Импульсный синхронизатор Советский патент 1984 года по МПК H02J3/42 

2.Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что выявитель знака скольжения выполнен на двух триггерах, элементе задержки, двух элементах И и элементе ИЛИ, единичный вход первого триггера подключен к выходу элемента И блока управляющих импульсов, нулевой вход - к выходу элемента ИЛИ и единичный выход через элемент задержки включен на второй вход первого и первый вход второго элементов И, при этом первый вход первого и второй вход второго элементэв И подключены к формирователям импульсов сети и генератора соответственно блока управляющих импульсов, выход первого элемента И включен на первый вход элемента ИЛИ и на единичный вход второго триггера, а выход второго элемента И включен на второй вход элемента ИЛИ и на первый вход второго триггера, единичный и нулевой выходы которого подключены к входам переключателя каналов.

3.Синхрониза,тор по п. 1, отличающийся тем, что переключатель каналов выполнен на четырех элементах И и двух элементах ИЛИ, первый вход второго и второй вход третьего элементов И подключены на единичный выход второго триггера выявителя знака скольжения, второй вход первого и первый вход четвертого элементов И подключены на нулевой выход этого же триггера, при этом , первые входы первого и третьего элементов И подключены к выходу формирователя импульсов сети блока управляющих импульсов, а вторые входы второго и четвертого элементов И - к выходу формирователя импульсов генератора блока управляющих импульсов, выходы первого и второго элементов И подключены через первый элемент ИЛИ к блоку включения на вход формирователя основных импульсоВ и образуют выход меньшей частоты переключателя каналов, а выходы третьего и четвертого элементов И через второй элемент ИЛИ подключены к блоку включения на вторые входы его первого и второго элементов И и образуют выход большей частоты переключателя каналов.

1. ИМПУЛЬСНЫЙ СИНХРОНИЗАТОР, содержащий блок управляющих импульсов с входами для подключения к напряжениям сети и генератора, состоящий из формирователей импульсов на входах и элемента И, и блок включения, выполненный на формирователе вспомогательных импульсов, трех элементах И и цифровом компараторе, причем в блоке управл-яющих импульсов выходы формирователей импульсов подключены на вход элемента И, в блоке включения выход формирователя вспомогательных импульсов подключен к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к основному входу цифрового компаратора, а выход - к первому входу третьего элемента И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены выявитель знака скольжения и переключатель каналов с выходами большей и меньшей частоты, которые включены последовательно между блоком управляющих импульсов и блоком включения, в блок включения введены формирователь основных импульсов и элемент задержки, причем формирователь основных импульсов подключен к выходу меньшей частоты переключателя каналов, а выход формирователя основных импульсов - к первому входу первого элемента И и к входу формирователя вспомогательных импульсов, вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходу больщей частоты переключателя каналов, выход первого элемента И (Л подключен к второму входу третьего элемента И, а также через элемент задержки - на сбрасывающий вход цифрового компаратора, выход третьего элемента И блока включения подключен в цепь включения выключателя генератора. го О5

1

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности, к автоматической синхронизации синхронных генераторов, и может быть использовано для включения их на параллельную работу между собой и сетью.

Известно устройство для автоматической синхронизации генераторов переменного тока, содержащее формирователи импульсов, триггеры, элементы И, ИЛИ и реле времени и формирующее команду на включение генераторного выключателя с постоянным углом опережения 1.

Основным недостатком известного устройства является неизменная уставка (30 эл. град) по углу опережения при частоте генератора больше частоты сети - угол строится в сторону запаздывания,ЧТО существенно сужает область применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является импульсный синхронизатор, состоящий из блока управляющих импульсов, содержащего два формирователя основных импульсов, которые включены на напряжение генератора и сети соответственно, и элемент И, и блока включения, содержащего два субблока контроля частоты и. элемент ИЛИ, -причем в состав каждого субблока контрЬля частоты входит формирователь вспомогательных

импульсов, подключенный выходом к промежуточному элементу И, выход которого подключен к входу цифрового компаратора, и выходной элемент И, вход которого подкЛючен к выходу цифрового компаратора 2.

