DE1917567B2 - Rechengerät zur Lösung der das Betriebsverhalten einer n-phasigen Drehfeldmaschine bestimmenden Gleichungen - Google Patents

Description

15

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rechengerät zur Lösung der das Betriebsverhalten einer /i-phasigen Drehfeldmaschine bestimmenden Gleichungen unter Verwendung statischer Analogrechnerbausteine. Derartige Maschinennachbildungen, auch als Simula- so toren bezeichne*, eignen sich für Untersuchungen be züglich des Betriiibsverhaltens von bereits vorhandenen oder noch zu konstruierenden Maschinen. Dabei sollte das Modell eine klare Analogie zu den physikalischen Vorgängen liefern, insbesondere alle zeit- as abhängigen Größen in ihrem echten zeitlichen Verlauf darstellen können. Ferner sollten die einzelnen Mascfrnendaten, wie Widerstände, Induktivitäten, Schwungmasse, so wie sie auch bei der tatsächlichen Maschine vorhanden sind oder sein werden, direkt eingestellt werden können.

Es ist in diesem Zusammenhang ein Simulator für eine Synchronmaschine bekannt, der deren Verhalten am starren Netz nachbildet. Das elektromagnetische Verhalten der Synchronmaschine wird nicht durch konstante Werte von Widerständen, Induktivitäten und Zeitkonstanten nachgebildet, sondern mittels an einer anderen Synchronmaschine gemessenen Übertragungsfunktionen, welche dann auf den Simulator übertragen werden (ETZ-A, 1967, S. 317 bis 321). Bei dieser bekannten Anordnung ist ein direkter Zugriff zu den Maschinenparametern sowie den Klemmenspannungen und den Klemmenströmen nicht gegeben, und es kann damit nur der besondere Betriebsfall des Arbeitens am starren Netz untersucht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen universellen Simulator für eine Drehfeldmaschine zu schaffen, der eine klare Analogie zu den tatsächlichen physikalischen Vorgängen besitzt, bei dem eine direkte Zugriffsmöglichkeit zu den Maschinenparametern, den Klemmenspannungen und den Klemmenströmen besteht und bei dem sämtliche Betriebsarten der Drehfeldmaschine untersucht werden können. Diese Aufgabe wird bei einem Rechengerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

a) Die Ausgangsgrößen von η ersten Netzwerken, jeweils bestehend aus einem mit einem veränderbaren Widerstand und einem veränderbaren Kondensator gegengekoppelten Differenzverstärker, dessen Ausgangsspannung in einen einer äußeren Klemme zugeführten, eingeprägten Strom umgewandelt ist, wobei die an dieser äußeren Klemme anliegende Spannung subtraktiv auf den Eingang des Differenzverstärkers zurückwirkt, sind mit den einen Eingängen zweier Gruppen von je η Multiplikatoren verbunden, deren andere Eingänge mit den Ausgangsspannungen eines n-phasigen Sinus-Cosinus-Gebers verbunden uEd deren Ausgangsgrößen zwei Summiergliedern zugeführt sind.

b) Die Ausgangsgrößen der beiden Summierglieder beaufschlagen je ein zweites Netzwerk, jeweils bestehend aus einem Differenzverstärker, dessen Ausgangssignal auf den Eingang über einen ohmschen veränderbaren Widerstand und über die Reihenschaltung eines ohmschen veränderbaren Widerstandes und eines veränderbaren Kondensators gegengekoppelt ist, wobei am Verbindungspunkt des Kondensators mit dem Widerstand ein Strom eingeprägt ist, der einer an einer äußeren Klemme angelegten Spannung proportional ist.

c) Die Ausgangsgröße des einen und die Eingangsgröße des anderen zweiten Netzwerkes sind jeweils mit den Eingängen zweier Multiplikatoren verbunden, deren Ausgänge summiert werden und dem Eingang eines Integrators zugeführt sind, dessen Ausgangsgröße mit dem Eingang des Sinus-Cosinus-Gebers verbunden ist.

d) Die Ausgänge des Sinus-Cosinus-Gebers sind zur Bildung «-phasiger Eingangsgrößen für die η ersten Netzwerke mit den einen Eingängen von η Paaren von Multiplikatoren verbunden, deren andere Eingänge von Spannungen beaufschlagt sind, die sich jeweils zusammensetzen aus der differenzierten Ausgangsgröße des einen zweiten Netzwerkes und aus der mit der Ausgangsgröße des Integrators multiplizierten Ausgangsgröße des jeweils anderen zweiten Netzwerkes.

Die Erfindung samt ihrer weiteren Ausgestaltungen, welche in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind, soll nachstehend an Hand der Figuren näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt eine schematische Gesamtübersicht des erfindungsgemäßen Simulators am Beispiel einer dreiphasigen Synchronmaschine mit umlaufendem Polrad. Unterhalb der gestrichelten Linie I-I sind Anschlußklemmen vorgesehen, welche genau den Anschlüssen entsprechen, über die eine tatsächliche Synchronmaschine mit ihrer Umgebung in Wirkverbindung steht. Es sind dies im einzelnen die Eingangsklemmen 1 und 2 für den Anschluß einei äußeren Erregerspannung U_ld bzw. l/,„ zur Erregung in einer Längsachse und Querachse des Polrades, die Klemme 3 für die Einspeisung einer dem mechanischen Drehmoment proportionalen Gleichspannung m sowie die Ausgangsklemmen 4 bis 6, an denen die Ankerphasenspannungen der Synchronmaschine erscheinen.

