Импульсный синхронизатор Советский патент 1985 года по МПК H02J3/42 

Изобретение относится к электроэнергетике и может бытв использовано в системах электроснабжения для вклю чения на параллельную работу синхронных генераторов. По основному авт.св. № 862314 известен импульсный синхронизатор, который содержит.два входных блока, состоящих из формирователей управляющих, прямоугольных и вспомогательных импульсов, каждый переключатель каналов, состоящий из двух выявителей знака скольжения и двух схем ИЛИ. блок срабатывающих импульсов, состоящий из схемы ИЛИ и генератора сраб-атывающих импульсов и блок включения, состоящий из двух счетчиков, схемы совпадения, дещифратора, триггера, схемы ИЛИ и схемы И. Каждый из гллявителей знака скольжения в переключателе каналов в свою очередь состокт: из двух схем И и триггера, В калодом из входных блоков формирователь управляющих импульсов подключен cnoiiM входом к соответственно му синхронизируемому генератору, формг-трователь прямоугольных импульсов, г.йоим входом подключен к выходу фор1 ирователя управляющих импульсов формирователь управляющих импульсов cHOJiM входом подключен к выходу формирователя прямоугольных импульcoBj, в переключателе ка1галов первая схема И каждого из выявителей знака скольжения своими входами подключена к выходу формирователя прямоугольных импульсов своего канала, к : ыходу формирователя управляющих импульсов соседнего канала и к нулевому выходу триггера выявителя знака скольжения соседнего канала, : вторая схема И каждого из выявителей знака с.кольженмя своими входами подключена к выходу формирователя вспомогательных импульсов своего канала, к выходу формирователя управляющих импульсов соседнего канала и к нулевому выходу триггера выяв.ителя знака скольжения соседнего канала,- триггер каждог из выявителей знака скольжения своим единичным входом подключен к выходу второй схемы И своего выявителя знака скольжения, а нулевым входом подключен к выходу генератора сбрасывающих и.1пульсов, первая схема ИЛИ входами подключена к выходам вторых схем И выявителей знака . скольжения, а вторая схема ИЛИ свои, ми входами подключена к выходу первых схем И выявителей знака скольжения, в блоке срабатьшающих импульсов схема ИЛИ своими входами подключена к выходам первой и второй схем ИЛИ переключателя каналов, генератор срабатьшающих импульсов своим входом подключен к выходу схемы ИЛИ, в блоке включения первый счетчик записывающим входом подключен к выходу первой схемы ИЛИ переключателя каналов, а сбрасьшающим входом подключен к выходу схемы ИЛИ блока включения, второй счетчик записьгоающим уходом подключен к выходу второй схемы ИЛИ переключателя каналов, а срабатьшающим входом подключен к выходу генератора сбрасьгоаюи их импульсов, схема совпадения подключена своими входами к выходам первого и второго счетчиков, дещифратор своими входами подключен к выходам первого счетчика, триггер единичным входом подключен к выходу дещифратора, а нулевым входом подключен к выходу генератора сбрасьшающих импульсов , схема ИЛИ своими входами подключена к единичному выходу триггера и к выходу генератора сбрасывающих импульсов, схема И своими входами подключена к выходу схемы совпадения и к единичному выходу триггера, выход схемы И подключен к входу цепи включения генераторного выключателя. Синхронизатор вырабатьгеает команду на включение генераторного выключателя с постоянным временем опережения на основе анализа количества совпадений управляющих импульсов большей частоты сначала со вспомогательными, а затем с прямоугольными импульсами меньшей частоты. Формирование команды производится при условии, что коли- чество совпадений N управляющих импульсов со вспомогательными превьщ1ае т допустимое их число Мда,в момент очередного совпадения управляющего импульса с прямоугольным,если число предыдущих совпадений стало равным , Значение N . значение Пл,устанавливается при настройке