Основным недостатком импульсного синхронизатора является низкая точность. Этот недостаток связан со сложностью настройки на расчетную длительность импульсов на выходе двух формирователей основных и двух формирователей вспомогательных импульсов. Кроме того, недостатком является также сложность блока включения, который содержит два одинаковых субблока контроля частоты.

5 Цель изобретения - повышение тОчности.

Поставленная цель достигается тем, что импульсный синхронизатор, содержащий блок управляющих, импульсов с входами для подключения к напряжениям сети итеГ1«,о

нератора, состоящий из формирователей импульсов на входах и элемента И, и блок включения,, выполненный на формирователе вспомогательных импульсов, трех элементах И и цифровом компараторе, причем в блоке

5 управляющих импульсов выходы формирователей импульсов подключены на вход элемента И, в блоке включения выход формирователя вспомогательных импульсов подключен к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к основному входу цифрового компаратора, а его выход подключен к первому входу третьего элемента, снабжен выявителем знака скольжения и переключателем каналов с выходами большей и меньшей частоты, которые включены последовательно между блоком управляюш,их импульсов и блоком включения, в блок вклкмення введены формирователь основных импульсов и элемент задержки, причем формирователь основных импульсов подключен к выходу меньшей частоты переключателя каналов, а выход формирователя основных импульсов - к первому входу первого элемента И и к входу формирователя вспомогательных импульсов, вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходу большей частоты переключателя каналов, выход первого элемента И подключен к второму входу третьего элемента И, а также через элемент задержки - на сбрасываюший вход цифрового компаратора, выход третьего элемента И блока включения подключен в цепь выключателя генератора. Выявитель знака скольжения выполнен на двух триггерах, элементе задержки, двух элементах И и элементе ИЛИ, единичный вход первого триггера подключен к выходу элемента И блока управляюших имгпу .аьсов,, нулевой вход - к выходу элемента ИЛИ и единичный выход через элемент задержки включен на второй первого и на первый вход второго элементов И, при этом первый вход первого и второй вход второгс элементов И подключены к формирователям импульсов сети и генератора соответственно блока управляюших импульсов, выход первого элемента И включен на первый вход элемента ИЛИ и на единичный вход второго триггера, а выход второго элемента И на второй вход элемента ИЛИ и на нулевой вход второго триггера, единичный и нулевой выходь которого подключены к входам переключателя каналов. Переключатель каналов выполнен на четырех элементах И и двух элементах ИЛИ, первый вход второго и второй вход третьего элементов И подключены на единичный выход второго триггера выявителя знака скольжения, второй вход первого и первый вход четвертого элементов И подключены на нулевой выход этого же триггера, при этом первые входы первого и третьего элементов И подключены к выходу формирователя импульсов сети блока управляюших импульсов, а вторые входы второго и четвертого элементов И -.к выходу формирователя импульсов генератора блока управляюших импульсов, выходы первого и второго элементов И подШ1ючены через первый элемент ИЛИ к блоку включения на вход формирователя осионных импульсов, образуя выход меньшей частоты переключателя каналов, а выходы третьего и четвертого элементов И через второй элемент ИЛИ подключены к блоку включения на вторые входы его первого и второго элементов И, образуя выход большей частоты переключателя каналов. На фиг. I представлена структурная схема предлагаемого синхронизатора; на фиг. 2временные диаграммы, поясняюши принцип действия предлагаемого синзронизатора. Устройство (фиг. 1) содержит блок 1.1 управляюших импульсов, выявитель 1.2, знака скольжения, переключатель 1.3, каналов блок 2 включения, зажимы 3 и 4 для подключения на напряжения сети и генератора, соответственно, формирователи 5 и 6 импульсов сети и генератора блока управляюших импульсов соответственно, элемент И 7 блока управляюших импульсов, первый триггер 8 выявителя знака скольжения, элемент 9 задержки входного блока, первый и второй элементы И 10 и 11 выявителя знака скольжения, элемент ИЛИ 12 выявителя знака скольжения, второй триггер 13 выявителя знака скольжения, первый, второй третий и четвертый элементы И 14, 15, 16 и 17 переключателя каналов, первый и второй элементы ИЛИ 18 и 19 переключателя каналов, формирователи 20 и 21 основных и вспомогательных импульсов соответственно, первый и второй элементы И 22 и 23 блока включения, элемент 24 задержки блока включения, цифровой компаратор 25, третий элемент И 26 блока включения, зажимы 28 и 29 для подачи сигналов на изменение уставок по углу опережения и по допустимой разности частот соответственно. Формирователи 5 и 6 импульсов сети и генератора соответственно и элемент И образуют блок 1.1 управляюших импульсов. В состав выявителя 1.2 знака скольжения входят первый 8 и второй 13 триггеры, элемент 9 задержки, первый 10 и второй 11 элементы И, элемент ИЛИ 13. Переключатель 1.3 каналов состоит из первого 14, второго 15, третьего 16 и четвертого 17 элементов И, первого 18 и второго 19 элементов ИЛИ. Блок 2 включения включает в себя формирователь 20 основных импульсов, формирователь 21 вспомогательных .импульсов, первый 22, второй 23 и третий 26 элементы И,элемент 24 задержки, цифровой компаратор 25.. . Напряжение сети 3 и генератора 4 подается в блок 11 управляюших импульсов на входы формирователей 5 и 6 импульсов сети и генератора соответственно. В блоке 1.1 управляющих импульсов формирователь 5 импульсов сети своим выходом подключен

