DE1917567C3 - Rechengerät zur Lösung der das Betriebsverhalten einer n-phasigen Drehfeldmaschine bestimmenden Gleichungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rechengerät zur Lösung der das Betriebsverhalten einer n-phasigen Drehfeldmaschine bestimmenden Gleichungen unter Verwendung statischer Analogrechnerbausteine. Derartige Maschinennachbildungen, auch als Simulatoren bezeichnet, eignen sich für Untersuchungen bezüglich des Betriebsverhaltens von bereits vorhandenen oder noch zu konstruierenden Maschinen. Dabei sollte das Modell eine klare Analogie zu den physikalischen Vorgängen liefern, insbesondere alle zeitabhängigen Größen in ihrem echten zeitlichen Verlauf darstellen können. Ferner sollten die einzelnen Maschinendaten, 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 Aroeitens 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 don 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 und deren Ausgangsgrößen zwei Summiergliedem 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

ίο 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 Ein-

5= gangsklemmen 1 und 2 für den Anschluß einer äußeren Erregerspannung l/_M bzw. U_lq 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 bekannte Parksche Methode der Zerlegung der Ankerdurchflutungen in zwei mit dem Polrad mitrotierend angenommener Komponenten benutzt. Im folgenden soll ein Index d jeweils für eine auf die Längsachse des Polrades bezogene Größe gelten und ein Index q für eine auf die Querachse (Pollückenachse) des Polrades bezogene Größe.

Ausgehend von den Ankerkreisnachbildungen 38, und 40, werden drei den Phasenströmen entspre-

5 6

chende Wechselspannungen i_R, i_s und i_T an die einen /„ (Ankerstreuinduktivität) werden die Ständerklem-Eingänge je einer Gruppe von drei Multiplikatoren 7 menspannungen u_T, u_s und u_R und die Ständerströme bis 9 und 10 bis 12 angeschlossen; die anderen Ein- /_Ä, 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 — i„ · /_ft. 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„, einer dem und Querrichtung des Polrades erzeugt, indem die Strom i, in der Felderregerwicklung 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 sowohl der Dämp-10 bis 12 einem zweiten Summierglied 15 zugeführt 15 ferstrom als auch der Erregerstrom von der Ähdesind. Mit i_ai ist eine Gleichspannung bezeichnet, rungsgeschwindigkeit des Flusses Φ rückwirkend bewelche der Projektion der Ankerdurchflutungen auf einflußt werden. Mit r, ist dei ohmsche Wicklungsdie Längsachse des Polrades entspricht und mit i_a„ widerstand der Erregerwicklung, mit I, deren Streueine Gleichspannung, welche der Projektion der induktivität bezeichnet, dasselbe gilt für die der Ankerdurchflutungen auf die Querachse des Poh ades ao Dämpferwicklung zugeordneten Elemente r_D und Z_n. 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- tronische Schaltung umzusetzen. Es wurden dann richtung (Φα und Φ_β), wobei ein Funktionsgenerator aber im Signallaufweg in der Regel mehrere Ver-

20 zur Berücksichtigung des Sättigungseinflusses vor- as 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_M den dies nicht der Fall. Einem Summierverstärker 43 ohmschen Widerstand und /_M die Streuinduktivität — entsprechend dem Summierglied 14 oder 15 in der Erregerwicklung in der Polradlängsachse, r_m den 30 F i g. 1 — werden an drei Eingängen die Ausgangsohmschen Widerstand und l_Dd die Streuinduktivität signale dreier mit den Phasenströmen i_R, 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_ά und Φ, sowie den weiteren Verstärkers 44 verbunden, dessen Ausgang Durchflutungskomponenten/_Olf und i_a(l bzw. den ihnen auf seinem Eingang einmal mittels eines veränderentsprechenden Spannungen wird mittels der beiden 40 baren Kondensators C_rD und eines veränderbaren Multiplikatoren 23 und 24 das elektrische Maschi- ohmschen Widerstandes R₁₀ und schließlich über eine nenmoment nachgebildet und in einem Summierglied weitere Reihenschaltung eines veränderbaren Kon-25 mit dem in Form einer Gleichspannung m ein- densators C,, sowie eines veränderbaren Widerstangegebenen mechanischen Antriebsmoment verglichen. des R₁₁ gegengekoppelt ist. Am Verbindungspunkt Der Momentenunterschied Δ m wirkt auf einen die 45 zwischen dem Kondensator C_rf und R₁₁ 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- u, würde der Erregerspannung entsprechen. Der 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 Spannun- dem Bezugspotential liegenden Widerständen R₁ und gen e_d und e„ bilden, während deren transformato- 55 R₆ und seinen Rückkopplungswiderständen R₂ bzw. rischer Anteil mittels der beiden ebenfalls an die R₄ + R₈ die Beziehung gilt:
Ausgangsklemmen 22 und 21 der Feldnachbildungen

