Устройство для моделирования вентильного преобразователя

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

993293

Союз Советских

Социалистических

Республик ф .ф4

/ а=..

\ (61) Дополнительное к авт. сеид-ey— (22) Заявлено 060781 (21) 3341570/18-24

Р М К з с присоединением заявки HP

6 06 О 7/62

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет (531 УДК 681 . 333 (088. 8) Опубликовано 30.01.83. Бюллетень Мо 4

Дата опубликования описания 3001.83

М

Б.Ф. Щербаков - - "::60())Яфр,g

" 7, -"Л П,.з

l. .Научно-исследовательский, проектно-конст4эуктоф дМЮ;(@,,(, РЛВ техники (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЕНТИЛЬНОГО

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Изобретение относится к вычислительной и преобразовательной технике, является средством анализа и проектирования вентильных преобразователей .с помощью аналоговых вычислительных машин.

Известно устройство для моделирования вентильных преобразователей, содержащее группы каналов и моделиро- () вания выходного напряжения преобразователей (1j.

Указанное устройство сложно и не учитывает характер сопротивлений в цепях переменного и постоянного тока в преобразователях.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для моделирования вентильного .преобразователя, которое включает блок задания входных ЭДС, два канала моделирования токов вентилей, каждый из которых содержит сумматор, интегратор, блоки переключателей на входах сумматоров, ключи в обратной связи интеграторов и нуль-органы (2J.

Известное устройство имеет большое число операционных усилителей, что ограничивает область его применения, в частности, при моделировании на одной аналоговой вычислительной машине параллельной работы нескольких таких преобразователей или в совокупности с другими например системы бесперебойного.;. Жектроснабжения ответственных потребителей переменного тока, тем более в реальном масштабе времени.

Цель изобретения — упрощение уст- . ройства и повышение его надежности.

Указанная цель достигается тем, что устройство для моделирования вентиль ного преобра зов ателя, содержащее ключи, блок задания входных ЭДС, выходы которого подключены к информационным входам первого и второго переключателей, первый и втброй сумматоры, выходы которых соединены с информационными входами первого и второго ключей соответственно, первый и второй интеграторы с ограничителем в обратной связи, инверторы и нульорганы, выходы которых подключены к первому и второму входам блока распределения импульсов, третий вход которого соединен с выходом блока формирования импульсов управления, группа выходов блока распределения импульсов, подключена к управляющим входам первого и второго переключателей, первый и второй выходы блока распределе993293 ния импульсов соединены с управляющими входами перного и второго ключей соответственно, выход первого интегратора с ограничителем в обратной связи через первый инвертор подключен к входу первого нуль-органа, выход 5 второго интегратора с ограничителем обратной связи через второй иннертор соединен с входом н торого нуль -орга на, третий и четвертый сумматоры, первый и второй интеграторы, содержит четы- 10 ре ключа, причем .первый выход первого переключателя подключен к входу первого интегратора с ограничителем в обратной связи и информационному входу третьего ключа, управляющий вход )5 которого соединен с первым входом блока распределения импульсов, выход третьего ключа соединен с входом первого интегратора с ограничителем н обратной связи, выход которого подклю- t. >0 ,чен к первому входу второго сумматора и к информационному входу четвер-I того ключа, выход которого соединен с нходом первого интегратора с ограничителем в обратной связи, управляю- 5 щий вход четвертого ключа подключен к третьему выходу блока распределения импульсов, первый выход второго переключателя соединен с входом второго интегратора с ограничителем и обратной связи и с информационным входом пятого ключа, управляющий вход которого подключен к второму выходу блока распределения импульсов, выход пятого ключа соединен с входом второго интегратора с ограничителем в обрат- N ной связи, выход которого подключен к первому входу первого сумматора и к информационному входу шестого ключа, выход которого соединен с входом второго интегратора с ограничителем 40 .в обратной связи, управляющий вход шестого ключа подключен к четвертому выходу блока распределения импульсов, выход первого инвертора соединен с вторым входом первого сумматора и с 45 первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу четвертого сумматора, выход которого через первый интегратор соединен с первым входом второго интегратора, выход которого подключен к второму входу второго интегратора и второму входу четвертого сумматора,, выход второго иннертора соединен с вторым входом второго сумматоРа и с вто-55 рьм входом третьего сумматора, выход которого подключен к входам первого и второго интеграторов с ограничителем н обратной связи и к третьим вход4м,первого и второго сумматоров, выход первого интегратора соединен с входами первого и второго интеграторов с ограничителем в обратной связи и с четвертыми входами первого и вт< рого сумматоров, вторые выходы перного . ,и второго переключателей подключены 65 к пятым входам второго и первого сумматоров соответственно.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для моделирования вентиль ного преобразователя у на фиг. 2Схема блока распределения импульсон; на фиг. 3 — временные диаграммы блока распределения импульсов.