на первые входы элемента И 7 блока 1.1 управляющих импульсов, первого 10 элемента И выявителя 1.2 знака скольжения, первого 14 и третьего 16 элементов И переключ aтeля 1.3 каналов, а формирователь- 6 импульсов генератора своим выходом подключен на вторые входы элемента И 7 блока 1.1 управляющих импульсов, второго 11 и четвертого 17 элементов И выявителя 1.2 знака скольжения, четвертого 17 элемента И переключателя 1.3 каналов. Выход элемента И 7 блока управляющих импульсов подключен на единичный вход первого триггера 8 выявителя 1.2 знака скольжения, единичный выход триггера 8 через элемент 9 задержки подключен на второй вход первого 10 и первый вход второго 11 элементов И выявителя 1.2 знака скольжения. Выходы первого 10 и второго 11 элементов И включены непосредственно на единичный и нулевой соответственно входы второго триггера 13, а через элемент ИЛИ 12 выявителя 1.2 знака скольжения на нулевой вход первого триггера 8. Единичный выход второго триггера 13 включен на первый вход второго 15 и второй вход третьего 16 элементов И переключателя 1.3 каналов, а нулевой выход второго триггера t3 включен на второй вход первого 14 и первый вход четвертого 17 элементов. И переключателя каналов. Выходы первого 14 и второго 15 элементов И через первый 18 элемент ИЛИ переключателя каналов подключен к блоку 2 включения на вход формирователя 20 основных импульсов. Выходы третьего 16 и четвертого 17 элементов И через второй элемент 19 ИЛИ выявителя знака скольжения подключены к блоку включения на вторые входы его первого 22 и второго 23 элементов И.

В блоке включения выход формирователя 20 основных импульсов включен непосредственно на первый вход первого элемента 22 И, а через формирователь 21 вспомогательных импульсов - на первый вход второго элемента 23 И. Выход первого элемента 22 И включен через элемент 24 задержки на сбрасывающий вход цифрового компаратора 25 и непосредственно на второй вход третьего элемента 26 И. Выход второго элемента 23 И через основной вход цифрового компаратора 25 включен на первый вход третьего элемента 26 И, сигнал 27 с выхода которого подается на включение генераторного выключателя.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы, на кото.рых индексы напряжений соответствуют номерам блоков.