19 und 18 angeschlossenen Differenzierglieder 218 ge- K₁(R₃ + R₄) = R₅-R₂.
bildet und Summiergliedem 30 und 31 zugeführt ist.

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

Querachse induzierten Spannungen e_d und e_g in die die beiden Teilwiderstände R₃ und R₄ 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 /,.

außerdem noch mit den Ausgängen des Sinus-Co- Am Beispiel des aus den Elementen R_u und C_Tl

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

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

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

Kennwerten r_a (ohmscher Ankerkreiswiderstand) und Fig. 2a analog ist. Für den die Elemente r, und I₁

7 8

enthaltenden Rückkopplungspfad des Strukturbildes ten Φ_ύ und Φ_ν zusammensetzenden Flußvektor gebünach Fig. 2a gilt die Differentialgleichung det wird. Der Ausgang des Summierverstarkers 45

_ηφ 4. „ _ ; (r + r>n m ^{wirkt über ein} Schwellwertgüed uuf die beiden mit 51

_μ τ- u, - i_fVlT μι,j, κι) _{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 Feldnachbildung nach Fi g. 2b gilt ist und in dessem Eingangskreis eine vorgespannte

Schwcllwertdiode 59 angeordnet ist, deren Kathode

Φ = _.... / (/„ —i,)di + i„'Rii ^{l0 an} einem zwischen einer positiven Spannung P und

C)/ J ' einer negativen Spannung N liegenden Spannungs

teiler angeschlossen ist. Ein Widerstand 60 dieses

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

Veränderung der Durchlaßschwelle möglich ist. Die

όΦ + ii/C , = / (--- + D Ru ι (2) ¹S Ausgänge der Feldnachbildungen liegen an den Ein- \Crf I gangen 51 und 52 der Multiplikatoren 55 und 56,

deren Ausgänge a.if die Eingänge 50 d und SOq der

Die Übereinstimmung der Differentialgleichungen beiden Feldnachbildungsverstärker in gegenkoppeln-(1) und (2) ergibt sich sofort bei Gleichsetzung fol- dem Sinne wirken.

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

folgende: Bis zu einem bestimmten Wert des resullic-

_r = _L- und / = R₁., renden Gesamtflusses wird die Ansprechschwelle der

Cr/ ' Diode 59 durch die Ausgangsspannung des Verstär

kers 55 nicht überschritten. An den mit 51 und 52

sowie unter Berücksichtigung dessen, daß, wie an- as bezeichneten Eingängen der Multiplikatoren 56 und gedeutet, der die Verstärkung des Verstärkers 46 5S 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_rl 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 quabildenden Gegenkopplungspfad, bestehend aus dem dratische Veränderung des Gegcnkopplungsgrade* Widerstand R₁₀ und C_rD nachweisen, wobei der der 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- SS und 56 statt. Damit lassen sich die tatsächlichen spricht und der Wert ihrer Streuinduktivität I₀ dem 35 Magneüsierungskcnnlinien nachbilden, wobei durch Wert R_iD. Mit dem Widerstand R₁₁, der elektronischen Veränderung des Widerstandes 60 der Eüuatzpunki Schaltung nasäi Fig. 2b, dessen Wert dem der der Sättigung und durch Veränderung des Wider-Haupündulaivjiat /_A der Feldwicklung entspricht, ist stands 58 die Krümmung der Magnetisierungskurv« damit eau ©»ante« Analogon des Stmkturbildes nach gesättigten Bereich weitgehend freizugig und hinrei-Fi g. 2» gest&afieti, welches den Vorteil besitzt, daß 40 chend naturgetreu festgelegt werden kann. Wesentlich ledigjicb «äs eewouäger Verstärker zur Feldnachbildung ist, daß bei der Berücksichtigung der Sättigung stett im %aaäjauf\w£g des Flusses Φ erforderlich ist and von der vektoriellen Summe aas den beiden Flußsämtlicke Parameter von Erreger- und Dämpfer- komponenten Φ_α und Φ_β ausgegangen wird. iiä üafebängig voneinander durch je ein ge- Fig.4a zeigt das elektrische Ersatzschaltbild dei

