Устройство для регулирования напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02P9/30 

йены один с другим и с соответствующими выходами разрядов второго счетчика импульсов и входами первой группы входов сравнения логического элемента сравнения на равно, вторая группа входов которого соединена с выходами разрядов третьего счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом второго генератор тактовых импульсов, а один из выходов разрядов - с объединенными

третьими входами первого .и второго логических элементов И, четвертые входы которых подключены соответственно к выходу логических элементов И-НЕ и ИЛИ, при этом второй счетчик импульсов выполнен реверсивным и его вход обратного счета подключен к выходу второго логического элемента И, а выход третьего З -триггера является выходом устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащее формирователь прямоугольных- иьтульсов и пороговый элемент, входы которых объединены и являются входом устройства, три счетчика импульсов, первый из которых является реверсивным, два одновибратора, вход первого из которых подключен к выходу формирователя прямоугольных импульсов, а вход второго - к выходу порогового злемента, четыре логических элемента И, два генератора тактовых импульсов, выход первого из которых подключен к первому вхрду четвертого логического элемента И и через делитель к первому входу третьего логического элемента И, два RS -триггера, ,-входы которых объединены и подключены к выходу второго одновибратора. при этом S -вход первого RS -триггера соединен с входом нулевой установки первого счетчика импульсов и с выходом первого одновибратора, S-вход второго8.S -триггера - с выходом переполнения первого счетчика импульсов, входы прямого и обратного счета которого соединены соответственно с выходом третьего и четвертого логических элементов И, инверсный и прямой выходы первого RS -триггера соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого логических элементов И, а инверсный и прямой выходы второго US -триггера г с первь1ми входами первого и второго логических элементов И, выход порогового элемента соединен с вторым входом второго и через инвертор с вторым входом первого логического элемента И, уТретьи входы первого и второго логических элементов И объединены и. выход первого логического элемеята И соединен с входом прямого счета второго счетчика импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности системы регулирования и быстродействия О1 регулирования оно, дополнительно снабжено третьим iJS -триггером, третьим одновибратором, логическим 00 элементом сравнения на равно, логическими элементами И-НЕ и ИЛИ, причем выход одновибратора соединен с S-входом третьего Я$ -триггера,а вход - с выходом последнего разряда третьего счетчика импульсов, выход логического элемента сравнения на равно соединен с t -входом третьего S-триггера, входы логических элементов И-НЕ и ИЛИ поразрядно объеди

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области автоматического регулирования напряжения, генерируемого энергетическими объектами, например передвижными электростанциями.

Известно устройство для регулирования напряжения, содержащее формирователь прямоугольных импульсов, пороговый элемент, генератор тактовых импульсов с делителем частоты, две схемы совпадения, включенных на логическую схему ИЛИ, счетчик импульсов, управляемьй схемой начальной установки, делител логический элемент И, схему анализа состояний счетчика и выходную схему совпадения, которое формирует управляющие импульсы с длительность пропорциональной мгновенному амплитудному значению напряжения, поступающие либо непосредственно на .трансформатор фазового компаундиг рования, либо на магнитный усилитель L1.

Недостатком этого устройства является то, что длительность (скважность) формирующегося управляющего сигнала жестко связана с отклонением величины вырабатьтаемого напряжения от заданного значения т.е. формирование выходного сигнала осуществляется по статическому принципу.. Это приводит к тому,что на точность регулирования напряжени влияет множество внешних факторов, таких как уход параметров трансформатора фазового компаундирования, величина нагрузки генератора,- изменение параметров обмоток возбуждения генератора и т.п. В то же время для достаточно точного регулирования напряжения все параметры исполнительной части системы регулирования должны подбираться оптимальным образом.

Известны устройства для регулирования напряжения, осуществляющие регулирование напряжения посредством использования в составе исполнительного элемента, кроме трансформатора фазового компаундирования, реверсивного двигателя уставки напряжения, подключенного к движку сопротивления уставки напряжения. Реверсивный двигатель уставки напряжения при -этом выполняет функцию интегрирующего элемента и отрабатывает отклонение напряжения от номинального значения до тех пор, пока с него не будет полностью снят управляющий сигнал. Тем самым регулирование осуществляется по астатическому приндапу и при использовании точного измерения, отклонение напряжения может быть отработано практически до нуля 2 и СЗ

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и составу элементов является устройство для

.регулирования напряжения, содержащее формирователь прямоугольных импульсов и пороговой элемент,входы