Bei der Bildung des elektrischen Moments sowie der induzierten Spannung wird die bekannt! Parksche Methode der Zerlegung der Ankerdurch fiutungen in zwei mit dem Polrad iaitrotierend ange nommener Komponenten benutzt. Im folgenden sol ein Index d jeweils für eine auf die Längsachse de: Polrades bezogene Größe gelten und ein Index q fü eine auf die Querachse (Pollückenachse) des Pol rades bezogene Größe.

Ausgehend von den Ankerkreisnachbildungen 38 und 40, werden drei den Phasenströmen entsprc

chende Wechselspannungen i_R, i_s und i_T an die einen I₀ (Ankerstreuinduktivität) werden die Ständerklem-Eingänge je einer Gruppe von drei Multiplikatoren 7 menspannungen u_T, u_s und w^ und die Ständerströme bis 9 und 10 bis 12 angeschlossen; die anderen Ein- i_R, i_s und i_T als Wechselspannungsgrößen gewonnen, gänge dieser Multiplikatoren sind mit den Aus- F i g. 2 zeigt das der Feldnachbildung zugrunde zu gangen eines Sinus-Cosinus-Gebers 13 verbunden, 5 legende physikalische Strukturbild. Einem Proporder bei einer angenommenen Drehung der Längs- tionalglied 42 mit einer Verstärkung, die der Hauptachse des Polrades um den Winkel α gegenüber einer induktivität l_h der Feldwicklung entspricht, wird von Ankerspulenachse zwei gegeneinander um 90° ver- einer Eingangsgröße /,, beaufschlagt und bildet den setzten dreiphasige Drehspannungssysteme erzeugt. Hauptfluß Φ = ϊ_μ · l_h. Die Eingangsgröße i„ selbst Es werden die Komponenten der Phasenströme bzw. io setzt sich zusammen aus der Summe einer der Ankerdie von ihnen bewirkten Durchflutungen in Längs- durchflutung proportionalen Größe i_a, einer dem und Querrichtung des Polrades erzeugt, indem die Strom i, in der Felderregerwickluing proportionalen Ausgänge der Multiplikatoren 7 bis 9 einem Sum- Größe und einem dem Strom i_D in der Dämpferwickmierglied 14 und die Ausgänge der Multiplikatoren lung proportionalen Größe, wobei siowohl der Dämp-10 bis 12 einem zweiten Summierglied 15 zugeführt 15 ferstrom als auch der Erregerstrom von der Ändesind. Mit i_ad ist eine Gleichspannung bezeichnet, rungsgeschwindigkeit des Flusses Φ rückwirkend bewelche der Projektion der Ankerdurchflutungen auf einflußt werden. Mit r, ist der ohmsche Wicklungsdie Längsachse des Polrades entspricht und mit i_aa widerstand der Erregerwicklung, mit /, deren Streueine Gleichspannung, welche der Projektion der induktivität bezeichnet, dasselbe gilt für die der Ankerdiirchflutungen auf die Querachse des Polrades 20 Dämpferwicklung zugeordneten Elemente r_D und l_D. entspricht. Diese Spannungen beaufschlagen die Ein- Man könnte nun daran denken, das in F i g. 2 a gangsklemmen 16 und 17 jeweils einer Feldnachbil- dargestellte Blockschaltbild unmittelbar in eine elekdung 18 bzw. 19 für den Fluß in Längs- und Quer- ironische Schaltung umzusetzen. Es würden dann richtung (Φ_α und Φ_β), wobei em Funktionsgenerator aber im Signallaufweg in der Regel mehrere Ver-

20 zur Berücksichtigung des Sättigungseinflusses vor- 25 stärker erforderlich werden, was die Gefahr eines gesehen ist. In den mit 18 und 19 bezeichneten Nachbildungsfehlers oder einer Instabilität beträcht-Blocksymbolen sind die veränderbaren Maschinen- lieh erhöht. Bei der Ausführung nach Fig. 2b ist parameter angegeben. Im einzelnen bedeuten r_id den dies nicht der Fall. Einem Summierverstärker 43 ohmschen Widerstand und l_ld die Streuinduktivität — entsprechend dem Summierglied 14 oder 15 in der Erregerwicklung in der Polradlängsachse, r_Dd den 30 F i g. 1 — werden an drei Eingängen die Ausgangsohmschen Widerstand und l_Dd die Streuinduktivität signale dreier mit den Phasenströmen i_K, i_s und i_T einer in der Längsachse des Polrades als wirksam beaufschlagten Multiplikatoren (7 bis 9 oder 10 bis angenommenen Dämpferwicklung und l_M die Haupt- 12) zugeführt, so daß am Ausgang des Summierverinduktivität der in der Längsachse wirkenden Erreger- stärkers 13 eine Spannung entsteht, welche der Prowicklung. Entsprechende Bezeichnungen finden sich 35 jektion der Ankerdurchflutungen .auf die entsprebei der der Querachse zugeordneten Feldnachbil- chende Polradachse entspricht. Der Ausgang des dung 19. Summierverstärkers 13 ist mit dem Eingang eines