Bmetemeai einstellbar sind. An eine 45 Ankers einer Synchroase bei generatorUchem ßtet lEiitgiaagskleinnMi S%d bzw. 5·«? für die Quer- Betrieb. Der Ankerkreie wird beaufschlagt von dei acäjse W₁KiI saoe den SättigungseinfiuB nach- induzierten Spannung E, welche den Strom / über den bJMendeZwä^tttcsaspcisung vorgesehen. Wickhuigswiderstand und den Streubündwidmtand

Mit däsr «a FSg. 2b dargestellten Fadnachbikhmg *-« treibe Ao dea Ausgangsklemmen der Maschin* kam Ävi &8$»ώε Wdse auch der Betriebsfali reali- 50 tiitt die Spamumg U auf- Der Strom/ ergibt jSk* auj daß trotz einer Vergrößerung des Grund der Spannungsdutcrenz zwischen E und D fciÄandes r„ ms einer Venniaderung der unter Berücksichtigung des komplexen Widerstandes 4es KoodeäsatorsC^ entsprecfaen wütde, des Ankerkreises zu iie Erregerstrom beibehalten wind. iOcsra F-V I L.\

sm die mit 48 und 49 bezeichneten Schalt- 55 ±——=/(l 4- p-=^A. (3)

O η ihre, gestrichelt angedeutet, senkrechte JU \ R* J

zu bringen, so daß der Verstärker 46 sra-

&goiist Fig. 4b zogt eiac etektrootfche SchaUittng js»

Fi£.3 zeigtdieNachbfldnngdesSätti{{ungsflusses Nachbadong des betspsefeweise der Ständeiph««e^ for beide Achsen. Für gleiche oder gkächwirieade &> zageonlaieten Ankerkreises, Sk. besteht aus einee Sememe sind du Bezogszekhen ans den TOfher- Diffeenzwastärker fZ, weither mittels <άηβ» «er gehenden Figuren vba nuuaen wordenu U^ den anderfarco ohn»diea dM_f0 wid a Fi der Langs- «ad Qnezadae en(wehd &eaempiaaSlaai^oi!^eUuKeBaeosai^s*ttS

d Φ d bid

FiSssen der Langs «ad Q ( p^

Attsgrcraunangea«, ad Φ« der beiden Fdd- b-rer Kapazität C_1-1 eegmgefceppelit ist Ok nachfoiidifflgen It und 15 wsden fevtib m emer *s Eingangwradeetände sied tut R₉ btzekbmL MHfaiini ^s* aod 54 quadriert uad in FJagangdaeis des VccilSftosiZ wäßl <ße V&

i dlß d B idddf^fi dktS

uHtffainrinnfifit,q gg

eineni Sonnwerventäik£r55 addiert, so dlaß das Be- zwisdieadermiderf^asefi tsdszkiteaSpanem^ am den beiden Fh^kceapoacß- oad der 13 SS Zfedb

den beiden erwähnten Eingangsspannungen und der Ausgangsspannung A des Verstärkers 62 an der Klemme 61 besteht mit der angegebenen Verstiirkerbeschaltung folgender Zusammenhang