которых объединены и являются входом устройства, три счетчика им. пульсов, первый из которых является реверсивным, два одновибратора. 3 вход первого из которых подключен к выходу формирователя прямоугольных импульсов, а вход второго - к выходу порогового элемента, четыре логических элемента И, два генератора тактовых импульсов, выход первого из которых подключен к первому входу четвертого логического элемента И и через делитель к перво му входу третьего логического .элемента И, два RS-триггера, R-входы которых объединены и подключены к выходу в- орого одновибгатора, при этом S -вход первого RS -триггера соединен с входом нулевой установки первого счетчика импульсов и с выходом первого одновибратора, S-вход второго S -три гера - с выходом переполнения первого счетчика импульсов, входы прямого и обратного счета которого соединены соответственно с выходом третьего и четвертого логических элементов И, инверсный и прямой выходы .первого RS -триггера соединен соответственно с вторыми входами третьего и четвертого логических эл ментов И, а инверсньй и прямой выхо ды второго RS -триггера - с первыми входами первого и второго логически элементов И, выход порогового элеме та соединен с вторым, входом второго и череэ инвертор с вторым входом первого логического элемента И, третьи входы первого и второго логического элементов И объединены и выход первого логического элемента И соединен с входом прямого счет второго счетчика импульсов Д. Однако необходимость применения в известных устройствах реверсивного двигателя, связанного с регуля тором уставки через дополнительные механические элементы, снижает надежность системы регулирования. Кроме того, использование этих элементов накладывает значительные огра чения на быстродействие регулирован Цель изобретения - повышение .надежности системы регулирования и быстродействия регулирования путем исключения из системы регулировани ряда электромеханических и механич ких звеньев. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее фо мирователь прямоугольных импульсов пороговый элемент, входы которых объединены и являются входом устро 984 ства, три счетчика импульсов,первый из которых является реверсивньтм, два одновибратора, вход первого из которых подключен к выходу формирователя прямоуго/гьных импульсов, а вход второго - к выходу порогового элемента, четыре логических элемента И, два генератора тактовых импульсов, выход первого из которых подключен к первому входу четвертого логического элемента И и через делитель к первому входу третьего логического элемента И, два RS -триггера, R-входы которых объединены и подключены к выходу второго одновибратора,при этом S -вход первого -триг- . гера соединен с входом нулевой установки первого счетчика импульсов и с выходом первого одно- вибратора, S -вход второго RS -триггера - с выходом переполнения первого счетчика импульсов, входы прямого и обратного счета которого соединены соответственно с выходом третьего и четвертого логических элементов И, инверсный и прямой выходы первого RS -триггера соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого логических элементов И, а инверсный и прямой выходы второго RS -триггера - с первыми входами первого и второго логических элементов И, выход порогового элемента соединен с вторым входом второго и череэ инвертор с вторым входом первого логического элемента И, третьи входы первого и второго логических элементов И объединены и выход первого логического элемента И соединен с входом прямого счета второго счетчика импульсов, снабжено третьим -триггером, третьим одновибратором, логическим элементом сравнения на равно, логическими элементами И-НЕ и ИЛИ, причем выход одновибратора соединен с S -входом третьего 5 -триггера, а вход - с выходом последнего разряда третьего счетчика импульсов, выход логического элемента сравнения на равно соединен с Ч -входом третьего 5s-триггера, входы логических элементов И-НЕ и ИЛИ поразрядно объединены один с другим и с соответСТВУЮ1ДИМИ выходами разрядов второго счетчика импульсов и,входами первой группы входов сравнения логического элемента сравнения на равно, BTopa f группа входов которого соединена с Быходами разрядов третьего счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом второго генератора тактовых импульсов, а один из выходов разрядов - с объединенными третьими входами первого и второго логических элементов И, четвертые входы которых подключены соответств но к выходу логических элементов И-Н и ИЛИ,, при этом второй счетчик импул сов выполнен реверсивным и его вход обратного счета подключен к выходу второго логического элемента И, а выход третьего S -триггера является выходом устройства. Устройство для регулирования напряжения формирует выходной управляющий сигнал с длительностью (при постоянном периоде следования), изменяющейся до тех пор (и в соответствующую сторону), пока не будет полностью отработано отклонение напряжения. На фиг.1 представлена структурная схема устройства для регулирования напряжения, на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства. Устройство содержит формирователь 1 прямоугольных импульсов по п реходу синусоиды контролируемого на пряжения через ноль, пороговый- элемент 2, обрезающий входную синусоиду на заданном уровне амплитудного значения напряжения и формирующий по этому порогу прямоугольные импульсы (фиг.2), генераторы 3 и 4 так товых импульсов, одновибраторы 5-7, выполняющие функции схемы начальной установки, RS -триггеры 8-10,логические элементы И 11-14, делитель 1 частоты, первый реверсивный счетчик 16 импульсов, имеющий входы прямого ,(+Т) обратного (-Т) счета, . R -вход нулевой установки и йыход переполне ния .