Импульсный синхронизатор Советский патент 1983 года по МПК H02J3/42 

второй дифференцирующей RC-цвпи, а вторым через первую дифференцирующую ЯС-цепь к выходу формирователя напряжения .сети, при этом вход Т) 3)-триггера соединен с входом второй дифференцирующей RC-цепи, а вход С - с входами элемен а НЕ и третьей дифференцируищей RC-цепи, а выход RS-триггера соединен с выходом Интервал измерения блока.

1. ИМПУЛЬСНЫЙ СИНХРОНИЗАТОР, содержащий входные формирователи напряжений сети и генератора, элемент ИЛИ и выходную цепь включения синхронного генератора на параллель.ную работу с сетью, о т л и ч а ю- щ и и с я тем,что, с целью повышения точности включения генератора, улучшения качества переходного процесса, получения зависимости интенсивности воздействия на частоту генератора в зависимости от разности частот, в него введенй блок формирования знака разности частот и временного интервала измерения, блок задания скольжения и угла включения выключателя генератора, блок формирования команд управления и элемент И, при этом входные формирсшатели напряжений сети и генератсгра подключены каждый к своему входу блока формирования знака разности частот и временного интервала измерения, выход Знак разностикоторого соединен с перВБМ входом э лемента И и с первьм инвертирующим входом элемента ИЛИ, а второй выход - с первьм ; входом блока задания сколв сения и уг,па включения выключателя генератора, Второй вход которого подключен к выходу формирователя напряжения сети и к второму входу блока формирования команд управления, первый и четвертый, входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока задания скольжения.и угла : включения выключателя генератора, а третий - с выходом формирователя напряжения генератора, при этом третий вход блока задания скольжения и угла включения выключателя генератора подклЕСУчён к первому выходу ;блока формирования команд управления и к второму входу элетлента ИЛИ, а четвертый вход блока задания скольжения и угла вкл(очения выключателя re нератора соединен с третьим вьаизяом блока формирования команд управления и вторым входе механизма управления оборотами генератора, своим первым входом подключенного к выходу элемента или, при этом второй выход блока фосмирования ксманд управления соединен с вторым входе элемента И, подключенного выходе к ли- Я 2. Синхронизатор по п.1, отличаю щ и и с я тем, что блок формирования знака разности частот и временного интервала измерения ;включает в себя узел равнозначности, выход которого соединен с выходом Знака разности блока а.два входа подключены один - к вьрсоду Т -триггера, а второй - к выходу R.S-триггера, вход S которого соединен с выходом первого элемента И-НЕ, один вход которого подключен через последовательно соединенные элемент НЕ и первую к выходу формирователя напряжения сети, а второй через вторую диффереи- циальную RC-цепь к выходу формирователя напряжения генератора, при этом вход R ИЗг-триггера соединен с выходом второго элемента И-НЕ, первым входом подключенного к выходу .