Rra(e_R - U_R)-=A-R₀(I +pR_n-C₁.). (4)
Legt man folgende Zuordnung fest

R_r

— und C₁,

Λα

L_a,

10

dann besteht zwischen der Spannung Λ an der Klemme 61 und der Differenz zwischen der Eingangsspannung e_R und der Spannung U_R bei der elektroni- sehen Nachbildung nach Fig. 4b genau der gleiche Zusammenhang wie bei der im Ankerkreis abfallenden Spannung und dem Ankerstrom /, wie ein entsprechender Vergleich der Gleichungen (3) und (4) zeigt. Die dem Ankerstrom entsprechende Ausgangs- ao spannung A wird nun mittels eines als variable Stromquelle beschalteten Verstärkers 63 in einen ihr proportionalen, der Ausgangskiemme 6 eingeprägten Strcm umgewandelt. Der dem mit + bezeichneten Verstärkereingang zugeordnete Rückkopplungswider- »5 stand ist wiederum in die Einzelwiderstände R₃ und A₄ unterteilt; für den Strom i_R gilt

_A_

R₃

30

unabhängig von der Größe der an die Ausgangsklemme 6 angeschlossenen Belastung, welche, wie angedeutet, entweder in einer Impedanz Z oder aber in einer Wechselspannungsquelle 64 bestehen kann. Die an der Klemme 6 auftretende Klemmenspannung u_R wird über einen Umkehrverstärker 65 invertiert und auf den Eingang des Verstärkers 62 gegeben. Soll der Umkehrverstärker 65 die Verstärkung 1 aufweisen, dann ist die Summe seiner Eingangswiderstände R₆ + K₄ gleich dem Wert seines Gegenkopplungswiderstandes R₉. Für den Fall, daß an der Klemme 4 keine Belastung bzw. keine Spannungsquelle angeschlossen ist, würde die Ausgangsspannung des Verstärkers 63 so lange ansteigen, bis U_R gleich e_R ist. Die Ausgangsspannung A an der Klemme 61 wäre in diesem Fall Null, wie ja auch der Ankerstrom einer Synchronmaschine bei offener Ständerwicklung zu Null wird. An der Schaltung nach Fi g. 4 b ist bemerkenswert, daß bei ihr im Gegensatz zu üblichen Analogrechnerschaltungen absichtlich die Möglichkeit der Rückwirkung von der Ausgangsklemme 6 auf die Ausgangsspannung A an der Klemme 61 vorgesehen ist, womit es möglich wird, jeden beliebigen Belastungsfall der Synchronmaschine nachzubilden.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den in Fig. 1 mit 13 bezeichneten Funktionsgenerator zur Bildung von zwei dreiphasigen, gegeneinander um 90° elektrisch versetzten Wechselspannungssystemen, deren Frequenz jeweils der Größe seiner Eingangsspannung proportional ist Der Funktionsgeber 13 enthält einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer, der im wesentlichen aus einem Integrator 67 besteht, dessen Eingangsspannung durch das Ansprechen zweier Grenzwertmelder 68 und 69 mit unterschiedlichen Ansprechschwellen mittels zweier vorzugsweise als rfih Torschaltungen ausgebildeter Schalter 70 und 71 umgepolt wird. Zur Erklärung der Wirkungsweise dieses Spannungsfrequenzumsetzers sei zunächst angenommen, daß an der Eingangsklemme 66 eine positive konstante Spannung ω anliegt, das Ausgangsisgnal des Inteyatcrs 67 ab dem betrachteten Zeitpunkt der Wert Null aufweist und der Schalter 71 geschlossen ist. Der Integrator 67 erhält dann ein negatives Eingangssignal, worauf sein Ausgangssignal zeitlinear in positiver Richtung anzusteigen beginnt, bis die mit H bezeichnete Ansprechschwelle des Grenzwertmelders 69 erreicht ist. Das dann an seinem Ausgang erscheinende Signal bringt die mit

