УСТРОЙСТВО ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ ПЕРЕХОДНОГО ОТКЛОНЕНИЯ ЧАСТОТЫ Российский патент 2023 года по МПК G01R31/00 H02P9/00 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к средствам функциональной диагностики электроагрегатов (ЭА) с двигателями внутреннего сгорания, и может быть использовано в составе систем диагностирования технического состояния передвижных электрических станций для оценки переходного отклонения частоты при набросе нагрузки.

Известны методы оценки показателей качества электрической энергии по частоте, включая переходное отклонение частоты при набросе нагрузки посредством стендовых испытаний /1, 2/.

Недостатком этих методов состоит в наличии человеческого фактора, низкой степени автоматизации и потребности нагрузочных устройств для их проведения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для контроля генераторов при изменении нагрузки, включающее в себя пусковой орган, диод, ограничитель-формирователь, генератор импульсов стабильной частоты, первый и второй логические элементы И, логический элемент НЕ, счетчик импульсов, элемент задержки, первый и второй RS-триггеры, первый и второй блоки компараторов, логический элемент ИЛИ, блок индикации, кнопку «Сброс», ждущий мультивибратор, дифференциатор, причем блоки компараторов, содержат два числовых компаратора и задатчик.

Недостатком этого устройства состоит в наличии человеческого фактора, низкой степени автоматизации, необходимости вывода ЭА из работы и потребности в нагрузочных устройствах для проведения стендовых испытаний.

Цель изобретения - повышении оперативности оценки.

Цель изобретения достигается тем, что устройство допускового контроля переходного отклонения частоты, содержащее первый и второй числовые компараторы к разрядам второго входа которых подключены соответствующие разряды выходов соответственно первого и второго задающих регистров, шину ПУСК, связанную со сбросовыми входами второго и первого RS-триггера, прямой выход которого соединен с входом индикатора, пусковой орган, подключенный к зажимам генератора, к выходу которого через диод подключен вход ограничителя-формирователя, выход которого соединен со вторым входом первого логического элемента И, связанного первым входом с выходом генератора импульсов стабильной частоты, а выходом - со счетным входом счетчика импульсов, кроме того выход ограничителя-формирователя связан со входом инвертора соединенного выходом с входом формирователя коротких импульсов, выход которого подключен к входу первого элемента задержки и первому входу второго логического элемента И отличающееся тем, что с целью повышения оперативности оценки снабжено первым, вторым и третьим регистрами памяти, первым и вторым вычитате-лями, датчиком трехфазной активной мощности с цифровым выходом, блоком памяти, вторым элементом задержки и вторым формирователем коротких импульсов, делителем импульсов, электронным ключом, вторым логическим элементом ИЛИ, третьим логическим элементом И и третьим числовым компаратором, выход БОЛЬШЕ которого связан со вторым входом второго логического элемента И, выход МЕНЬШЕ - со вторым входом третьего логического элемента И, выход которого подключен к единичному входу первого RS-триггера, первый вход - к выходу первого формирователя коротких импульсов, третий вход - к выходу БОЛЬШЕ второго числового компаратора, а четвертый вход - к единичному входу второго RS-триггера и выходу РАВНО первого числового компаратора, разряды первого входа которого подключены к соответствующим разрядам выхода первого вычитателя, разряды второго входа которого связаны с соответствующими разрядами выхода третьего регистра памяти, а соответствующие разряды первого входа - с соответствующими разрядами входа третьего регистра памяти, входа адреса блока памяти и выхода второго регистра памяти, разряды входа которого соединены с соответствующими разрядами выхода датчика трехфазной активной мощности с цифровым выходом включенного последовательно в цепь генератора, а вход записи подключен к выходу второго элемента задержки, вход которого связан с выходом делителя импульсов, соединенного входом с выходом генератора импульсов стабильной частоты, и входом записи третьего регистра памяти, сбросовый вход которого связан с шиной ПУСК, сбросовым входом первого и второго регистра памяти и первым входом второго логического элемента ИЛИ, связанного вторым входом с выходом первого элемента задержки, а выходом - со сбросовым входом счетчика импульсов, разряды выхода которого связаны с соответствующими разрядами входа первого регистра памяти, с - соответствующими разрядами второго входа третьего числового компаратора и соответствующими разрядами выхода электронного ключа, подключенного разрядами входа к шине высокого уровня, а управляющим входом - к выходу второго формирователя коротких импульсов, вход которого соединен прямым выходом второго RS-триггера и третьим входом первого логического элемента И, кроме того выход второго формирователя коротких импульсов подключен к второму входу первого логического элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу второго логического элемента И, а выход - к входу записи первого регистра памяти, разряды выхода которого связаны с соответствующими разрядами первого входа третьего числового компаратора и разрядами первого входа второго вычитателя, разряды выхода которого подключены к соответствующим разрядам первого входа второго числового компаратора, а разряды второго входа - к соответствующим разрядам выхода блока памяти.