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам автоматического включения синхронных генераторов на параллельную работу с сетью. Известно импульсные синхронизаторы, фору1ирукхцие команду на включение генератора на параллельную ра боту с сетью при достижении допустимой величины скольжения и допусти мой разности фаз между напряжениями сети и генератора .. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является син хронизатор, содержащий входные формирователй напряжений сети и генератора, элемент И, блоки контроля частоты сети и генератора/ включаемого на параллельную работу, элемент ИЛИ и выходную цепь включения генератора. При достижении допустим разности частот напряжений сетии генератора с выхода блока контроля частоты сети или блока контроля частоты генератора снимается сигнал проходящий через элемент ИЛИ на выходную цепь включения генератора t2 Недостаток этого устройства состоит в том, что команда на включение генератора на параллельную работу может быть сформирована и в т случае, когда частота генератора ни же частоты сети, хотя разность час тот сети и генератора лежит в допустимых пределах. Кроме того, указанный импульсный синхронизатор тол ко формирует команду на включение генератора при достижении допустимой разности фаз и частот, но не воздействует на исполнительныймеханизм, изменяющий частоту вращения генератора. ЦелЁю изобретения является повьви ние точности вклнзчения генератора, улучшение качества переходного процесса, возникающего при включении синхронного генератора на параллель ную работу с сетью, получения необходимой зависимости интенсивности воздействия на частоту генератора в зависимости от разности частот. Поставленная цель достигается те что в импульсный синхронизатор, содержал1Ий входные формирователи напр жений сети и генератора, элемент ИЛ выходную цепь включения синхронного генератора на параллельную работу с . сетью, введены блок формирования знака разности частот и временного интервала измерения, блок задания скольжения и угла включения выключателя генератора, блок формирования команд управления и элемент И, при этом входные формирователи напряжений сети и генератора подключены каждый к своему входу блока формирования знака разности частот и временного интервала измерения, выход Знак разности которого соединен с первым входом элемента И и с первым инвертирунц1 1 входом элемента ИЛИ, а второй выход - с первьм входом блока задания скольжения и угла включения выключателя генератора, второй вход которого подключен к выходу формирователя напряжения сети и к второму входу блока формирования команд управления, первый и четвертый входы которого соединены соответственно с первым и вторьм выходами блока задания скольжения и угла включения выключателя генератора, а третий - с выходом формирователя напряжения генератора, при эгсм третий вход блока задания скольжения и угла вкхночеиия выключателя ,. генератора подключен к первому выходу блока формирования команд управления и к второму входу элемента ИЛИ, а четвертый вход блока задания скольжения и угла включения вьключателя генератора соединен с третьим выход .блока формирования команд управления И ntoptiM входом механизма управления оборотами генератора, своим первым входом подключенного к выходу элемента ИЛИ, при дтсж второй выход блока формирован команд управления соединен с вторьм входом элемента И, подключенного выходом к линии включения генератора. Поставленная цель достигается также тем, что блок формирования знака разности частот и временного интервала измерения включает в себя узел равнозначности, выход которого соединен с выходом разности блока, а два входа подключены один к ВЕКоду D-триггера, а другой - к выходу RS-триггера, вход S которого

соединен с выходом первого элемента И-НБ, один .вход которого подключен через последовательно соединенные элемент НЕ и первую дифференцирующую RC -цепь к выходу формирователя напряжения сети, а второй через вторую дифференцирующую RC -цепь к выходу формирователя напряжения генератора, при этом вход R RS-триггера соединен с выходом второго элемента И-НЕ, первым входом подключенного к выходу второй дифференцируквдей RCцепи, а вторым - через первую дифференцирующую КС-цепь к выходу фор-г мирователя напряжения сети, при этсм вход D D-триггера еоодинен с входсм второй дифференцируюадей КС-цепи, а вход С - с входами элойёнта НЕ и тр1зтьёй диффедренцирующей RC-цепи, а выход RS-триггера соединен с выходом Интервал измерения блока.

На фиг.I представлена блОк-схема импульсного синхройиэатора; на Фиг.2 (0,5) , 3 (в,8,в), 4 («1,8)аременные диаграммы, поясняющие прицип работы блоков фогмирования знака разности частот и временного интервала измерения, задания скольжен и угла включ&ния выключателя генератора, формирования команд управления.

Импульсный синхронизатор включает в себя (фиг.и входные формирователи Н1айряжения сети 1 и генёра тора 2, блок 3 Формирования знака разности частот и временного интервала иэмерекия,эпемвйт И 4, элемент ИЛИ 5, блок 6 задания скольженкя и угла включения г енератора, блок 7 формировайня команд управления, механизм 8 управления частотой .генератора и линию 9 .включения гевератора. Блок формирования знака разности частот и временного интервала измерения состоит из элемента НЕ 10, дифференцирующих RC-цепей 11 12 и 13, элементов И-НЕ 14 и 15, ftS-триггера 16, D-триггера 17 и узла равнозначности 18. Блок задания скольжения и угла включения генератора состоит из генераторов 19 и 20 линейно изменяющегося напряжения, ксиипаратора 21, фильтров 22 и 23, сумматора 24, сравнива 0111его устройства 25, задатчика 26 длительности шшульса. Блок фо{Я4Ирования команд управления состоит из элементов НЕ 27 и 28, схемы И 29, элемента и 30, расширителей 31 и 32, ждущих к ультйвибраторов 33 и 34 и элемента И 35,

Условием включения генератора на параллельную рабОту с сетью являе ря наличие сигнала на выходе Знак разности блока 3, что соответствует случаю, когда наличие сигнала на втором, разрешающем включение генератора, выходе блока 7, что соответствует случаю, когда отклонение величины скольжения от заданной лежит в пределах допуска и сдвиг по фазе между напряжениями сети и генератора, соответствующий моменту включения выключателя генератора соответствует фактической величине скольжения.