72 bezeichnete Kippstufe in eine derartige Lage, daß an ihrem Ausgang ein den Schalter 70 durchlässig steuerndes Signal erscheint und setzt andererseits die bistabile Kippstufe 73 zurück, so daß das zuvor den Schalter 71 durchlässig steuernde Ausgangssignal dieser Kippstufe verschwindet. Es ist nunmehr also der Schalter 70 geschlossen und der Schalter 71 geöffnet. Das Eingangssignal des Integrators 67 hat sich demzufolge umgepolt, sein Ausgangssignal wird also nunmehr ausgehend vom Maximalwert// zeitlinear gegen Null absinken, worauf der Grenzwertmelder 68 anspricht und über die Kippstufen 73 und 72 eine erneute Umpolung der Integratoreingangsspannung bewirkt. Bei gleichbleibendem Eingangssignal an der Klemme 66 setzt sich dieses Spiel periodisch fort; an der mit 74 bezeichneten Ausgangsklemme des Integrators 67 ergibt sich der in der F i g. 5 enthaltenen Diagrammskizze mit t/₇₄ dargestellte Verlauf.

Das Ausgangssignal des Integrators 67 beaufschlagt weiterhin einen Komplementärverstärker 75, der eine zusätzliche Einspeisung an seinen positiven Eingang erhält und so beschaltet ist, daß die Summe der an seiner Ausgangsklemme 76 und die an der Klemme 74 auftretenden Spannung zu jedem Zeitpunkt konstant ist. Wird wie im dargestellten Beispiel diese zusätzliche Einspeisung von einer Spannung abgeleitet, welche gleich dem Schwellwert H des Grenzwertmelders 69 ist, dann sind sämtliche Beschaltungswiderstände des Verstärkers 75 von gleicher Größe. Für den Verlauf der Ausgangsspannung an der Klemme 76 ergibt sich der in der Diagrammskizze gestrichelt mit U₇₆ angedeutete Verlauf.

Die Ausgänge des Integrators 67 sowie des Komplementärverstärkers 75 beaufschlagen jeweils einen Funktionsgenerator 77 bzw. 78, welche die Sinus-Funktion über einen Wertebereich von 0 bis 60° abbilden. Es besteht also zwischen deren Ausgangsgrößen Λ und den Eingangsgrößen £ die Beziehung A = sin E. Die Ausgangsspannungen der Funktionsgeneratoren 77 und 78 werden jeweils direkt und über Umkehrverstärker 79 bzw. 80 ^u Schaltern S₁ bis S₄ geführt, welche wiederum vorzugsweise als elektronische Torschaltungen ausgebildet sind. Die Schalter werden von einem Codiergatter 81 betätigt welches seinerseits an die Ausgänge eines sechsstufigen Ringzählers 82 angeschlossen ist. Der Ringzählei 82 erhält bei jedem Umschaltzeitpunkt /₀, t_v t₂ ..'. t, von den Ausgängen der bistabilen Kippstuf en 72 und

73 über das Odergatter 83 einen Impuls, welche! zyklisch seine Information jeweils um eine Stuft weiterschiebt Mit den einzelnen Signalzuständen de: Ringzähler kann also, wie aus der Diagrammskizzc der Fig. 5 hervorgeht, die Umschaltnnpulsfolge ii einzelne mit T bezeichnete Perioden und diese jeweil! in sechs definierte Intervalle unterteilt werden. Di< Nachbildung der periodischen Sinusfunktion erfolg

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 : ]/3 multiplizie-

nen Umschaltzeitpunkten I₀ bis f_e 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 \ / 4π \

definiert ist, in welchem der entsprechende Schalter ^cos «· «* I^α ~ ~H ^{und cos} I^α ~ -J-)
durchlässig zu steuern ist,

ίο erhalten werden.

F i g. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur kalibrier-

Si .V₂ Sj s, ten und reproduzierten Verstellung der die einzelnen

Maschinenparameter bestimmenden veränderbaren

, , Widerstände und Kondensatoren. Zwischen den

o'bis'öO⁰ + ^I5 K'^cmmcn l·¹ «nd *·^{2 smd} vier Widerstände in Reihe

angeordnet, deren Ohmwerte entsprechend dem

't—'s Aiken-Code gewählt sind. Sämtliche Widerstände

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

_(t — _t ken 104 eines Codierschalters 103 verbunden. Diesel

120 bis 180° + ^ao besteht aus vier Kontaktscheiben mit jeweils zehn

Kontakten, von denen jeweils entsprechend dem ge-

wirnv οάηο ι wählten Code eine bestimmte Anzahl durch die Kon-

l »u bis ZW + taktbrücken 1#4 leitend miteinander verbunden sind.