Mit den Flußkomponenten Φ_Λ und Φ_α sowie den weiteren Verstärkers 44 verbunden, dessen Ausgang Durchflutungskomponenten i_ad und i_O0 bzw. den ihnen auf seinem Eingang einmal mittels eines veränderentsprechenden Spannungen wird mittels der beiden 4° baren Kondensators C_rP und eines veränderbaren Multiplikatoren 23 und 24 das elektrische Maschi- ohmschen Widerstandes R₁₀ und schließlich über eine nenmoment nachgebildet und in einem Summierglied weitere Reihenschaltang eines veränderbaren Kon-25 mit dem in Form einer Gleichspannung m ein- densators C_r, sowie eines veränderbaren Widerstangegebenen mechanischen Antriebsmoment verglichen. des R_t, gegengekoppelt ist. Am Vorbindungspunkt Der Momentenunterschied Δ m wirkt auf einen die 45 zwischen dem Kondensator C₁₁ und R₁, wird ein kon-Schwungmasse des Maschinenläufers nachbildenden stanter Strom i, eingeprägt, welcher stets proportional Integrator 26. Seine Ausgangsspannung ist eine der zu der an der Eingangsklemme eines weiteren VerWinkelgeschwindigkeit ω entsprechende Gleichspan- stärkers 45 anliegenden Spannung ist Die Spannung nung und ist mit dem Eingang des Sinus-Cosinus- «/ würde der Erregerspannung entsprechen. P ^vr Gebers 13 sowie zwei Multiplikatoren 27 verbunden, 50 Verstärker 45 ist in an sich bekannter Weise als einderen andere Eingänge mit den Ausgangsklemmen stellbare Konstantstromquelle beschaltet, so daß zwi-

21 und 22 der Feldnachbildungen 18 und 19 verbun- sehen den beiden zwischen seinen mit — und + beden sind und somit den rotatorischen Anteil der in zeichneten Eingängen und der Eingangsklemme bzw. der Längs- und der Querachse induzierten Spann un- dem Bezugspotential liegenden Widerständen A₁ und gen e_d und e_q bilden, während deren transformato- 55 R₆ und seinen Rückkopplungswiderständen R₂ bzw. rischer Anteil mittels der beiden ebenfalls an die A₄ + R₃ die Beziehung gilt
Ausgangsklemmen 22 und 21 der Feldnachbildungen

19 und 18 angeschlossenen Differenzierglieder 28 ge- A₁ (R₃ + A₄) = R_s-R_s.
bildet und Summiergliedern 30 und 31 zugeführt ist.

Zur Rücktransformation der in der Längs- und in der 60 Die Unterteilung des Mitkopplungswiderstandes in

Querachse induzierten Spannungen e_ä und e„ in die die beiden Teilwiderstände R₃ und A₄ dient zur

Ankerphasenspannungen e_R, e_s und e_T sind drei bequemeren Festlegung des Proportionalitätsfaktors

Paare von je zwei Multiplikatoren vorgesehen, die zwischen der Spannung u, und dem Strom i₇.

außerdem noch mit den Ausgängen des Sinus-Co- Am Beispiel des aus den Elementen R₁, und C_r,

sinus-Gebers 13 verbunden sind und deren Ausgänge 65 samt der Konstantstromeinspeisimg i, bestehenden

paarweise in Summiergliedern 32 bis 34 summiert Gegenkopplungspfades soll gezeigt werden, daß die

sind. Mittels je einer Ankerkreisnachbildung mit den Schaltung nach Fig. 2b dem Strukturbild nach

Kennwerten r„ (ohmscher Ankerkreiswiderstand) und Fig. 2a analog i?t Für den die Elemente r, und /,

L.

enthaltenden Rückkopplungspfad des Strukturbildes ten Φ_ά und Φ_ν zusammensetzenden Flußvektor gebil-

nach F i g. 2 a gilt die Differentialgleichung det wird. Der Ausgang des Summierverstärkers 45

ν Φ + u = i (r + vl) (I) vwftA über ein Schwellwertglied auf die beiden mit Sl

' «w * "» \) und 52 bezeichneten Eingänge zweier weiterer Multi-

. d 5 plikatoren 55 und 56. Das Schwellwertglied besteht

wobei ρ den Operator ^- bedeutet. _{aus einem} Verstärker 57, dessen Verstärkungsfaktor

Für den entsprechenden Gegenkopplungszweig der durch einen veränderbaren Widerstand 58 einstellbar

elektronischen Feldnachbilclung nachFig. 2b gilt ist und in dessem Eingangskreis eine vorgespannte

Schwellwertdiode 59 angeordnet ist, deren Kathode

Φ = _ _ / (,· _ /) dt + i · Ru ίο an einem zwischen einer positiven Spannung P und