Устройство содержит дна канала моделиронания токов вентилей, состоящих из сумматоров 1 и 2, интеграторов 3

4 с ограничителями 5 в обратной сняЬи, иннерторон 6 и 7 и нуль-органов

8 и 9. На входы сумматоров и интегратррон через переключатели 10 и 11 поступают напряжения от блока 12 задания входных ЭДС. Управление переключателями 10 н 11 осуществляется блоком 13 распределения импульсон, на вход которого подаются сигналы с выходов нуль-органов 8 и 9 и блока 14 формиронания импульсов управления.

Сигналы с блока 13 управляют также ключами 15 и 16 в цепях обратных связей интеграторов 3 и 4. Ключами 17

20 блок l3 управляет и режиме коммутации вентилей управляемого выпрямителя. . Моделирование выходного напряжения и токов преобразователя обеспечивается блоком 21 моделирования выходного напряжения. В случае индуктивного емкостного Г-образного фильтра и активной нагрузки блок 21 содержит сумматоры 22 и 23,и интеграторы 24 и

25. На входы блока 21 подаются напряжения с выходов иннерторов б и 7, пропорциональные токам вентилей управляемого выпрямителя.

Блок 13 распределения импульсов (фиг. 2) управляет переключателями

10 и ll во входных цепях сумматоров

1 и 2 и интеграторов 3 и 4 устройства для моделирования вентильного преобразователя в соответствии с алгоритмом работы вентильного преобразователя. Блок 13 распределения импульсов построен на элементе ИЛИ 26, триггерах 27-29, счетчике 30 и дешифраторе 31 импульсов {на фиг. 2 показан принцип действия блока распределения импульсов).

Устройство работает следующим образом.

Импульсы с блока 14 устанавливают триггер 27 н состояние, соответствующее замыканию ключей 17-20, т.е. Реализуется коммутационный интервал работы вентилей преобразователя. Размы-кание этих ключей происходит н момент снижения тока, закрывающего вентили до нуля. Контроль за знаком токон вентилей обеспечивается нуль-органами 8 и 9 устройства. Сигнал с нуль-органа

9 (8) устананливает триггер 27 н состояние, соответствующее размыканию ключей 17-20 и включению очередного контакта переключателей 10 и 11, соМзгяз ответствующее следующему межкоммутационному интервалу работы вентилей преобразователя. При этом замыкается один из ключей 15 (16), т.е. реализуется отсутствие тока в одном из каналов устройства, а другой ключ размыкается, т.е. реализуется формирование тока вентилей в другом канале устрой ства.

Электромагнитные процессы применительно к схеме трехфазного мостового управления описываются следующими диф- о ференциальными уравнениями.. В режиме работы двух вентилей: относительно фаз а, с справедливы следующие ypas= иения: » — «)

dj„e«2r r . ()н

М 2L» Ьо ll»+Lg (»» о i = i%I о относительно фаз в, сг.

20 а еь 2г " „UH H()

Ф ) »""о 1-(»+ (о (» "о

i5 10 1я. . Для режима работы трех вентилей (на. интервале угла коммутации) следует

-" записать уравнения в нормальной фор-. ме,. т.е. без производных в правой части:

) („ „)) 1 ОС 1»» ps 1»,. »»,„1;

»».». »з- 1 о о к л » !

