устройство для моделирования электродвигателя постоянного тока

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее последовательно соединенные первый и второй интеграторы, каждый из которых выполнен на операционном усилителе с конденсатором в цепи обратной связи, и инвертор, выход второго интегратора является выходом устройства, выход первого интегратора соединен со своим первым суммирующим входом, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения путем моделирования электродвигателя в режиме торможения "выбегом", в него введены переменный резистор и блок ключей с одним размыкающим и двумя замыкающими контактами, посредством последних выходы источника питания и инвертора соединены соответственно с вторым и третьим суммирующими входами первого интегратора, а посредством размыкающего контакта параллельно конденсатору второго интегратора подключен переменный резистор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехник и может быть использовано при исследовании динамических процессов в электродвигателе постоянного тока на аналоговых моделирующих установках.

Известны устройства для моделирования работы электродвигателей постоянного тока, выполняемые на основе суммирующего интегратора, позволяющего учесть механическую инерционность двигателя. Данные модели отличаются простотой, однако обеспечивают исследование динамических режимов электродвигателя с низкой точностью, так как не учитывают электромагнитной инерционности его якорной цепи.

Известны устройства для моделирования работы электродвигателей постоянного тока, обеспечивающие повышение точности моделирования за счет учета как механической, так и электромагнитной инерционности электродвигателя. Дальнейшее повышение точности моделирования осуществляется в указанных технических решениях путем отражения в схеме модели особенностей, вызванных питанием электродвигателей от вентильных преобразователей. Однако при этом на учитываются изменения параметров электродвигателя, а также изменение его функциональной структуры, имеющее место в некоторых режимах [1] .

Известно также устройство для моделирования двигателя постоянного тока [2] , которое по технической сущности является наиболее близким (прототипом) к изобретению. Данное техническое решение выполнено на основе двух интеграторов, позволяющих учесть электромагнитную и механическую инерционность электродвигателя, и инвертирующего усилителя (инвертора), реализующего в модели отрицательную обратную связь по ЭДС двигателя. Кроме того, в устройстве-прототипе учтено влияние изменения сопротивления якоря электродвигателя на его частоту вращения. Рассмотренное устройство позволяет исследовать работу электродвигателя в двигательном режиме, режиме рекуперативного торможения, режиме динамического торможения, режиме противовключения, т. е. во всех режимах, для которых справедлива замкнутая структура электродвигателя с обратной связью по его ЭДС. Однако известное техническое решение не позволяет смоделировать работу электродвигателя в режиме торможения "выбегом" (т. е. когда электродвигатель просто отключается от источника питания и тормозится под действием сил трения). Отмеченный недостаток устройства-прототипа вызван использованием для исследования всех режимов работы электродвигателя замкнутой структуры построения модели с постоянно действующей обратной связью по ЭДС. Следует отметить, что торможение "выбегом" является важным режимом работы электродвигателя, в том числе и в связи с тем, что именно по сравнению с ним удобно оценивать эффективность других способов торможения.

Целью изобретения является расширение области применения за счет возможности моделирования электродвигателя в режиме торможения "выбегом".

Цель достигается тем, что в устройство для моделирования электродвигателя постоянного тока, содержащее последовательно соединенные первый и второй интеграторы, каждый из которых выполнен на операционном усилителе с конденсатором в цепи обратной связи, и инвертор, причем выход второго интегратора является выходом устройства, выход первого интегратора соединен со своим первым суммирующим входом, введены переменный резистор и блок ключей с одним размыкающим и двумя замыкающими контактами, при этом посредством последних выходы источника питания и инвертора соединены соответственно с вторым и третьим суммирующими входами первого интегратора, а посредством размыкающего контакта параллельно конденсатору второго интегратора подключен переменный резистор.

Таким образом, введение блока ключей позволит при поступлении команды на торможение электродвигателя одновременно с отключением источника питания от входа первого интегратора разомкнуть связь между другим его входом и выходом инвертора, а также подключить параллельно конденсатору второго интегратора резистор. В результате наряду с отключением электродвигателя от источника питания обеспечивается исключение влияния на процесс торможения обратной связи по ЭДС электродвигателя, что характерно для торможения "выбегом". Происходящему при этом монотонному снижению до нуля угловой скорости электродвигателя соответствует на моделирующей установке экспоненциальное уменьшение напряжения на выходе второго интегратора, происходящее в результате подключения параллельно его конденсатору резистора.