Третий и второй регистры памяти, датчик трехфазной активной мощности с цифровым выходом, делитель импульсов, первый компаратор и первый задающий регистр, второй элемент задержки и связи обеспечивают контроль изменения нагрузки и устанавливают факт наброса заданной ступени нагрузки. Счетчик импульсов, первый регистр памяти, первый и второй логические элементы ИЛИ, второй RS-триггер, второй формирователь коротких импульсов, электронный ключ и третий числовой компаратор и их связи обеспечивают измерение минимальной частоты при переходном процессе. Второй вычитатель и его связи вычисляет переходное отклонение частоты при набросе заданной нагрузки. Второй числовой компаратор, второй задающий регистр, третий логический элемент И и их связи обеспечивают фиксацию факта выхода переходного отклонения частоты за пределы зоны допустимых значений.

На фиг. 1 представлена схема устройства допускового контроля переходного отклонения частоты, на фиг. 2 - зависимость частоты f_эi от нагрузки P_i генератора (регуляторная характеристика электроагрегата), на фиг. 3 -эпюры сигналов на основных элементах схемы при неблагоприятном исходе контроля, 4 - эпюры сигналов на основных элементах схемы при благоприятном исходе контроля.

Схема устройства (фиг. 1) содержит генератор 1, зажимы для подключения 2, пусковой орган 3, диод 4, ограничитель-формирователь 5, инвертор 6, формирователь коротких импульсов 7, первый 8 и второй 9 элементы задержки, первый 10, второй 11 и третий 12 логические элементы И, первый 13, второй 14 и третий 15 регистры памяти, первый 16 и второй 17 вычитатели, первый 18, второй 19 и третий 20 числовые компараторы, первый 21 и второй 22 задающие регистры, блок памяти 23, генератор 24 импульсов стабильной частоты, делитель 25 импульсов, счетчик импульсов 26, RS-триггер 27, индикатор 28, шину ПУСК 29, датчик 30 трехфазной активной мощности с цифровым выходом, первый 31 и второй 32 логические элементы ИЛИ, электронный ключ 33, второй формирователь 34 коротких импульсов и второй RS-триггер 35.

В ячейки блока 23 памяти занесены коды эталонной частоты f_ycт в зависимости от мощности P_i нагрузки генератора (фиг. 2) которые соответствуют выражению для относительной эталонной частоты f_эi,

f_ycт-f₀ - λS, o.e.,

где f₀ - относительная частота на холостом ходу генератора, о.е.

f₀=f^a₀ /f_ном,

f₀ - абсолютная частота на холостом ходу генератора, Гц;

f_ном - абсолютная номинальная частота генератора, Гц;

λ - относительная активная мощность нагрузки генератора, о.е.

λ= P_i / Р_ном.