Cr/ J ^{2 2} einer negativen Spannung N liegenden Spannungsteiler angeschlossen ist. IEm Widerstand 60 dieses

und nach einmaliger Differentiation: Spannungsteilers ist veränderbar, so daß damit eine

Veränderung der Durchlaßschwelle möglich ist. Die

η Φ 4- i IC = ι ( — - \- η R, A iT\ »5 Ausgänge der Feldnachbildungen liegen an den Ein-

^μ ^¹"^« ^l*y_Crf r?"vy \ ) gangenSl und 52 der Multiplikatoren55 und 56,

deren Ausgänge auf die Eingänge 5Od und 50 q der

Die Übereinstimmung der Differentialgleichungen beiden Feldnachbildungsverstärker in gegenkoppeln-

(1) und (2) ergibt sich sofort bei Gleichsetzung fol- dem Sinne wirken.

gender Koeffizienten «o Die Wirkungsweise der Anordnung der F i g. 3 ist

folgende: Bis zu einem bestimmten Wert des resultie-

_r ζ= _i_ und / = R renden Gesamtflusses wird die Ansprechschwelle der

' Crf ' "' Diode 59 durch die Ausgangsspannung des Verstärkers 55 nicht überschritten. An den mit 51. und 52

sowie unter Berücksichtigung dessen, daß, wie an- »5 bezeichneten Eingängen der Multiplikatoren 56 und gedeutet, der die Verstärkung des Verstärkers 46 55 liegt dann die Spannung Null, es findet keine bestimmende Gegenkopplungswiderstand 47 gleich- Gegenkopplung durch die Ausgangssignale der Multizeitig und gleichsinnig mit der Kapazität des Konden- plikatoren 56 und 55 statt. Dies entspricht dem unsators C_r, veränderbar ist. In gleicher Weise läßt sich gesättigten Zustand der Maschine. Bei Überschreiten diese Analogie auch für den den Dämpferkreis nach- 30 der vorerwärmten Ansprechschwelle findet eine quabüdenden Gegenkopplungspfad, bestehend aus dem dratische Veränderung des Gegenkopplungsgrades Widerstand R_iD und C_rD nachweisen, wobei der dei Feldnachbildungen 18 und 19 infolge der in ihren Wicklungswiderstand der Dämpferwicklung r_D dem Gegenkopplungspfaden angeordneten Multiplikatoren Kehrwert der Kapazität des Kondensators C_rD ent- 55 und 56 statt. Damit lassen sich die tatsächlichen spricht und der Wert ihrer Streuinduktivität I₀ dem 35 Magnetisierungskennlinien nachbilden, wobei durch WertR,_D Mit dem Widerstand R,_h der elektronischen Veränderung des Widerstandes 60 der Einsatzpunkt Schaltung nach Fig. 2b, dessen Wert dem der der Sättigung und durch Veränderung des Wider-Hauptinduktivität I_n der Feldwicklung entspricht, ist stands 58 die Krümmung der Magnetisierungskurve damit ein genaues Analogon des Strukturbildes nach gesättigten Bereich weitgehend freizügig und hinrei-Fig. 2a geschaffen welches den Vorteil besitzt, daß 40 chend naturgetreu festgelegt werden kann. Wesentlich lediglich ein einziger Verstärker zur Feldnachbildung ist, daß bei der Berücksichtigung der Sättigung stets im Signallaufweg des Flusses Φ erforderlich ist und von der vektoriellen Summe aus den beiden Flußsämtliche Parameter von Erreger- und Dämpfer- komponenten Φ_ά und Φ_ο ausgegangen wird,
wicklung unabhängig voneinander durch je ein ge- Fig.4a zeigt das elektrische Ersatzschaltbild des sondertes Bauelement einstellbar sind. An eine 45 Ankers einer Synchronmaschine bei generatorischem weitere Eingangsklemme 5Od bzw. SQq für die Quer- Betrieb. Der Ankerkreis wird beaufschlagt von der achse wird eine den Sättigungseinfluß nach- induzierten Spannung E, welche den Strom 1 über den bildende Zusatzeinspeisung vorgesehen. Wicklungswiderstand und den Streublindwiderstand Mit der in Fig. 2b dargestellten Feldnachbildung L_? treibt An den Ausgangsklemmen der Maschine kann auf einfache Weise auch der Betriebsfall reali- 50 tritt die Spannung U auf. Der Strom / ergibt sich auf siert werden, daß trotz einer Vergrößerung des Grund der Spannungsdifferenz zwischen E und D Erregerwidersiandes r_h was einer Verminderung der unter Berücksichtigung des komplexen Widerstandes Kapazität des Kondensators C_rt entsprechen würde, des Ankerkreises zu
derselbe Erregerstrom beibehalten wird. Hierzu E-U I L \

wären nur die mit 48 und 49' bezeichneten Schalt- 55 = /J1 -f ρ —^-J. (3)