В блоке управляющих импульсов формирователи 5 и 6 импульсов сети и генератора вырабатывают на своих выходах короткие прямоугольные импульсы Uj и Ug в момент перехода соответствующих синусоид напряжения через фазовый угол 2f. Синхронизатор начинает работать после совпадения импульсов Uj и и на входе элемента И 7, который в момент совпадения своим выходным сигналом и,, .устанавливает в единичное состояние первый триггер 8выявителя знака скольжения. Спустя время% ....определяемое элементом 9 задержки, разрещающий сигнал и, с выхода первого триггера 8 поступит в виде напряжения Uq на второй вход первого 10 и первый вход второго 11 элементов И выявителя знака скольжения. Если часота сети f меньще частоты генератора fi, на выходе формирователей 5 и 6 первым появится импульс генератора на втором входе второго элемента 11 И выявителя

знака скольжения, обеспечивая появление импульса на его выходе. Импульсом устанавливаются в нулевое состояние первый 8 и второй 13 триггеры: первый - через элемент ИЛИ 12, а второй - непосредственно. Переход в нулевое состояние первого триггера 8, спустя время fi , приведет к исчезновению разрещающего потенциала Uj с выхода элемента 9 задержки на входах первого 10 и второго 11 элементов И и их запиранию. Высокий потенциал с нулевого выхода второго триггера 13 выявителя знака скольжения (на фиг. 2 ему соответствует низкий потенциал Uij на единичном выходе этого триггера) поступает на второй вход первого 14 и первый вход четвертого 17 элементов И переключателя каналов, обес0 печивая прохождение в блок включения импульсов Us меньшей частоты через первый элемент 18 ИЛИ переключателя каналов на вход формирователя 20 основных импульсов в виде сигналов , а импульсов U, больщей частоты через второй элемент 19 ИЛИ

переключателя каналов на вторые входы первого 22 и второго 23 элементов И блока включения в виде сигналов.

Если же частота сети fc больще частоты генератора fj, то в блоке управляющих им пульсов на выходах формирователей 5 и 6 первым появится импульс сети Uj на первом входе первого элемента 10 И,обеспечивая появление импульса ..аа его выходе. Импульсом Uio устанавливается в нулевое со5 стояние первый триггер 8 и в единичное состояние второй триггер 13: первый - через элемент ИЛИ 12, а второй - непосредственно.