При отклонении скольжения от заданной величинБ1 или от заданного угла включения выключателя генератора 6,блоком формирования команд управления 7 фо1 1Ируётся запрет на вкл чение генератора на цараллельную работу с сетью и в завис1 ости от зйака рассогласования по величине скольжения блоком 7 формируется команда управления на исполнительный механизм, управляющий частотой генератора, причем длительность команды зависит от величины рассотласования по скольжению.

Принцип работы блока формирования знака разности частот и временного интервала измерения 3 поясняется фиг.2.

Прямоугольные импульсы напряжений с частотой сети и генератора U и Uj поступают на входы блока 3. На фиг.2а даны временные диаграммы для случая, когда f,.fj.. В момеиты времени tp и tq; сдвиг по фазе между напряжениями и и Од равеи О, в момент времени t, и t j - сдвиг по. фазе межд напряжениями U и U равен 180. В момент совпадения фаз И1 шульсы лоложительиой поляриости U и Цд, сиимаемые с выходов дифф1ареицирую аих ЯС-цепей 11 и 12 совпадают по времени и на въвсоде элементов И-Ш 15 фоЕадируется потенциал логического нуля. в мокюнты времени t и t. , когда сдвиг фаз между иапряжениями 0 и О равен 180,Потенциал логического нуля фОрмир уется иа выходе элемента И-НЕ 14, так как в зтсм .случае совпадают во времени положите ль ш: импульсы U| и с выходом диффереи цирующих RC-цепочек 12 и 13. Элетлеит НЕ 10 необходим для формирования импульса , передний фроит которого по времени совпадает с эадиим фрон-i том импульса Ov|.

RS-триггер 16 по входам R и S уп равляется потенциалами, соответствуюсцими логическому О . При подаче , потенциала логического О на устаиовочный вход S иапряжение U на выходе триггера 16 соответствует напряжёиию логической . Если же потенциал логического О подан иа вход возвратаR, то иапряжение U соответствует логическому О.

как видио из фиг.2Q триггер 16 занимает строго определенные положеиия. Когда сдвиг по фазе между, напряжениями и и и.} меняется от О до 180, иапряжеиие и., соответствует

- - то

логическому О , а при изменении фазы от 180 до О - логической

На фиг.2ИГ даны временные диаграммы, соотватствукнцие случаю, когда f... Очевидно, что независимо от знака разности частот напряжение U-( .на выходе триггера 16 сохраняет значение логической i при изменений фазы между 0 и U, от 180 до О и значение логического О - при изменении фазы от О до 180.

Состояние тактируемого фронтом D -триггера 17 зависит от того, как сдвинуты во времени передние фронты импульсов и и и .

На фиг. 2о (случай f,:) от момента времени t|}Дo t передний фронт импульса и, подаваемого на вход С, не попадает в паузы между импульсами- и на входе D, и напряжение Ufj на инвертирующем выходе триггера 17 для этого случая соответствует логической 1. В интервале времени от tj до t передний фронт Ц, попадает в импульс и и для этого интервала напряжение U на инвертируккцем выходе триггера 17 соответствует логическому О .

Как видно из фиг. 2а при напряжения и на выходе триггеров 16 и 17 не принимают одинаковых значений для любого интервала времени, поэтому напряжение на выходе узла равнозначности 18 равно 0.

Узел 18 равнозначности формирует на своем выходе напряжение логической только в том случае, когда на его входах есть одновременно или напряжения логического С или логической 1.

При f|- fg (фиг.ЗсГ) D-триггер в интервалах времени от t до tj и от t до t меняет свое состояние по сравнению со случаем (., и напряжения и, и и , подаваемые на входы узла равнозначности, одновременно принимают значения илилогическоили логической

. Таким

го

образом, напряжение на выходе узла равнозначности 18 равно,нулю при и, логической при ., что в конечном итоге и определяет знак разности частот В течение длительности импульса ILпроизводитсй измерение текущей разности частот и осуществляется регулирование частоты генератора до заданного значения. Принцип задания величины скольжения блоком 6 поясняется на фиг.За.