brücken in ihre, gestrichelt angedeutet, senkrechte Ra \ Ra)
Stellung zu bringen, so daß der Verstärker 46 umgangen ist Fig.4b zeigt eine elektronische Schaltung zui Fig. 3 zeigt die Nachbildung des Sättigungsflussesi Nachbildung des beispielsweise der StänderphaseR für beide Achsen. Für gleiche oder gleichwirkende 60 zugeordneten Ankerkreises. Sie besteht aus einen Elemente sind die Bezugszeichen aus den vorher· Differenzverstärker 62, welcher mittels eines ver gehenden Figuren übernommea worden. Die den änderbaren ohmschen Widerstandes R_n und einei Flüssen der Längs- und Querachse entsprechenden diesem parallel angeordneten Kondensators veränder Ausgangsspannungen Φ_ά und Φ₉ der beiden Feld · barer Kapazität C_la gegengekoppelt ist. Die beidra nachbfldungen 18 und 19 werden jeweils in einer 65 Eingangswiderstände sind mit R₀ bezeichnet Den Multipliziereinxichtung53 und 54 quadriert und in Eingangskreis des Verstärkers 62 wird die Differen: einem Sununierverstärker 55 addiert, so daß das Be- zwischen der in der Phase R induzierten Spannung e, tragsquadrat des sich aus den beiden Fmßkomponen- und der Klemmenspannung u_R zugeführt Zwischen

den beiden erwähnten Eingangsspannungen und der 70 und 71 umgepolt wird Zur Erklärune der Wir

(e_R - Uo) = A · R_n (I + ρ R -C) (4) ^{5 Aus}|^an8^sis8^nal des Integrators 67 ab dem betrachte?

K R R) Λ K„_U + pK_ra C_la) . (4) _{ten Ze},_{tpunkt der} y^ ^,, ^^ ^ ^ ^

Leet man folgende Zunrrlmm» f^t ^^{r 7I} S^<>schlosseD ist. Der Integrator 67 erhält daal

Legt man folgende Zuordnung fest _{em nega}tives Eingangssignal, worauf sein Ausgangs!

„ 1 ,„ ^S1ßn^al zeitlinear in positiver Richtung anzusteigen bei

^Λ™ ^ -JT- ^{und c}ia ~ U. ¹⁰ ginnt, bis die mit H bezeichnete Ansprechschwelli

^{α des} Grenzwertmelders 69 erreicht it D d

ginnt, bis die mit H bezeichnete Ansprechschwelli ^des Grenzwertmelders 69 erreicht ist. Das dann ar

Zusammenhang wie bei der im Ankerkreis abfallen- Schalter 71

den Spannung und dem Ankerstrom /, wie ein em- d£« βρ^ίΓν^Αη?^ ρ · _f ^«fT

sprechender Vergleich der Gleichungen (3) und (4) dS ?chaK₇₀ Jfif ^t-^ ^lst _c ⁿ™^mehJ,^als(l

zeigt. Die dem Ankerstrom entsprechende Ausgangs- ao öffnet DaVITo Ta ""t ^ ^Schaj!f^r71 ??

spannung^ wird nunmittels eines als variable Stronl demlufolee ^SSU^ T ^Integrators f^{7 ha}j ^s!^dl

quelle beschalteten Verstärkers 63 in einen ihr pro- Sr₈Si^*"¹ Ausgangssignd w.rd als«

stand ist wiederum in die Einzelwiderstände R, und wirk? bT Sh£ h F"^«anesspannung be-A₄ unterteUt; für den Strom U gilt ³ Wemm.L⁸ w -^eu^b!?^{dem Ein}g^angssignal ander

^R& Klemme 66 setzt sich dieses Spiel periodisch fort; an

• _ A R_a ^der nut "4 bezeichneten Ausgangsklemme des Inte-

*~ ~r"~r~' K* ^{ergibt sich der in} der Fig. 5 enthaltenen

^{3 x 3O Dia}grammski2ze mit t/„ dargestellte Verlauf.