при сложении +Р на котором фор мируется импульс при переходе состоя ния разрядов реверсивного счетчика из минимального (все разряды имеют состояние логической единицы) в нулевое (состояние всех разрядов - ло гический ноль), второй реверсивный счетчик 17 импульсов, имеющий входы прямого (+Т) и обратного (-Т) счета и выходы разрядов Q QH счетчик 18 импульсов прямого счета со счетным входом Т и выходами разрядов 01о Qr логический элемент И-НЕ 19, логический элемент ИЛИ 20, логический элемент 21 сравнения, формирую цлй на своем выходе сигнале, когда на его входы сравнения Bi-B поступают одинаковые комбинации логических сигналов, и и)зертор 22. Выход RS-триггера 10 непосредственно подключается, через усилительный элемент к трансформатору фазового компаундирования либо непосредственно к обмотке возбуждения генератора, регулируя таким образом ток в обмотке возбуждения. Эквивалентным исполнением устройства для регулирования напряжения может быть замена двух генераторов 3 и 4 тактовых импульсов генератором с соответствующим делителем частоты. Принцип работы устройства заключается в вычислении отклонения мгновенного значения амплитуды на- пряжения Urn от номинального значения UmH и изменении длительности выходного управляющего импульса (при-постоянном и достаточно малом периоде следования) в соответствующую сторону до тех пор, пока отклонение не будет отработано до нуля. Дпя определения величины отклонения UVYI от Уцщ из полуволны СИНусоиды по заданному порогу формируется прямоугольный импульс (фиг.2). Величина порога Оц должна быть выбрана .татсим образом, чтобы при номинальной амплитуде выполнялось соотношение f2 KD где ft- - коэффициент пересчета деления делителя 15 где t - интервал между точками пересечения прложительной полуволны синусоиды с порогом Uri интервал от начала полу-волны до начала t т.е. г,-: - период генерируемого объектом напряжения. Величина U при этом может быть пределена из выражения . U, Очевидно, что при таком значении п и номинальном значении U/ paвенство fci HS зависит ни от значения частоты контролируемого напряжения, ни от стабильности генератора тактовых импульсов. При равенстве и Jn величи на разности соответствует величине отклонения напряжения. Для того, чтобы это сортветствие бьшо близ-ко к пропорциональному необходим выбирать К 1 . Далее со скоростью, пропорциональ ной величине разности на вы ходе устройства осуществляется измеHeHfie длительности шравляющих импульсов (при постоянном периоде следования) в соответствии со знаком разности до тех пор, пока отклонени не будет отработано до нуля. Частота следования управляющих импульсов .выбирается достаточно выс кой (например, 1-2 кГц), а скорость отработки рассогласования - достато ной для обеспечения допустимой нест бильности напряжения. Устройство работает следующим об разом. Пороговый элемент 2 по порогу ,U|,, -j формирует прямоугольньй импульс длительностью f. Интервал t/i вьщеляется RS -триг гером 8. Для этого по переднему фронту прямоугольного импульса длительностью /2, сформированного по переходам синусоиды Uvn через ноль, одновибратор 5 формирует импульс, устанавливающий RS -триггер 8 в единичное состояние, а по перед нему фронту импульса t с порогово го элемента 2 одновибратор 6 формирует короткий импульс, устанавливающий RS -триггер 8 в нулевое сос тояние. В результате управляемый прямым выходом f2S -триггера 8 логический элемент И 14 пропускает в течение интервала t/i счетные импульсы -fcv непосредственно с генера тора 3 на вход обратного счета счет чика 16. Количество этих импульсов y -Ьи где uu - период следования импульс генератора 3. По окопчани интервала до окончания период i триггер 8 находится в -нулевом состоянии (инверс ный выход - в единичном). На этом интервале управляемый инверсным выходом RS -триггера 8 логический элемент И 13 пропускает поделенные делителем 15 в k раз тактовые импульсы с генератора 3 на вход прямого счета + Т счетчика 16. В момент перехода из максимального состояния счетчика 16 в нулевое (переполнение по плюсу) на его выходе + Р формируется импульс, устанавливающий в единичное состояние предварительно установленный в нулевое состояние одновибратором 6 по началу импульса tj RS -триггер 9. Таким образом, от момента сброса S-триггера в нулевое состояние до момента, его установки в единичное состояние отсчитывается число импульсовО. где текущее число импульсов, отсчитьшаемое счетчиком 16 по входу +Т от начала tj В случае ,., выполняется соотношение tit tt При этом логическим элементом И 11 вьц еляется