Юъ (й»+4)) )»»! c З5 и E()(„.+(.)1L- i», еъс

» -- =-— "" — 1„- -- -@ — -»»«»01»д»»)»»1

10 ie + iso%

Из уравнения (3) и (4) с учетом (1} 40 и (2) можно получить обобщенные уравнения, учитывающие коммутационный ,(работа трех вентилей) и межкоммута-, ционный (работа двух вентилей) интервалы работы управляемого выпрямителя 45

di» C 2r»»-го ° () ((4»+1.©)

%. " »»» »ЧК" ь i».ä» щ ;, g». ã,; ЖО »(з(,„ о) c (S(.g2!. ))» (М.„+й. )(,» > 1 »+ î)(34» + 2Lo) 0 (2l »Ч о)(М»+2(ю) Н !

"» + »+ "о ((++2"î"÷ (»» 2 оЛч

Ё (Ь»+,о)(ЬЬ„+Ио) "о (И +)(4I;+2 о) Ч, 40 (6) ас д-, Где 1ас ° 1Ф и 1 ° и т a — JIHHeaHhle

ЭДС блока задания входных ЭДС

Оу

1 и 1 — ток вентилейу 2. — выходной ток преоб разоват еля

0>. — напряжение нагрузки; (,„lI! параметры цепи переменного тока преобразователя

» очаㄠ— параметры фильтра на стороне постоянного тока;

F — функция, реалиэуюК щая интервал комму. тации вентилей, т.е. работу трех вентилей, управляется блоком 13 распределения импульсов .

В силу симметрии схемы и периодкчнос" .ти работы вентилей электрические процессы на других интервалах периода описываются аналогичными уравнениями, отличающимися лишь индексами линейных напряжений.

Решение уравнений (1) и (2) илк части (первые три члена) обобщенных уравнений (5) и (6), соответствующих межкоммутационному режиму работы уп»равляемого выпрямителя, осуществляет-! ся поочередно одним из каналов моделирования токов вентилей; решение уравнений (3) и (4) или уравнений (5)

:и 6,соответствующих коммутационному режиму работы управляемого выпрямителя (включение ключей, реализующих функцию Гк), осуществляется при -одновременной работе двух каналов моделирования токов вентилей. Сумматоры 1 и

2, интеграторы 3 и 4, инверторы 6 и

7 и сумматор 23 в блоке 21 вычисляют выходной ток i, в режиме работы двух вентилей. В этом режиме ключи 17-20 разомкнуты. В режиме работы трех вентилей(период коммутации) формирование выходного тока преобразователя происходит при одновременной работе двух каналов.

Формирование токов вентилей происходит при разомкнутом ключе 15 (16} s цепи обратной связи интеграторов 3 (4), формирование токов вентилей: в период коммутации происходит при замкнутых ключах 17-20. При замкнутом ключе 15 (16), реализукщем прерывистый режим работы преобразователя, сигнал на выходе интегратора 3 (4). равен нулю и соответственно ie 0 или i g 0.

Ограничители 5 в обратной связи интегратора 3 (4) обеспечивают нулевое напряжение на их выходе при отрицательном сигнале с сумматора 1 (2) .и переключателей 11 (10). Это соответствует запертому состоянию тиристора моделируемого преобразователя при отрицате льном анодном напряжении. При положительном входном сигнале на интеграто» рах 3 и 4, что соответствует положктельному анодному напряжению, осуществляется интегрирование входного сигнала.

Размыкание ключей 15 и 16 и эамыкание ключей 17-20, т.е реализация в уравнение 4 (5) функции Гк, происходит B момент появления импульса управления, замыкания одного из ключей 15 (16) и размыкание ключей 17-20 и момент снижения до нуля -ока вентиля соответствующего канала (i или i ).

Контроль эа знаком токов вентилей обе- о спечивается нуль-органами 9 и 8. Блок

13 распределения импульсов управляет переключателями 11 и 10 во входных цепях сумматоров l и 2 и ийтеграторов

3 и 4.Коммутация этих переключателей происходит поочередно, осуществляя необходимый закон изменения напряжения на входах сумматоров 1 и 2 и интеграторов 3 и 4. Блок 14 может быть выполнен в виде задающего генератора.