unabhängig von der Größe der an die Ausgangs- weiteri^Sf S^¹ ?* ^Integ^{rators 67} beaufschlagt klemme 6 angeschlossenen Belastung, welche ₍^e ΞΑίΐΙη,^KomP^lementafverstärker 75, der eine angedeutet, entweder in einer Impedanz Z oder aber eX „h .^PT?⁸ "? ^Seinen P^{ositiven Em}^^ in einer Wechselspannungsquelle 64 bestehen kann 35 S£ Au«? ^bt^S,^Chaltet,^lst' ^{daß die Summe der an} Die an aer Klemme6 auftretende Klemmenspanmmg 74^ aufietS⁸ *^^{76 Und dic} ^ ^{der KlenunC} «_Λ wird über einen Umkehrverstärker 65 invertier? slant S Ä Spannung zu jedem Zeitpunkt kon- und auf den Eingang des Verstärkers 62 gegeben Siit Ϊ ^ ^{Im α3Γ}8^^ε»^η Beispiel diese zuSoll der Umkehrverstärker 65 die Verstärkung 1 auf- welch? Ä^SUilgc^{VOn ehier S}P^annung abgeleitet, weisen, dann ist die Summe seiner Eingangswider- 40 meWerJo *» a™ ^{Schwellwert H des} Grenzwertstände A₅+A₄ gleich dem Wert seines Gegenkopp- SrstäSL^ λ*™ ^ ^{SämtUche Beschaltun}f" lungswiderstandes R_t. Für den Fall, daß an der Für He^ νΛ Y^er/^ark _A ^{ers 75 von} S^{Ieicher Größe}· Klemme4 keine Belastung bzw. keine SpanrunEs- Klemmer* κί ^l ^"sgangsspannung an der quelle angeschlossen ist, würde die Ausgangs*™- SriäJmftT, ^SICh/^{er in der} ™W«™™*™* nxmg des Verstärkers 63 so lange ansteigen, bis t?_p 45 ^™ ™¹¹⁷Te ^gedeutete Verlauf.
gleich e_R ist. Die Ausgangsspannung A an der ni«l ^^w^ des Integrators 67 sowie des Kom-Klemme 61 wäre in diesem Fall Null, wie ia auch der P ^^^erstärkers 75 beaufschlagen jeweils einen Ankerstrom einer Synchronmaschine bei offener ^™^onsgenerator 77 bzw. 78, welche die Sinus-Ständerwickluiig zu Null wird. An der Schaltung nach MWp °r u ^{eÜien Werteber}eich von 0 bis 60° ab-F ig. 4 bist bemerkenswert, daß bei ihr im Gegensatz so erftR ' a ^¹**¹ ^⁸⁰ zwischen deren Ausgangszu üblichen Analogrechnerschaltungen absichtlich die ^= ein κ π α ^Ein8^ang^sS^rößen E die Beziehung Möglichkeit der Rückwirkung von der Ausgangs- aenfräto™^ ^ ^Ausgangsspannungen der Funktionsklemme 6 auf die Ausgangsspannung A an der SS'iwFV ^{md 78 werd}en jeweils direkt und Klemme61 vorgesehen ist, womit es möglich wird 2? Umkehrverstaiker79 bzw. 80 zu SchalternS₁ jeden beliebigen Belastungsfall der Synchronmaschine 55 elektric- ΊΓ% ^che wiede™™ vorzugsweise als nachzubilden. ⁵⁵ ^ktromsche Torschaltungen ausgebildet sind. Die

Fig. 5 zeigt ein Ausführangsbeispiel für den in weichtZf^Tdea.^{von eme}m Codiergatter 81 betätigt, Fig. 1 mit 13 bezeichneten Funktionsgenerator zur irafi^f*? ™ *^β Abgänge eines sechsstufi-Bfldung von zwei dreiphasigen, gegeneinander um 82 _PAauTT*?⁵, angeschlossen ist. Der Ringzähler 90° elektrisch versetzten Wechselspannungssystemen 60 von den δ ?*** ^Umsch^eitpunkt t₀, t_vt_t...in deren Frequenz jeweils der Größe seiner Eingangs- 73 üh/ ^⁸³¹¹S^{611 der} bisUibüen Kippstufen 72 und spannung proportional ist Der Funktionsgeber 13 zvhI^k" · ^ΟαβΓ^οεΓ83 einen Impuls, welcher enthält einen Spannungs-Frequenz-Uinsetzer, der im weitaih·⁸?¹¹⁶» ^⁰™¹^⁰¹¹ jeweils um eine Stufe wesentlichen aus einem Integrator 67 besteht, dessen RinezShi t ^dm einzelnen Signalzuständen des Eingangsspannung durch das Ansprechen zweier 6s der V" ^ u"^{1 3}^⁰' ^^{6 aus} ^^0- Diagrammskizze Grenzwertmelder 68 und «9 mit unterschiedlichen einzeh· · "fP^eht, die Umschaltimpulsfolge in Ansprechschwellen mittels zweier vorzugsweise als in serff ™_^r.^bezeicl™ete Periodm und diese jeweils elektronische Torschaltungen ausgebild-ter Schalter ΝηηΚίΧι "^¹H⁶¹¹⁶ Intervalle unterteilt werden. Die

«acöDtfdung ^der peno(3ischen Sinusfunktion erfolgt

11 12

mittels der Schalter S₁ bis S₄ durch Aneinander- bezeichneten Drehspannungssystems kann durch drei reihung der von den Sinusfunktionsgeneratoren 77 weitere Verstärker, welche jeweils zwei Phasenspan- und 78 ausgegebenen Teilfunktionen. Die Betätigung nungen des zuvor erwähnten Systems subtrahieren der einzelnen Schalter S₁ bis S₄ zwischen den einzel- und das Ergebnis mit dem Faktor 1 : V3 multiplizienen Umschaltzeitpunkten t₀ bis ί_β und damit auch der 5 ren ein um 90° elektrisch versetztes Drehspannungs-Aufbau des Codiergatters 81 ergibt sich aus folgen- system
der Wertetabelle, wobei mit + derjenige Zustand / 2π\ Ι 4π\

definiert ist, in welchem der entsprechende Schalter ^cos *> ^cos I * ~ "H ^{und cos} I <* H

durchlässig zu steuern ist. \ / \ /

ίο erhalten werden.