r₄—/₅ Bei Drehung einer gemeinsamen Welle 105 kommen

240 bis 300° -f -f- as die auf dieser befestigten Schleifer 106 nacheinander

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

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

von der Schaltstellung Null, bei zehn aufeinanderfolgenden Schaltschritten nacheinander zehn Wider-Die Ausgänge der Schalters, bis S₄ werden einem 30 standswerte 0, R 2 R, ZR, AR... 9 R einstellbar sind. Summierverstärker 84 zugeführt, an dessen Aus- Eine dekadische Einstellbarkeit für die zu veränderngangsklemn . η somit eine Spannung der Form «sin« den Kapazitätswerte kann in analoger Weise erhalten erscheint, wobei werden. Für die Einstellmöglichkeit innerhalb mehrerer Dekaden wäre die in Fig. 6 dargestellte An-_α _ ZiL ■ t ~~ cot 35 Ordnung entsprechend mehrfach vorzusehen.

T Die in F i g. 6 dargestellte dekadische Einsiellbar-

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- 40 gleichzeitig definiert miteinander verstellt werden lieh, 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 8© ver- der Nachbildung einer Asynchronmaschine oder auch bunden werden können. Aus den drei an den Ver- einer Reluktanzmaschine. Für eine Simulation einer stärkern 84 bis 86 auftretenden Phasenspannungen Asynchronmaschine wären lediglich die Kennwerte l_ha des mit und /_Av, d. h. die WiderständeR_n (Fig. 2b) in jeder

50 der beiden Feldnachbildungen 18 und 19 gleich groß

sin α sin (<x - — | und sin (« - — ] einzustellen und an die Klemmen 1 und 2 (F i g. 1)

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

Hierzu S Blatt Zeichnungen

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_Ä, i_s, i_T) von π ersten Netzwerken (38, 39, 40), jeweils bestehend aus einem mit einem veränderbaren Widerstand (Ä_r?) und einem veränderbaren Kondensator (Cj₁₁) 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- ^so pen von je η Multiplikatoren (7 bis 9 und 10 bis 12) verbunden, deren andere Eingänge mit den Ausgangsspannungen eines n-phasigen Sinus-Cosinus-Gebers (13) verbunden und deren Ausgangsgrößen zwei ^a5 Summiergliedern (14,15) zugeführt sind;

b) die Ausgangsgrößen (i_e„, J₀,) 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 (Ä_Ift) und über die Reihenschaltung eines ohmschen veränderbaren Widerstandes (,Ru) und eines veränderbaren Kondensators (C_r/) gegengekoppelt ist, wobei am Verbindungspunkt des Kondensators mit dem Widerstand ein Strom (i_t) eingeprägt ist, der einer an einer äußeren Klemme (1, 2) angelegten Spannung (t/,) 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-Uebers (ii) ~" sind zur Bildung n-phasigcr Eingangsgrößen (e_Ä, e_s, e_T) für die η ersten Netzwerke (38, 39, 40) mit den einen Eingängen von

η 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 (i_f) gleichsinnig mit dem Kapazitätswert des Kondensators (C,,) veränderbar ist.

3. Rechengerät nach Anspruch 1 oder 2 für

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_r0) und einem veränderbaren Widerstand (ä₍d).

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 besteht, dessen veränderbarer Eingangswiderstand über eine Schwellwertdiode mit einem veränderbaren, von einer konstanten Spannung gesoeisten 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-Frequenzumsetzer 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 einss Summierverstärkers betätigt.

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

10. Rechengerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Eingangswiderstand (R₅) des Differenzverstärkers (63) der Konstantstromquelle 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 Netzwerkes 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 Widerstandsbzw. Kapazitätswerte entsprechend einem Dezimal-Binär-Code, vorzugsweise dem Aiken-Code

bemessen sind und die mittels eraes Codierschalters stufenweise kurzschließbar bzw. anschaltbar sind (Fig. 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_r/) und des Gegenkopplungswiderstandes eines dem Differenzverstärker (45) vorgeordneten Spannungsverstärkers (46).