P_i - текущая активная мощность нагрузки генератора, кВт;

Р_ном - номинальная активная мощность нагрузки генератора, кВт;

S - наклон (статизм) регуляторной характеристики электроагрегата;

Устройство работает следующим образом. В регистр 21 заносится код контролируемой ступени наброса нагрузки (стандартные величины 25%, 50% или 100% от номинальной мощности). В регистр 22 записывается код нормативной величины переходного отклонения частоты Х22 для принятой ступени наброса (зависит от класса точности регулятора частоты). Подается сигнал на шину ПУСК 29, которым обнуляются регистры памяти 13, 14, 15 и счетчик 26, а RS-триггеры 27 и 35 переводятся в состояние, когда сигнал на прямом выходе отсутствует.

Анализ изменения нагрузки осуществляется по коду мощности на выходе датчика 30. После появления сигнала на шине ПУСК 29 на выходах регистров памяти 14 и 15 присутствует нулевой код. При появлении первого импульса на выходе делителя 25 в регистр 15 переписывается нулевой код, а в регистр 14 с выдержкой времени, заданной элементом задержки 9, записывается код мощности с выхода датчика 30. При втором и последующих импульсах с выхода делителя 25 в регистр 15 происходит перезапись кода мощности в предыдущий момент времени с выхода регистра 14, а в регистр 14 записывается код мощности в текущий момент времени с выхода датчика 30. В результате на выходе регистра 15 постоянно присутствует код мощности в предыдущий момент времени, который подается на второй вход вычитателя 16, а на выходе регистра 14 постоянно устанавливается код мощности в последующий момент времени, который поступает на первый вход вычитателя 16. На выходе вычитателя 16 в течение всей работы электроагрегата присутствует код величины изменения мощности нагрузки, который поступает на первый вход компаратора 18.

Если в процессе работы электроагрегата величина изменения нагрузки соответствует контролируемой, то код на первом входе компаратора 18 совпадает с кодом на выходе задающего регистра 21, поданным на второй вход компаратора 18. При этом появляется сигнал на выходе РАВНО компаратора 18, который подготавливает логический элемент 12 по четвертому входу и запускается контроль частоты. При этом RS-триггер 35 переводится в единичное состояние сигналом с выхода компаратора 18. Сигналом с прямого выхода RS-триггера 35 логический элемент И 10 подготавливается по третьему входу. Одновременно по фронту сигнала с прямого выхода RS-триггера 35 формирователь коротких импульсов 34 выдает импульс, кратковременно открывающий электронный ключ 33, с выхода которого в регистр памяти 13 записывается единичный код импульсом проходящим через логический элемент ИЛИ 31.

С пускового органа 3 через диод 4 на вход ограничителя-формирователя 5 подается положительная полуволна напряжения генератора 1, и на выходе ограничителя-формирователя 5 появляется импульс, длительность которого равна полупериоду напряжения генератора 1. Этот импульс подготавливает элемент И 10 по второму входу. На счетный вход счетчика 26 через первый вход элемента И 10 начинают поступать импульсы с выхода генератора импульсов 24. На выходе счетчика 26 формируется код частоты генератора 1. Этот код, поступающий на второй вход компаратора 20, меньше единичного кода поданного на первый вход компаратора 20, поэтому появляется сигнал на выходе БОЛЬШЕ компаратора 20, подготавливающий логический элемент И 11 по второму входу.