Использование предлагаемого устрой-2О ства с минимальным количеством операционных усилителей позволит повысить точность и надежность моделирования сложных нелинейных электрических цепей вентильных преобразователей.g$

Построение структурных схем с минима,льным числом операционных усилителей позволяет моделировать на одной аналоговой вычислительной машине параллельную работу нескольких преобразователей и обеспечивает моделирование вентильных преобразователей в реальном масштабе времени.

Формула изобретения

Устройство для моделирования вентильного преобразователя, содержащее ключи,блок задания входных ЭДС,выходы которого подключены к информационным 4О входам первого и второго переключателей,первый и второй сумматоры, выходы которых соединены с информационными входами первого и второго ключей соответственно, первый и второй интеграторы с ограничителем в обратной связи, инверторы и нуль-органы, выходы которых подключены к первому и второму входам блока распределения импульсов, третий вход которого соединен с щ выходом блока формирования импульсов управления, группа выходов блока распределения импульсов подключена к управляющим входам первого и второго переключателей, первый и второй выходы блока распределения импульсов соединены с управляющими входами первого и.второго ключей соответственно, -выход первого интегратора с ограничи" телем в обратной связи через первый инвертор подключен к входу первого 6О нуль-органа, выход второго интегратора с ограничителем в обратной связи через второй инвертор соединен с входом второго нуль-оргàíàj третий и четвертый сумматоры, первый и второй 65 интеграторы, о т л и ч а ю щ е е с я тем„, что, с целью упрощения, оно содержит четыре ключа, причем первый выход первого переключателя подключен к входу первого интегратора с ограничителем в обратной связи и информационному входу третьего ключа, управляющий вход которого соединен с первым входом блока распределения импульсов, выход третьего ключа соединен с входом первого интегратора с ограничителем в обратной связи, выход которого подключен к первому входу второго сумматора и к информационному входу четвертого ключа, выход которого соединен с входом первого интегратора с ограничителем в обратной связи, управляющий вход четвертого ключа подключен к третьему выходу блока распределения импульсов, первый выход второго переключателя соединен с входом второго интегратора с ограничителем в обратной связи и с информационным входом пятого ключа, управляющий вход которого подключен к второму выходу блока распределения импульсов, выход пятого ключа соединен с входбм второго интегратора с ограничителем в обратной связи, выход которого подключен к первому входу первого сумьГатора и к информационному входу шестого ключа, выход которого соединен с входом второго интегратора с ограничителем в обратной связи, управляющий вход шестого ключа подключен к четвертому выходу блока распределения импульсов, выход первого интертора соединен с вторым входом первого сумматора и с первым входом третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу четвертого сумматора, выход которого через первый интегратор соединен с первым входом второго интегратора, выход которого подключен к второму входу второго интегратора и второму входу четвертого сумматора, выход второго инвертора соединен с вторым входом второго сумматора и с вторым входом третьего сумматора, выход которого подключен к входам первого и второго интеграторов с ограничителем в обратной связи и третьим входом первого и второго сумматоров, выход первого интегратора соединен с входами первого и второго интеграторов с ограничителем в обратной связи и с четвертыми входами первого и вто рого сумматоров, вторые выходы первого и второго. переключателей подключены к пятым входам второго и первого сумматоров соответственно.

Ис точ н ик и и н форма ци и, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 308438 кл. G 06 G 7/48, 1969..

2. Авторское свидетельство СССР

Р 526923, кл. G 06 G 7/62, 1 974 (прототип).

993293

Мключом 17-2g

ffu люгллмюлмли

111 /Ю/

ypmp7ue /а иг.

Редактор С. Крупенина

Заказ 481/67

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

Ф

„ь ь ъ

17 N

Составитель. И. Дубинина.

Техред М.Костик . КорректорГ. Огар

Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %35, Раушская наб., д, 4/5