синхронизатора в зависимости от допустимой разности частот utoon l , Недостатком известного синхронизатора является то, что он имеет низкую точность при мальгх фактических разностях частот uf, когда подключавмы генератор близок к зависанию п отношению к работающему, и малых значениях Маоп(это соответствует бол шим допустимым разностям 4acTOTAf jon Ошибка возникает в случае переполне- ния первого счетчика в блоке включения/ Действительно, после переполне ния счетчика, имеющего конечную емкость N дальнейшее поступление им-v пульсов на его вход приведет к записи в счетчике числа дМ,которое в общем случае будет меньше истинного значения uN на величину М : uN AN-kNi k 0,1,2... , U где К - количество имевших NtecTo последовательных переполнений счетчика Величина ошибки будет тем больше чем больше uN отличается oTuN. При этом команда на включение генераторного выключателя будет подана с недолетом по углу опережения, величина которого (недолета) в наиболе неблагоприятном случае ( N 0 будет равна углу, более соответствую щему в системе отсчета генератора меньшей частоты интервалу времени Т ЬО , где Т,.- длительность периода меньшей частоты; -длительность прямоугольных и вспомогательных импульсов Принцип действия синхронизатора .требует, чтобы величина ,с одной стороны, была возможно большей для увеличения точности фиксации допусти мого значения разности частот ufaon С другой стороны, не должно превы:шать длительность половины периода ; большей частоты ,когда эта частота принимает наибольшее из допустимых значений fg, чтобы не нарушилась логика работы синхронизатора. Приняв, для определенности, BtZltrT/vi/u получим максимальное значение угловой ошибки d 90элек трических. Такая ошибка в большинстве практических случаев не может быть принята ни по требованиям к качеству напряжения, ни по броскам уравнительного тока в синхронных генераторах. К недостатку известного синхронизатора относится возможность неправильного построения времени опережения в случае неблагоприятного (по моменту времени) подключения входных Цепей синхронизатора к синхронизируемым генераторам - когда управляющие импульсы меньшей частоты совпадают сначала с прямоугольными, а затем и со вспомогательными импульсами большей частоты. При этом в течение первого после подключения периода биений последовательность работы первого и второго счетчиков меняется на обратную и время опережения строится в сторону отставания, что также может привести к синхронизации с недопустимо большей угловой ошибкой. / Цель изобретения - повьш1ение точности работы импyльcнo o синхронизатора. Цель достигается тем, что в им- пульсном синхронизаторе единичный выход триггера каждого выявителя знака скольжения соединен с четвертью дополнительным входом первой схем1)1 И, а блок включения снабжен вторым триггером, дешифратор блока включения выполнен с вторым выходом для снятия- информации о переполнении первого счетчика, причезг второй триггер своим нулевым входом подключен к выходу генератора сбрасьтающмх импульсов, сдиничньп) входом подключен к второму выходу дешифратора, третий дополнительный вход схемы И блока включения подключен к нулевому выходу второго триггера, а .единичный выход второго триггера подключен к зажиму для подключения к входу прибавить частоту регулятора частоты вращения первичного двигателя подключаемого генератора. На фиг.) приведена схема предлагаемого импульсного синхронизатора; на фиг.2 - диаграммы сигналов в различных точках этой схемы. Схема импульсного синхронизатора включает входные блоки 1 и 2, формирователи 3 и З управляющих импульсов , .