С приходом отрицательной полуволны напряжения генератора 1, сигнал на выходе ограничителя-формирователя 5 исчезает, а на выходе инвертора 6 появляется. По фронту этого сигнала формирователь 7 коротких импульсов выдает импульс, проходящий через логические элементы И 11 и ИЛИ 31 на вход записи регистра памяти 13, в который производится запись кода частоты с выхода счетчика 26. Затем счетчик 26 обнуляется импульсом, поступающим с выхода элемента задержки 8, через логический элемент ИЛИ 32 на сбросовый вход, подготавливая счетчик 26 к очередному измерению частоты. При набросе нагрузки в начальный период частота снижается (фиг. 3 и 4). Поэтому очередной код частоты на выходе счетчика 26 оказывается меньше предыдущего кода, записанного в регистр памяти 13. Эти коды сравниваются компаратором 20, и на его выходе БОЛЬШЕ вновь появляется сигнал, разрешающий перезапись в регистр памяти 13 нового меньшего значения частоты с выхода счетчика 26. Процесс перезаписи кода частоты в регистр 13 происходит до момента записи кода минимальной частоты f_мин (фиг. 3 и 4), после чего частота начинает увеличиваться и сформированные коды частот на выходе счетчика 26 оказываются больше кода записанного в регистр 13. Появляется сигнал на выходе МЕНЬШЕ компаратора 20, который подготавливает логический элемент И 12 по второму входу.

Код мощности с выхода регистра памяти 14 подается на вход адреса блока 23 памяти и на его выходе появляется код Х23 установившейся частоты f _уст (фиг. 3 и 4) для данной нагрузки генератора 1, который поступает на второй вход вычитателя 17. На первый вход вычитателя 17 подан код XI3 минимальной частоты f_мин (фиг. 3 и 4) с выхода регистра 13. На выходе вычитателя 17 появляется код X17 переходного отклонения частоты для заданной ступени нагрузки δf_пер=f_ycm-f_мин. С выхода вычитателя 17 код X17 поступает на первый вход компаратора 19, на втором входе которого присутствует код Х22 допустимого переходного отклонения частоты для заданной ступени нагрузки, поступающий с выхода задающего регистра 22.

Если переходное отклонение частоты превышает допустимую величину (фиг. 3), то появляется сигнал на выходе БОЛЬШЕ компаратора 19, который подготавливает логический элемент И 12 по третьему входу. При появлении отрицательной полуволны напряжения генератора 1, когда возникает импульс на выходе формирователя коротких импульсов 7, через логический элемент И 12 проходит импульс на единичный вход RS-триггера 27. Появляется сигнал на прямом выходе RS-триггера 27, который включает индикатор 28, указывающий на необходимость подрегулировки регулятора частоты.

Если переходное отклонение частоты не превышает допустимую величину (фиг. 4), то сигнал на выходе БОЛЬШЕ компаратора 19 не появляется, поддерживая запрет на открытие логического элемента И 12 и включение индикатора 28.

Таким образом, устройство позволяет в процессе работы электроагрегата оценивать переходное отклонение частоты при набросе фиксированной ступени нагрузки без проведения стендовых испытаний.

Источники информации

1. Сугаков В.Г., Хватов О.С. Основы автоматического регулирования выходных электрических параметров автономных источников электрической энергии. Часть 1. Автоматическое регулирование частоты автономных источников электрической энергии: Учебное пособие. Кстово, НВВИКУ, 2008.

2. Сугаков В. Г., Хватов О.С. Системы автоматического регулирования параметров судовых электростанций. Часть 1. Автоматическое регулирование частоты судовых источников электрической энергии. Учебное пособие для студентов (курсантов) специальности 180404. Н. Новгород, Издательство ФГОУ «ВГАВТ», 2010.

3. Авторское свидетельство СССР №323962, кл. G01R 23/00, 1991.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к средствам функциональной диагностики электроагрегатов с двигателями внутреннего сгорания, и может быть использовано в составе систем диагностирования технического состояния передвижных электрических станций для оценки переходного отклонения частоты при набросе нагрузки. Технический результат - повышение оперативности оценки. Для этого предложено устройство допускового контроля переходного отклонения частоты, которое содержит генератор 1, зажимы для подключения 2, пусковой орган 3, диод 4, ограничитель-формирователь 5, инвертор 6, формирователь коротких импульсов 7, первый 8 и второй 9 элементы задержки, первый 10, второй 11 и третий 12 логические элементы И, первый 13, второй 14 и третий 15 регистры памяти, первый 16 и второй 17 вычитатели, первый 18, второй 19 и третий 20 числовые компараторы, первый 21 и второй 22 задающие регистры, блок памяти 23, генератор 24 импульсов стабильной частоты, делитель 25 импульсов, счетчик импульсов 26, RS-триггер 27, индикатор 28, шину ПУСК 29, датчик 30 трехфазной активной мощности с цифровым выходом, первый 31 и второй 32 логические элементы ИЛИ, электронный ключ 33, второй формирователь 34 коротких импульсов и второй RS-триггер 35. 4 ил.

