий д 4/5