: F i g. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur kalibrier-

Si Si O₃ s_A ten und reproduzierten Verstellung der die einzelnen

Maschinenparameter bestimmenden veränderbaren

_t . Widerstände und Kondensatoren. Zwischen den

θ" bis 60° 4- ¹⁵ Klemmen 101 und 102 sind vier Widerstände in Reihe

angeordnet, deren Ohmwerte entsprechend dem

Ί—'·» Aiken-Code gewählt sind. Sämtliche Widerstände

60 bis 120° + 4- sind beidseitig mit Schleifern 106 und Kontaktbrük-

, ι ken 104 eines Codierschalters 103 verbunden. Dieser

j²20bisl80° + ^ao besteht aus vier Kontaktscheiben mit jeweils zehn

Kontakten, von denen jeweils entsprechend dem ge-

*β~U wählten Code eine bestimmte Anzahl durch die Kon-

180 bis 240 4- taktbrücken 104 leitend miteinander verbunden sind.

*₄—f₅ Bei Drehung einer gemeinsamen Welle 105 kommen

240 bis 300° 4 4 as die auf dieser befestigten Schleifer If6 nacheinandei

_{t t} mit den einzelnen Kontakten in Berührung. Die Dar-

300 bis 360° 4 stellung nach F i g. 6 macht deutlich, daß, ausgehend

von der Schaltstellung Null, bei zehn aufeinanderfolgenden Schaltschritten nacheinander zehn Wider-Die Ausgänge der Schalte^ bis S₄ werden einem 30 standswerte 0, R 2 R, 3 R, 4Ä ... 9 R einstellbar sind. Summierverstärker 84 zugeführt, an dessen Aus- Eine dekadische Einstelibarkeit für die zu veränderngangsklemmen somit eine Spannung der Form ü · sin α den Kapazitätswerte kann in analoger Weise erhalten erscheint, wobei werden. Für die Einstellmöglichkeit innerhalb mehrerer Dekaden wäre die in Fig. 6 dargestellte An- _Λ — ^fL. _t ^ _{ω t} 35 Ordnung entsprechend mehrfach vorzusehen.

T Die in F i g. 6 dargestellte dekadische Einstellbar

keit ist bezüglich ihrer übersichtlichen Kalibrierung

ist. In gleicher Weise werden für die beiden übrigen insbesondere auch dann von Vorteil, wenn gleich-Phasen jeweils um 120° gegeneinander versetzten zeitig, wie in Fig. 2b angedeutet, zwei Impedanzen Wechselspannungen gebildet, es ist hier nur erforder- 4° gleichzeitig definiert miteinander verstellt werdei Hch, in dem Codiergatter 81 eine entsprechende, je- sollen.

weils um zwei Umschaltzeitpunkte versetzt arbeitende Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Bei-

Ansteuerung für die den Summierverstärkern 85 und spiel der Simulation einer Synchronmaschine be-86 zugeordneten Schaltern vorzusehen, welche im schränkt, sie kann vielmehr zur Nachbildung belieübrigen ebenfalls mit den Funktionsgeneratoren 77 45 biger Drehfeldmaschinen benutzt werden, so z. B. bei und 78 bzw. den Umkehrverstärkern 79 und 80 ver- der Nachbildung einer Asynchronmaschine oder auch bunden werden können. Aus den drei an den Ver- einer Reluktanzmaschine. Für eine Simulation einei starkem 84 bis 86 auftretenden Phasenspannungen Asynchronmaschine wären lediglich die Kennwerte l_M des mit und l_hq, d. h. die Widerstände Λ,» (Fig. 2b) in jedei

50 der beiden Feldnachbildungen 1· und 19 gleich groß

sin α sin I« - — | und sin (* - — 1 einzustellen und an die Klemmen 1 und 2 (F i g. 1]

\ 3 / \ 3 / mit keiner Eingangsspannung zu beaufschlagen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

979

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Rechengerät zur Lösung der das Betriebsverhalten einer n-phasigen Drehfeldmaschine S bestimmenden Gleichungen unter Verwendung statischer Analogrechnerbausteine, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Ausgangsgrößen (i_R, i_s, i_T) von η ersten Netzwerken (38, 39, 40), jeweils begehend ^xo aus einem mit einem veränderbaren Widerstand (R_ra) und einem veränderbaren Kondensator (Q₀) gegengekoppelten Differenzverstärker (62), dessen Ausgangsspannung in einen einer äußeren Klemme (4, S, 6) zügeführten, eingeprägten Strom umgewandelt ist, wobei die an dieser äußeren Klemme anliegende Spannung subtraktiv auf den Eingang des Differenzverstärkers zurückwirkt, sind mit den einen Eingängen zweier Grup- ^ao pen von je η Multiplikatoren (7 bis 9 und 10 bis 12) verbunden, deren andere Eingänge mit den Ausgangsspannunger. eines «-phasigen Sinus-Cosinus-Gebers (13) verbunden und deren Ausgangsgrößen zwei ^a5 Summiergliedern (14,15) zugeführt sind;

b) die Ausgangsgrößen (i_ad, i_ag) der beiden Summierglieder beaufschlagen je ein zweites Netzwerk (18, 19), jeweils bestehend aus einem Differenzverstärker (44), dessen Ausgangssignal auf den Eingang über einen ohmschen veränderbaren Widerstand (R₁₁,) und über die Reihenschaltung eines ohmschen veränderbaren Widerstandes (Ä_;/) und eines veränderbaren Kondensators (C_rf) gegengekoppelt ist, wobei am Verbindungspunkt des Kondensators mit dem Widerstand ein Strom (i_f) eingeprägt ist, der einer an einer äußeren Klemme (1, 2) angelegten Spannung (U₁) proportional ist;