Импульсы напряжения U;j, поступающие на второй вход блока 6, запускают бвРИМ передним фронтсмл генератор лииейно изменяющегося напряжения 20, который в каждой половины периода частоты f формирует напряжение . По переднему фрон

ту импульса U,/ поступающему на первый вход блока 6, запускается генератор линейно изменяющегося напряжения 19, формирующий напряжение и .

Напряжения и 13. подаются на входы компаратора 21, изменяющего свое состояние в момент времени, когда напряжение U становится равньвл напряжению U. В результате на выходе компаратора 21 появляются импульсы напряжения U, длительность которых убывает с темпом, определяемьм скоростью изменения (наклоном) напряжений Ц} и

Наклон напряжений U и U приня 1остоянн ду1, но амплитуда зависит ют частоты сети. Чем больше период напряжения сети, тем большей амплитуды напряжение U-p. Интегратор 20 выдает на выходе напряжение треугольной при постоянном на,клоне (крутизне). Крутизна напряжений t|jg и и выбирается следующим образе : принимается f 50t5 Га, в момент времени t, когда (фиг.За), должно выполняться условие U2omox период биений, остается неизменным.

Скорость изменения длительности импульса Uj определяет скорость, С которой передний фронт импульса Uj генератора должен приближаться к переднему фронту импульса IJj напряжения сети/ начиная со сдвига по фазе в 180 и до 0. В случае, если передний фронт импульса напряжения генератора и опережает в. своем движении задний фронт импульса 0 (фиг.З что означает превышение заданной величины скольжения, на выходе элемента И 30 блока формирования команд управления 7 формируется импуль длительность которого определяется сдвигом во времени между пере1 ним фронтом «тульса U,j и задним фро; том импульса Ujjf . Времен пае диаграммы на фиг.3 даны s произвольном масштабе.

Измерение и подгонка частоты синхронизируемого генератора начинается при сдвиге фаз между напряжеии. ями сети Uj и генератора UU , равиом Д80°.

Поэтому на первый вход элемента И 30 подается импульс напряжения сети 0. Интенсивность управляющего воздействия иа изменение оборотов синхронизируемого генератора со.стороны механизма 8 в даииом случае пропорциональна длительности импульса с выхода элемента И 30.