формирователи 4 и 4 прямоугольных импульсов, формирователи 5 и ь вспомогательных и-тупъсов, переключатель 6 каналов, выявители знака скольжения 7 и 7, первые схемы И 8 и а , вторые схемы И 9 и 9V выявителей знака скольже1П1я, триггеры 10 и 10 выявителей знака скольжеч ния, первая П и вторая 12 схемы ИЛИ переключатепей каналов, блок 13 включения, первый 14 и 15 счетчики, схема ,16 совпадени , дешифратор 17, схема ШШ 18, первый триггер 19 блока , схема И 20, блок 21 сбрасывающих импульсов, схема ШШ 22 блока сбрасьшагощих импульсов, генератор 23 сбрасывающих импул сов, цепь 24 включения генераторного выключателя, второй триггер 25 блока включения, вход 26 прибавить частоту регулятора частоты вращения первичного двигателя подключаемого гене ратора. Номера диаграмм - цифры вдоль оси ординат - соответствуют номерам блока синхронизатора (фиг.2). Временные диаграммы работы блоков 3,4, 5иЗ, 4 , З для наглядности совмещены и представлены в качестве диаграмм блоков I и 2, а синусоиды входных напряжений U и Uj на фиг.2 опущены. Для определенности принято, что частота подключаемого генератора f больше частоты работающего Генератора F ,и рассматривается случай переполнения -первого счетчика 14 блока включения. Напряжение U;, (U) подается на вход формирователя управляющих импульсов З(З) ,вход которого подключен к входу формирователя прямоугольных импульсоб 4(4) своего канала и к входу первой 8(у) и второй 9 (9/ схем И выявителей знака скольжения 7 (7, соседнего канала. Выход формирователя прямоугольных импульсов 4(4) подключен к входу формирователя вспомогательных импульсов 5(5/ и к входу первой схемы И 8(8 выявителя знака скольжения своего канала. Выход формирователя вспомогательных импульCOD 5 15) подключен к входу второй 9(9) схемы И выявителя знака скольже ния 7(7) своего канала. Выходы первых схем И 8(8 ) цодключены к входам второй схемы ИЛИ 12 переключателя 6 каналов. Выход второй схемы И 9(9) подключен к единичному входу триггера 10(10) выявителя знака скольжения 7(7) своего канала и к входу первой схемы ИЛИ 11 переключателя 6 каналов. Нулевой вы ход триггера 10(10) подключен к входам схем И 8 и 9 (8 и 9 соседнего капала, а единичный выход триггера 10 (10) подключен к входу схемы И 8(8) своего канала. Выход первой схемы ИЛИ 11 подключен к записывающему входу первого счетчика 14 блока 13 включения и к входу схемы ИЛИ 22 блока 21 сбрасывающих импульсов, выход второй схемы ИЛИ 12 подключен к записывающему входу второго счетчика 15 блока 13 включения и к входу схемы ИЛИ 22 блока 21 сбрасывающих импульсов. Выходы первого счетчика I4 подключены к входам дешифратора 17 и к входам схемы 16 совпадения, к другим входам которой подключены выходы второго счетчика 15. Первый выход дешифратора 17 подключен к единичному входу первого триггера 19, а.второй выход дешифратора 17 подключен к единичному входу второго триггера 25 блока 13 включения. Выход схемы 16 совпадения подключен к входу схемы И 20, единичный выход первого триггера 19 подключен к входу схемы ШШ 18 .и к входу схемы И 20, нулевой выход второго триггера 25 подключен к входу схемы И 20, а .его единичный выход подключен к входу прибавить частоту регулятора частоты вращения первичного двигателя подключаемого генератора. Выход схемы ИЛИ 1В подключен на сбрасьшающий вход первого счетчика 14. Выход схемы ИЛИ 22 блока 21 сбрасьгоающих импульсов под ключен к входу генератора 23 сбрасывающих импульсов, выход которого подключен к сбрасывающему входу второго счетчика 15, к нулевым входам первого 19 и второго 25 триггеров и к входу схемы ИЛИ 18 блока 13 включения,а также к нулевым входам триггеров 10 и 10 переключателя 6 каналов. Синхронизатор работает следующим образом. Входные блоки 1 и 2 формируют пакеты импульсов меньшей и большей частот,жестко привязанные по фазе к синусоидам синхронизируемых напряжений. При этом управляющие импульсы формируются в момент перехода синусоид через нуль, формирователи прямоугольных импульсов 4 и 4 запускаются по переднему фронту управляющих импульсов 3 и З , а формирователи вспомогательных импульсов 5 и 5 - по заднему фронту прямоугольных импульсов 4 и 4 . До выхода второго (подключаемого} генератора на режим по частоте синхронизатор