Устройство допускового контроля переходного отклонения частоты, содержащее первый и второй числовые компараторы, к разрядам второго входа которых подключены соответствующие разряды выходов соответственно первого и второго задающих регистров, шину ПУСК, связанную со сбросовыми входами второго и первого RS-триггера, прямой выход которого соединен с входом индикатора, пусковой орган, подключенный к зажимам генератора, к выходу которого через диод подключен вход ограничителя-формирователя, выход которого соединен со вторым входом первого логического элемента И, связанного первым входом с выходом генератора импульсов стабильной частоты, а выходом - со счетным входом счетчика импульсов, кроме того выход ограничителя-формирователя связан со входом инвертора, соединенного выходом с входом формирователя коротких импульсов, выход которого подключен к входу первого элемента задержки и первому входу второго логического элемента И, отличающееся тем, что с целью повышения оперативности оценки снабжено первым, вторым и третьим регистрами памяти, первым и вторым вычитателями, датчиком трехфазной активной мощности с цифровым выходом, блоком памяти, вторым элементом задержки и вторым формирователем коротких импульсов, делителем импульсов, электронным ключом, вторым логическим элементом ИЛИ, третьим логическим элементом И и третьим числовым компаратором, выход БОЛЬШЕ которого связан со вторым входом второго логического элемента И, выход МЕНЬШЕ - со вторым входом третьего логического элемента И, выход которого подключен к единичному входу первого RS-триггера, первый вход - к выходу первого формирователя коротких импульсов, третий вход - к выходу БОЛЬШЕ второго числового компаратора, а четвертый вход - к единичному входу второго RS-триггера и выходу РАВНО первого числового компаратора, разряды первого входа которого подключены к соответствующим разрядам выхода первого вычитателя, разряды второго входа которого связаны с соответствующими разрядами выхода третьего регистра памяти, а соответствующие разряды первого входа - с соответствующими разрядами входа третьего регистра памяти, входа адреса блока памяти и выхода второго регистра памяти, разряды входа которого соединены с соответствующими разрядами выхода датчика трехфазной активной мощности с цифровым выходом включенного последовательно в цепь генератора, а вход записи подключен к выходу второго элемента задержки, вход которого связан с выходом делителя импульсов, соединенного входом с выходом генератора импульсов стабильной частоты, и входом записи третьего регистра памяти, сбросовый вход которого связан с шиной ПУСК, сбросовым входом первого и второго регистра памяти и первым входом второго логического элемента ИЛИ, связанного вторым входом с выходом первого элемента задержки, а выходом - со сбросовым входом счетчика импульсов, разряды выхода которого связаны с соответствующими разрядами входа первого регистра памяти, с соответствующими разрядами второго входа третьего числового компаратора и соответствующими разрядами выхода электронного ключа, подключенного разрядами входа к шине высокого уровня, а управляющим входом - к выходу второго формирователя коротких импульсов, вход которого соединен прямым выходом второго RS-триггера и третьим входом первого логического элемента И, кроме того выход второго формирователя коротких импульсов подключен ко второму входу первого логического элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу второго логического элемента И, а выход - к входу записи первого регистра памяти, разряды выхода которого связаны с соответствующими разрядами первого входа третьего числового компаратора и разрядами первого входа второго вычитателя, разряды выхода которого подключены к соответствующим разрядам первого входа второго числового компаратора, а разряды второго входа - к соответствующим разрядам выхода блока памяти.