c) die Ausgangsgröße des einen und die Eingangsgröße des anderen zweiten Netzwerkes (18, 19) sind jeweils mit den Eingängen zweier Multiplikatoren (23, 24) verbunden, deren Ausgänge summiert werden und dem Eingang eines Integrators (26) zugeführt sind, dessen Ausgangsgröße (ω) mit dem Eingang (66) des Sinus-Cosinus-Gebers (13) verbunden ist;

d) die Ausgänge des Sinus-Cosinus-Gebers (13) sind zur Bildung «-phasiger Eingangsgrößen (e_R, e_s, e_T) für die « ersten Netzwerke (36, 39, 40) mit den einen Eingängen von

« Paaren von Multiplikatoren verbunden, deren andere Eingänge von Spannungen beaufschlagt sind (e_d bzw. e„), die sich jeweils zusammensetzen aus der differenzierten Ausgangsgröße des einen zweiten Netzwerkes (18, 19) und aus der mit der Ausgangsgröße des Integrators (26) multiplizierten Ausgangsgröße des jeweils anderen zweiten Netzwerkes (18,19).

2. Rechengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeprägte Strom (/,) gleichsinnig mit dem Kapazitätswert des Kondensators (C_rf) veränderbar ist.

3. Rechengerät nach Anspruch 1 oder 2 für

40 Maschinen mit Dämpferkreisen, gekennzeichnet durch eine weitere, den Ausgang des Differenzverstärkers (44) in gegenkoppelndem Sinne mit seinem Eingang verbindende Reihenschaltung aus einem veränderbaren Kondensator (C_rD) und einem veränderbaren Widerstand (R₁₀).

4. Rechengerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale jedes zweiten Netzwerkes (18, 19) quadriert und summiert einem Schwellwertglied zugeführt sind, dessen Ausgangssignal je einen im Rückführkreis jedes zweiten Netzwerkes (18, 19) angeordneten Multiplikator beaufschlagt (F i g. 3).

5. Rechengerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwellwertglied aus einem Verstärker bestent, dessen veränderbarer Eingangswiderstand über eine Schwellwertdiode mit einem veränderbaren, von einer konstanten Spannung gespeisten Spannungsteiler verbunden ist.

6. Rechengerät nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen mit Gleichspannung beaufschlagten Spannungs-Frequenzumsetzer, dessen Ausgang mit einem Sinus-Cosinus-Geber verbunden ist (F i g. 5).

7. Rechengerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungs-Frequenz· umsetzer ein Integrator vorgesehen ist, dessen Eingangsspannung periodisch mittels zweier Grenzwertmelder bei zwei verschiedenen Werten seiner Ausgangsspannung umgepolt wird.

8. Rechengerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Integrators unmittelbar und über einen Komplementärverstärker mit je einem den Wertebereich von 0 bis 60° nachbildenden Sinus-Funktionsgenerator verbunden ist, daß die Ausgänge der Sinusfunktionsgeneratoren unmittelbar und über Umkehrverstärker mit Schaltern (S₁ bis S₄) verbunden sind und ein impulsweise zu den Umschaltzeitpunkten der Integratoreingangsspannung angesteuerter Zähler vorgesehen ist, der über ein Codiergatter die Schalter zur Durchschaltung der Ausgangsspannungen der Funktionsgeneratoren bzw. der Umkehrverstärker auf den Eingang eines Suminierverstärkers betätigt.

9. Rechengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einprägung eines spannungsproportionalen Stromes ein als Konstantstromqueile beschalteter Differenzverstärker (63) mit einem unterteilten Mitkopplungswiderstand vorgesehen ist (F i g. 4 b).

10. Rechengerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Eingangswiderstand (R_s) des Differenzverstärkers (63) der Konstantsitromquelle mit seinem anderen Ende mit dem Eingang eines Umkehrverstärkers (65) verbunden ist, dessen anderer Eingang auf Bezugspotential Liegt und dessen Ausgangssignal dem beaufschlagten Differenzverstärker (62) des ersten Netzv/erkes zugeführt ist.

11. Rechengerät nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als veränderbare Widerstände bzw. Kondensatoren mindestens eine Anordnung aus vier hintereinandergeschalteten Widerständen bzw. vier parallelgeschalteten Kondensatoren verwendet ist, deren Widerstandshzw. Kapazitätswerte entsprechend einem Dezimal-Binär-Code, vorzugsweise dem Aiken-Code.

bemessen sind und die mittels eines Codierschalters stufenweise kurzschließbar bzw. anschaltbar sind (F i g. 6).

12. Rechengerät nach Anspruch 2 und 11, gekennzeichnet durch zwei von einem gemeinsamen Antrieb betätigbare Codierschalter zur gleichsinnigen Veränderung des Kapazitätswertes des Kondensators (C,/) und des Gegenkopplungswiderstandes eines dem Differenzverstärker (45) vorgeordneten Spannungsverstärkers (46).