Сопоставленный анализ с прототипом показывает, что заявленное техническое решение отличается наличием новых элементов: блока ключей и переменного резистора с новыми взаимосвязями между блоками устройства. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Анализ известных технических решений в исследуемой области, а также в смежных отраслях показывает, что применение ключевых устройств и резисторов в электротехнических установках широко известно. Однако при их введении в указанной взаимосвязи с остальными элементами схемы в заявляемое устройство вышеуказанные блоки проявляют новые свойства, что приводит к расширению функциональных возможностей предложенного технического решения. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложения критерию "существенные отличия".

На чертеже приведена принципиальная схема устройства для моделирования электродвигателя постоянного тока.

Устройство содержит первый интегратор 1, второй интегратор 2, инвертор 3, источник 4 питания, переменный резистор 5 и блок 6 ключей с двумя группами замыкающихся контактов 7, 8 и одной группой размыкающихся контактов 9. Первый интегратор 1 образован операционным усилителем 10, входными резисторами 11, 12, 13, конденсатором 14 и имеет три входа 15, 16, 17. Вход 15 первого интегратора соединен с его выходом. Выход первого интегратора 1 подключен к входу второго интегратора 2, образованного операционным усилителем 18, входным резистором 19 и конденсатором 20. Параллельно конденсатору 20 посредством группы размыкающихся контактов 9 подключен переменный резистор 5. Выход второго интегратора 2, являющийся выходом 21 устройства, подсоединен к входу инвертора 3, образованного операционным усилителем 22, входным резистором 23 и резистором 24 обратной связи. Выход источника 4 питания и выход инвертора 3 посредством группы замыкающихся контактов 7, 8 подключены соответственно к входам 16, 17 первого интегратора 1.

Работает устройство следующим образом.

При включении блока 6 ключей замыкаются его группы контактов 7, 8 и размыкается группа контактов 9. В результате первый интегратор 1 подключается к источнику 4 питания, в устройстве замыкается обратная связь по ЭДС двигателя, реализуемая при помощи инвертора 3, а от конденсатора 20 второго интегратора 2 отключается переменный резистор 5. Таким образом, для моделирования электродвигателя при подключении его к источнику питания используется замкнутая структура построения модели с обратной связью по ЭДС двигателя. ЭДС двигателя при этом выполняет, как известно, функцию регулятора тока (и момента) электродвигателя.

Моделирование режима торможения "выбегом" осуществляется при отключении блока 6 ключей. В результате вход первого интегратора 1 отключается от выхода источника 4 питания, размыкается также связь между инвертором 3 и первым интегратором 1 (устраняется влияние ЭДС двигателя на процесс торможения). Одновременно с этим параллельно конденсатору 20 второго интегратора 2 включается переменный резистор 5. Указанное включение переменного резистора 5 приводит к экспоненциальному уменьшению напряжения второго интегратора 2, что имитирует процесс снижения частоты вращения электродвигателя в режиме торможения "выбегом". Регулируя величину переменного резистора 5, можно моделировать изменение условий проведения торможения "выбегом" (максимальная величина сопротивления резистора 5 соответствует реализации указанного тормозного режима для двигателя, работающего на холостом ходу, уменьшенная величина сопротивления резистора 5 характеризует процесс торможения нагруженного электродвигателя).

Следует отметить, что предложенное устройство является легко перестраиваемым. Так, например, введение соединительного проводника, включаемого параллельно группе замыкающихся контактов, связывающих вход первого интегратора 1 и выход инвертора 3, а также создание разрыва в цепи подключения переменного резистора 5 к конденсатору 20 второго интегратора 2 позволяют осуществлять исследование процессов торможения электродвигателя, для которых характерна замкнутая структура построения его модели (т. е. с учетом действия обратной связи по ЭДС электродвигателя).

Технико-экономический эффект от применения предложенного технического решения определяется расширением функциональных свойств устройства для моделирования электродвигателя постоянного тока, что позволит расширить и его демонстрационные возможности при изучении тормозных режимов.