Применение аналоговых вычислительных машин для анализа электромагнитных процессов в трехфазных выпрямителях Текст научной статьи по специальности «Физика»

/

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 159 1967 г.

ПРИМЕНЕНИЕ АНАЛОГОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН ДЛЯ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ТРЕХФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЯХ

В. А. КОЧЕГУРОВ, А. А. ТЕРЕЩЕНКО

(Представлена научным семинаром научно-исследовательского института

ядерной физики)

Широкое внедрение в различные области промышленности выпрямительных установок ставит задачу разработки достаточно простого и точного метода их расчета. Задачами расчета должны явиться выбор параметров основного оборудования и построение рабочих характеристик выпрямителя для различных режимов его работы.

В общем случае аналитический расчет токов и напряжений в цепях схем выпрямления затруднителен и позволяет получить конечный результат для сравнительно простых вариантов схем выпрямления. Кроме того, проектирование и наладка сложных систем управления и автоматического регулирования, содержащих преобразователи, не могут проводиться без знания процессов, которые протекают в них. Особый интерес представляет вопрос выявления действительных динамических параметров ионного преобразователя совместно с сеточным управлением и нагрузкой, работающего в замкнутой системе автоматического регулирования.

Применение вычислительных^ машин непрерывного действия значительно облегчает проведение подобных исследований и делает возможным решение таких задач,которые были практически недоступны при обычно исследуемых методах расчета. Электронная вычислительная машина позволяет быстро получить хорошо обозримые осциллограммы токов й напряжений в цепях схемы выпрямления, по которым можно наглядно судить о влиянии параметров схемы на характер протекания в ней электромагнитных рис. 1. процессов. Повышение точности расчета с помощью электронной машины существенно облегчает выбор оптимальных параметров и исследования ре-

жимов работы выпрямителей. Электронное моделирование однофазных и двухфазных схем выпрямления приведено в литературе [1, 2].

Ниже приводится методика расчета на аналоговых вычислительных машинах однотактных и двухтактных трехфазных неуправляемых выпрямителей.

-а) Модель однотактного трехфазного выпрямителя

Принципиальная схема однотактного трехфазного выпрямителя приведена на рис. 1. Элементы г и учитывают активные сопротивления и индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток трансформатора. В соответствии с приведенными на рис. 1 обозначениями работа схемы описывается следующими уравнениями, составленными на основании законов Кирхгофа:

е1 = + пх + гВ[- /1 + ин;

<И

е, = [.$ + ги + гВГ12 + £/„; аЬ

еъ - ~т + пг 4- гв^'з + СГН; } (1)

сИ '

¿1 ~Т ¿2 "Г ¿3 ~ ¿н»

и н = ¿н* Zн,

£н — Гн рЬн*,

где гВ1, Гв;! — сопротивления вентилей.

Разрешая систему уравнений (1) относительно токов ¿ь ¿2, ¿з, получим исходные уравнения для составления и расчета схемы модели. Блок-< схема математической модели уравнений цепей однотактного трехфазно-

Рис. 2.

го выпрямителя показана на рис. 2. Вольт-амперные характеристики вентилей выпрямителя = воспроизводятся в модели с помощью

ламповых диодов 6Х2П, включенных в цепь обратной связи соответствующих решающих усилителей.

Уравнения отдельных блоков модели с учетом уравнений преобразования переменных запишутся:

к ин

--кв,

1

=--к

М1

ех

11

М.

М*

М(

12

Мг

Лfí

1 ( е2

Р \ Ме

е..

к

31

М,

Ко

Ко

М1

М,

«в,

Кв,

М,

М;

Ми

ин

^32

Ми

у*

Ми

(2)

Iн

— К41

г.

№

М,

М1

Ми

К ,

1н

51

м1

КьР

В ¿н

М

Уравнения преобразования переменных имеют вид:

= м^их\

и --- МГ; £/2;

в

¿3 = Л*, С/3;

е'х;

е.,

Ж

Ме-е' 3;

С/„ = Л1и.г/5;

(3)

Отсюда соответствие элементов модели параметрам схемы определяется следующими соотношениями:

Кц-М1 лгц • М/

/С*1 • к

41 'Щ

Л1/

Гв

Ъг-Мг

реальной

(4)

где Ми Мг —масштабы токов; в

Ме, Ми — масштабы напряжений;

М1 — масштаб времени;

Аги, а:12... — коэффициенты передачи решающих усилителей. Осциллограммы выпрямленного тока и напряжения, полученные на электронной вычислительной машине, соответствующие установившемуся режиму работы схемы на активно-индуктивную нагрузку, приведены на рис. 3.