Для получения необходимой интенси ности управляющего воздействия на изменение оборотов импульс расширяется расширителем 32 в К раз до длительности импульса Uj, и по,дается на второй вход механизма изменения оборотов генератора 8. . Случай, рассмотренный на фиг. .соответствует формированию ксвланды на еньшение оборотов генератора. Бели передний фронт импульса на-v пряжения генератора Vq отстает от заднего фронта, импульса , то в этом случае импульс, длительность которого пропорциональна отклонению от заданной величины скольжения, формируется на выходе расширителя 3 и подается на первый вход механизма изменения оборотов генератора 8. В зтом случае обороты генератора увеличены. Для получения импульса на выходе схемы И 29, длительность котот рого определяется сдвигсж во времени между перед1ним фронтом импульса генератора и„ и заданным фронтом им путпьса и (фиг.Зв) / импульсы 0 и Uj-i необходимо подать на входы И 29 соответственно через с мы НЕ 28 И 27. Расширители 31 и 32, в частности,могут.включать в себя два генератора линейно изменяющихся напряжений и ксн4паратор. По переднему фронту импульса U.JJ (или U/j) (фиг. 3S я S ) запускается первый ге нератор линейно изменяющегося напря жения, который формирует напряжение (или ). По окончании импульса Uj ( напряжение tJjjj (uVi) запоминается. Задним Фронтом импульса Ujo (Ui9 запускается второй генератор линейно изменя мхаегося напряжения, формирующий на выходе напряжение U{) .- В равенства напряжений и Ujg ксялпар |Toi расширителя меняет свое состоян /Таким образом, передний фронт импульса U (иj) расширителя соотве ствует началу разворота напряжения Щ4 а задний - моменту равенства на пряжений Uje. По заднему фрон ту импульса и, (из ) оба генератора линейно изменяющихся напряжений рас возвращаются в исходные сос тояния. . Меняя скорость изменения (наклон) напряжений Dj, (U) , можно регулировать коэффициент расширения К, а значит и интенсивность управляющего воздействия на Измеиение оборотов синхронизируемого генератора. Ксманда на увеличение оборотов ге нератора иа первый вход механизма изменения оборотов 8 снимается с выхода ИЛИ 5 в том случае, ког да в случае,; когда фактическая величина скольжения ниже заданной,, что соответствует наличию импульса на первом выходе блока формирования ксжанд зшравления 7 Соответствие допустимому отклонению фактической величины скольжения определяется с помощью ждущих мультивибраторов 33 и 34. Первый из. них запускается задним фроитеял импульса с первого выхода блока 6, а второй - передним фронте импульса и, напряжения генератора (фиг.4Л).. Максимальная ширина поля допурка равна сумле длительностей импульсов и. и ОЗА/ снимаемых с выхода мультивибраторов 33 и 34. На втором вырсоде блока формирования ксмаид 7 формируется команда на включение выключателя генератора Только в том случае, если передний фронт импульса напряжения с выхода ждущегр мультивибратора 34, который соответствует переднему фронту импульса напряжения генератора tl, приходит на второй вход схемы И 35 в тон момент времени, когда на первом входе элемента И 35 присутствует импульс с выхода ждущего мультивибратора 33, а на Третьем входе элемента И 35 шлпульс напряжения U со второго выхода блока 6. Длительность ллшульса . опреде|ляет сдвиг по фазе между иапряжеииями сети и и генератора ,r при котором нужно.выдать команду на включение выключателя генератора.Длительность импульса Uj5 определяется собственнЕлх временем включения выключателя генератора и для каждого кри кретиого значения скольжения должна быть строго фиксированной..Трлько в этом случае включение генератора (замыкание силовых коитактов выключателя) произойдет в мсмёит , когда сдвиг фаз между напряжениями Ц| и и будет равен 0. Так как величина скольжения может в допустимых Пределах отличаться .от заданной, то предусмотрена коррекция длительности импульса и по величине скольже.ния Эта коррекция осуществляется с помощью фильтров 22 и 23, . сукматора 24, задатчика длительности юяпульса 26 и сравнивающего устройства 25. Пр нцип коррекции поясняется с пшрщью фиг.4Л, где в произвольном масштабе . дан временные диаграммы работы корректирующей, части блока 6. Фильтры 22 и 23 .позволяют получить на выходе напряжение, пропорциональное длительности юшульсов иа вшоде расширителей 33 или 32, а значит и-отклонению от заданной величины Jcкoльжeния. Напряжения иа выходе фильтров 22 и 23 юлеют разную полярность. Напряжение иа выходе сумматора 24 пропорционально Откж}неиию скольжения от зсшаиного значения. Напряжение подается на один вход сравнивающего устройства, другой вход которого подключен к выходу генератора линейно измеияющегося напряжения 20. Передний фронт юшульса по времени совпадает с передним фронтом импульса напряжения сети tlf, а задний формируется в момент времени, когда напряжение U равно фиг.4 (ЗГимпульсы 0 соответствуют случаю, когда скольжение меньше Заданного, а импульсы - случаю, когда скольжение превыщает заданное. Сфориированная на выходе элемента И 25 команда на включение подается н второй вход элемента И 4, на первый вход которой приходит сигнал, несущи информацию о знаке разности частот. Элемент И 4 вьщает команду на линию включения 9 только в том случае, если --7 fp, и отклонение скольжения от заданного лежит в допустимых пределах . Предлагаемый синхронизатор имеет по сравнению с прототипом следующие преимущества: измерение производится в течение каждого периода частоты сети что повышает точность синхронизатора; быстродействие син- хронизатора повышается, так как регулирование оборотов генератора ведется непрерывно в процессе измерения скольжения и интенсивность воздействия на изменение оборотов зависит от величины отклонения скольжения от заданного уровня} улучшается сам процесс регулирования, так как введение двух расширителей позволяет, легко получить нужную интенсивность воздействия на изменение оборотов генератора и позволяет существёйно 5Л«1еньшить перерегулирование ; угол включения, при котором выдаете я команда на включение выключателя генератора, корректируется по отклонению скольжения от заданной величины; включение генератора на параллель ную работу освчествляется при fj.7 , что улучшает Kai4ecTBio переходного процессу, возникающего при включении генератора на параллельную работу; исключен 15еЖ1м зависания , возникающий при синхронном несинфазном вращении двух генераторов, имеющих жесткие скоростные характеристики. . .

ffll

ml

т

tItSi

т

т

ml

т