интервал Для чего используется сигнал с инверсного выхода RS-триггера 9 и проинвертированньй инвертором 15 импульс ti с порогового элемента 2. В течение этого интервала V:ti-t2 тактовые импульсы с одного из выходов разрядов счетчика 18 поступают на вход прямого счета реверсивного счетчика 17, текущее состояние которого пропорт онально длительности формирующегося на выходе устройства управляющего импульса . При этом частотой тактовых импульсов генератора 4, коэффициентом деления используемого выхода разрядов счетчика 18 и емкостью счетчика 17 задается оптимальная зависимость скорости изменения выходного управляющего сигнала от величины отклонения Uw от Umn В случае Uwi Umtt вьсполняется соотношение ,. ри этом логическим элементом И 12 вьщеляется интервал Х J чего используется сигнал с прямого выхода RS-триггера 9 и импульс ti с порогового элемента 2. В течение этого интервала ui-l t тактовые импульсы с второго генера- . . тора А, поделенные в заданное число раз счетчиком 18 пропускаются на вход обратного счета реверсивного счетчика 17, уменьшая его кодовую комбинацию. Таким образом состояние выходов разрядов счетчика 17 изменяется в одну или другую сторону (в соответствии со знаком отклонения 1), от ) и соответственно изменяется длительность выходного импульса и ток возбуя(дения генератора до тех пор, пока вырабатываемое генераторо напряжение не достигнет заданного значения. При достижении счетчиком 17 максимального состояния (состояния всех выходов - логические единицы) на выходе устройства формируется максимальный сигнал (уровень логической единицы, например), обес печивающий максимальный ток возбуждения, и дальнейшее поступление сче ных импульсов на +Т вход счетчик 17 запрещается поступлениемна один из входов логического элемента 11 запиракнцего нулевого уровня с элемен та И-НЕ, подключенного к выходам счетчика 18. При достижении счетчиком 17 мин мального состояния (состояния всех выходов разрядов - логические нули на выходе устройства формируется минимальный сигнал (уровень логиче кого нуля), обеспечивакнций максимальный ток возбузвдения, и дальней шее поступление импульсов на вход обратного счета счетчика запрещается поступлением на один из входов логического элемента И 12 запи рающего нулевого уровня с элемента ИЛИ, подключенного к выходам счетчика 19. . Пропорциональная зависимость между состояниями реверсивного счетчика 17 и длительностью выходного импульса обеспечивается испол зованием логического элемента 21 сравнения, счетчика 18, одновибратора 7 и выходного RS -триггера 10 (фиг.З). При этом частота следо вания выходных импульсов равна частоте тактовых импульсов генератора А, поделенной на коэффициент пересчета счетчика 18. В момент перехода счетчика 18 и максимального состояния в нулевое (последний разряд Qv переходит из 9810 (единичного состояния в нулевое) одновибратор 7 формирует короткий им- пульс, устанавливающий RS -триггер 10 в единичное состояние..Переход CS-триггера 10 в нулевое состояние происходит по импульсу с элемента 21 сравнения в момент, когда состояния выходов счетчиков 17 и 18 станут единичными, т.е. через время, необходимое для отсчета счетчиком 18 определенного числа импульсов, соответствующего текущему состоянию выходов счетчика 17. В результате чем большему числу соответствует состояние считчика 17 тем позже сбрасывается триггер 10 в нулевое состояние, а чем меньшему числу соответствует состояние счетчика 17, тем раньше сбрасывается триггер 10 в нулевсе состояние. Соответственно длительность импульса на прямом выходе выходного триггера 10 прямо пропорциональна числу, соответствукицему состояниям разрядов счетчика 17, а на инвертирующем выходе - обратно пропорциональна . . В зависимости от того, как выполняется выходной усилительный элемент и каким образом он подключается к обмотке возбуждения генератора, может использоваться либо прямой, либо инвертирующий выход триггера 10. Таким образом устройство регулирует ток возбуждения генератора до полной отработки отклонения напряжения от заданного значения, для чего осуществляется изменение длительности импульсов любой заданной частоты следования (достаточно высокой) с постоянным периодом,осуществляющих изменение тока возбуждения, до полной отработки отклонения. Скорость отработки отклонения определяется частотой второго генератора и емкостями счетчиков 18 и 17 и пропорциональна величине отклонения напряжения, что обеспечивает устойчивость регулирования. Точность регулирования напряжения не зависит от стабильности генератора тактовых импульсов, параметров исполнительных элементов, нагрузки генераторов и т.п., а определяется только дискретностью счетных импульсов генераторов тактовых импульсов при соответствующих емкостях счетчиков, а также стабильностью порогового элемента и может быть легко доведена практически до любой заданной величины.. При этом изменения частоты генериру емого напряжения и частоты тактовоranJ

U

&

С

F

-

.е го генератора, обусловленные их нестабильностями, могут привести лишь к незначительному изменению скорости отработки откпонения.

УГ

Utl

Фиг. 2

л ц

LJ L

Г .