Фазные э.д.с. выпрямителя еи е2, еъ в модели (рис. 2) представлены в виде э.д.с. е\, е\, е'3, которые генерируются в специально сконструированном источнике низкочастотного трехфазного напряжения. Блок-схема этого источника приведена на рис. 4. Синхронный мотор СМ вращает с помощью червячной пары 1 и фрикционного механизма 3 диск с зондами 6. Зонды погружены б ванночку 5 с электролитом, где создано однородное электрическое поле с помощью параллельных электродов 7. При вращении диска амплитуды напряжений, снимаемых зондами, меняются по гармоническому закону. Напряжения с зондов через скользящие контакты 4 поступают на входы катодных повторителей. Частота э.д.с. определяется скоростью вращения диска и может плавно регулироваться

Рис. 3.

блок катодных noèmopummâi

et

s

fl4 - Пг

Рис. 4.

с помощью ¡вариатора 2 от 0,5 до 10 гц. Величина амплитуды регули-, руется с помощью потенциометров ГЬ и П2.

б) Модель двухтактного трехфазного выпрямителя

На рис. 5 приведена принципиальная схема двухтактного трехфазного выпрямителя и даны обозначения элементов и параметров ее, а также'токов и напряжений. В данной схеме последовательно соединены две трехфазные однотактные выпрямительные секции, одна из которых собрана на вентилях 1, 2, 3 и развивает выпрямленное напряжение 0¿1 . Вторая— на вентилях 4, 5, 6 с выпрямленным напряжением ин2 • Обе. вентильные группы используют одну и ту же трехфазную втбричную обм'рт-ку трансформатора. Вентили 1, 2, 3, подключенные к фазам трансформатора анодами и имеющие общую катодную точку, образуют катодную группу вентилей. Вентили 4, 5, 6, подключенные к тем же фазам трансформатора катодами, имеют общую анодную точку и образуют анодную группу вентилей. Следовательно, напряжения {7в1, и £/в2, которые являются соответственно верхней и нижней огибающими фазных э. д. е., складываются, создавая выпрямленное напряжение схемы ии . Для схемы^ преобразователя, изображенной на рис. 5, имеем следующую систему уравнений для напряжений и токов:

ех = ¿5/? + ¿6) + г (¿г + /6) + гвг Н + е2 = /,<?/? (/2 + /5) + г (¿2 + /5) + гв2- н + ¿V; еъ = ¿5 р (¿з + ¿4) + г (/3 + /4) + гв3 • н + иВ1; ех = ¿5/7 (¿г + ¿о) + г (¿х + ¿6) + гЪб-16 + ¿/в,;

е2 = (/2 + /5) + г (га + 4) + гВв- 4 + £/в,;

<?3 = 15/? (¿3 + /4) + Г (¿3 + н) + г в4- /4 + £Л?2;

¿4 /5 4" ¿6 = ¿н> = £/.,;

и н — ¿н * = гн +/?1н.

(5)

Разрешая систему уравнений (5) относительно токов 1и12, ¿3, /5э как и для случая однотактного трехфазного выпрямителя, получим исходные уравнения для составления и расчета схемы модели. Структурная схема модели для решения уравнений напряжений и токов в цепях схемы двухтактного трехфазного выпрямителя показана на рис. 6. Соот-

5. Заказ 6954

65

о X Pu

ветствие элементов модели и параметров реальной схемы определяется так же, как и для случая модели одцотактного трехфазного выпрямителя.

Осциллограммы машинного расчета токов и напряжений в цепях схемы выпрямительного моста приведены на рис. 7.

Сравнение результатов, полученных из расчета на аналоговой вычислительной машине и в реальных схемах, показало хорошее совпадение характеристик для всех исследованных схем и режимов работы

Рис. 7.

выпрямителей. Электронные модели более сложных выпрямительных схем, а также управляемых выпрямителей могут быть построены на основе схем, рассмотренных в настоящей статье.

ЛИТЕРАТУРА

1. В. Г. Васильев, В. А. Зверев. Электронная модель схемы выпрямительного моста. Электромеханика, № I, 1961.

2 В. Я- Якубовский. Применение электронной вычислительной машины непрерывного действия для расчета установившегося режима двухфазной схемы выпрямления. Электромеханика, № 5, 1962.