Переход в нулевое состояние первого триггера 8, спустя время fj , приведет к запиранию первого 10 и второго 11 элементов И, а высокий потенциал Оц на единичном выходе второго триггера 13 обеспечит прохождение в блок включения импульсов Uj , меньшей частоты на вход формирователя 20 . основных импульсов через второй элемент 15 И и первый элемент 18 ИЛИ переключателя каналов. При этом импульсы Uj большей частоты попадут в блок включения через третий элемент 16 И и второй элемент 19 ИЛИ переключения каналов на вход первого 2 и второго 23 элементов И блока включения. Таким образом, независимо от знака неравенства fj Ф ft больше или меньше в блок включения на вход формирователя 20 импульсов проходят импульсы меныйей частоты, а на входь первого 22 и второго 22 элементов И - импульсы большей частоты Длительность f..импульсов ....на выходе формирователя 20 основных импульсов устанавливается путем изменения уставки 28 так, чтобы обеспечивался требуемый угол опережения (5... в соответствии с выражением:f 5вО f (J«- --lo(1) где.Т„ - длительность периода меньшейчастоты. По заднему фронту основных ийпульсов Ujo запускается формирователь 21 вспомогательных импульсов. Длительность Те вспомогательных импульсов Ujj устанавливается путем изменения уставки так, чтобы синхронизатор срабатывал только при допустимых значениях разности частот Лf /fc-iг/ йfдonCi) Оценку разности частот производит в блоке включения цифровой компаратор 25 путем подсчета числа совпадения вспомогательных импульсов Uji, имеющих меньшую из частот -fс и fг поступающих на первый вход второго элемента 23 И, с импульсами LJi9, имеющими большую из частот ft и f J и поступающих на второй вход этого элемента И. С течением времени импульсы Uie как бы «шагают по вспомогательным импульсам Uj, от их заднего фронта к переднему. Так как величина одного шага определяется длительностями периодов меньшей Тм и большей частот -Т-т Tifffn uf IT (3) Д1 - IH- 1«ГTf t f/ fH TO число совпадений (число шагов) N, очевидно, равно N 4V 4f-- c-ri(4) Значит, неравенство (2) можно преобразовать к виду ,(5) Если условие (5) выполняется на выхбде цифрового компаратора 25, то появляется сигнал Uis, поступающий на первый вход третьего 26 элемента И. Команда Uji на включение генераторного выключателя формируется в тот момент, когда импульс Uj большей частоты, «покинув пределы вспомогательного импульса Ut, совпадает с основным импульсом Ою. При выполнении условия (5), эквивалентного условию (2), эта команда через третий элемент 26 И блока включения в виде импульса Ujg попадает на генераторный выключатель. Через элемент 24 задержки блока включения, спустя время задержки f , сигналом Uii производится сброс цифрового компаратора 25. Если разность частот A-f превышает допустимое значение, то условие (5) не выполняется и сигнал на выходе цифрового компаратора 25 не появляется. В результате третий элемент 26 И блока включения к моменту прихода импульса Угг оказывается неподготовленным по первому входу и команда на Включение не проходит. Цифровой компаратор 25 и в этом случае сбрасывается импульсом Угг, спустя время задержки ГгЦифровой компаратор 25 может быть реализован на счетчике, дешифраторе и триггере. Предлагаемый синхронизатор может быть выполнен на базе интегральных микросхем любой серии, содержащей в своем составе триггеры, счетчики, дешифраторы и логические элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого импульсного синхронизатора заключается в следующем. Применение в импульсном синхронизаторе выявителя знака скольжения и переключателя- каналов, последовательно включенных с блоком управляющих импульсов, позволило выполнить блок 2 включения одноканальным, что повысило точность работы синхронизатора в целом, а также позволило упростить блок 2 включения, уменьшить в два раза количество настраиваемых формирователей импульсов, и, как следствие, упростить и ускорить настройку синхронизатора. Из выражения (1) следует, что в слу- . чае, когда длительность импульсов Го на выходе формирователя 20 основных импульсов отличается от расчетного значения Тдрасч определяемого по формуле ;,.„, .. 6) имеет место ошибка по углу опережения U (Г Величина этой ошибки определяется в сответствии с выражением (W4 -Го ) (7} У устройства автоматической синхронизации, выбранного в качестве прототипа, при неточностях в настройке формирователей основных импульсов при различных знаках угловой частоты скольжения угол опережения будет отличаться по величине, что отрицательно скажется на характере протекания процесса синхронизации. Из выражений (4) и (5) следует, что неточность в настройке формирователей спомогательных импульсов приводит к ощибе в определении числа совпадений импульсов, а это в свою очередь может вызвать формирование команды на включение выключателя генератора в случае, когда величина гловой частоты скольжения превышает допускаемое значение. Очевидно, что это может повлечь за собой серьезные возмущения в системе электроснабжения и даже привести к выпадению генераторов из синхронизма.

Преимуществом изобретения является и более простая эксплуатация устройства синхронизации, особенно его настройка. В процессе настройки удается существенно снизить трудоемкость операции и уменьшить затраты времени на собственно настройку.

Обозначив длительность настройки одного формирователя импульсов Т и учитывая, что формирователи основных и вспомогательных импульсов не / имеют принципиальных значений, определим величину выигрыща во времени как

(Тлодг-Ь4Т4 +ЗТпср +Твос) -(Тп« -f 5Т.

+ Тпе + Твое) 2Т4, + 2Vp,(8)

где - время подготовки синхронизатора к измерениям и время восстановления его исходного положения после измерений, соответственно;

время перехода от настройки одного формирователя к настройке другого формирователя. В относительных единицах выигрыш во

времени Кт составит

К -2n9a -Jl4T J-J Tnep Л Т вое 9

IVT т -I- Teot

поскольку при использовании специальных стендов будет всегда обеспечено неравенство.