подключен только к первому (работающему) генератору (интервал TO на фиг.2|, сигналы на входе, входного блока 2, а значит и на выходах схем И ,9 и В ,9 и схем ИЛИ 11 и 12, отсутствуют, генератор 23 сбрасывающих импульсов разблокирован и генерирует импульсы, которыми устанавливаются в. нуль триг геры 10 ,10 ,19 и 25 и счетчики 14 и 15. Если подключение второго генератора к синхронизатору произведено в момент времени,- когда пакеты им:пульсов с выходов блоков 1 и 2 не перекрываются, то состояние синхронизатора не изменится и будет соответствовать интервалу времени на фиг.2. Подключение второго генератора к синхронизатору в наиболее неблаго;приятный момент времени - когда управляющие химпульсы 3 меньшей частоты совпадают с прямоугольными импульсами 4 большей частоты - состоя ние синхронизатора не изменит,поскольку на входе схемыИ 8 будет присутств вать только три сигнала из необг одимых четырех:импульсы Зи 4, а также высокий потенциал с нулевого выхода триг гера 10. Для остальных схем И (8,9 к 9} количество входных сигналов будет тем более недостаточным для их открытия. С течением времени импульсы 3 сов -. местятся с импульсами 5 ,что создает условия для открывания схемы И 9. Штульсы с вьсхода этой схемы переведут, в единичное состояние времени триггер 1 о ,через схему ШШ II попадут непосредственно на вход счетчика 14, и через схему ШШ 22:на блокирую щий вход генератора 23 сбрасьшающих импульсов, который заблокируется, чем обеспечит работу счетчика 14 в режиме счета.-С единичного выхода триггера 10высокий потенциал поступит на вход схемы И 8,которая останется в закрытом состоянии из-за отсутствия совпадения импульсов 3 и 4 .Уменьшение до нуля потенциала на нулевом выходе триггера 10 обеспечит закрытие схем И 8 и 9. Заполнение счетчика 14 до уровня Мвоц(э фиг.2 принято ) приведёт «/ rtfttJtnn / ТЛГЧТ TTI tin TT a Tkn/ML TaUrV/AfTO к появлению сигнала на первом выходе дешифратора 17, который переведет триггер 19 в единичное состояние. При этом формируется импульс На сброс счетчика 14 через схему ИЛИ 18 - интервал С на фиг.2. Попутно подается разрешающий потенциал на вход схемы И 20, подтверждающий допустимость разности частот f .. Дальнейшее перемещение импульсов 3 по импульсам 5 нриведет к записьюанию в счетчике 14 числа N-Nqon,которое после расхождения пакетов и яlyльcoв 3,4,5 и 3,4,5 сбросится импульсами генератора 23 после его разблокировки, вследствие исчезновения импульсов на выходе схемы И 9 ,а значит и на выходах схем ИЛИ 22 и 22 - интервал на фиг.2. Триггеры 10 и 19, счетчик 14 установятся в нулевое положение. С течением времени возникает предпосыпка для нормальной работы синхронизатора наступит совпадение импульсов 3 с импульсами 5, т.е. управляющих импульсов большей частоты со вспомогательными: иьшульсами меньших частот - интервал €.Условно примем, что разность частот f и fd настолько мала, что в счетчике 14 не только записалось число импульсов на входе схемы ИЛИ 1 1 от схемы И 9, но и произошла установка счетчика 14 на нуль, после чего при подсчете N-Nnon произошло его переполнение. В результате на втором выходе дешифратора 17 появится сигнал, обеспечивающий переброс в единичное состояние триггера 25 и формирование на его единичном выходе сигнала прибавить частоту подключаемого (второго) генератора, Исчезновениеiвысокого потенциала на нулевом выходе триггера 25, обусловит запирание схемы И 20, что исключит подачу команды в цепь 24 включения генераторного выключателя с ошибкой, возникающей из-за переполнения счетчика 14. Работа синхронизатора при приемлемой разности частот соответствует интервалу В процессе движения импульсов 3 по импульсам 5 с выхода схемы И 9 через схему ИЛИ II в счетчик 14 сначала запишется число ООП 3. потом и число N-Mqo«, как это имело место на интервалах fi , Tj Переход импульсов 3 на импульсы Vn nr1Л ЛТТТГТТ«-Г - Т Я tJ-o гк.-тгг 4 обусловит появление импульсов на выходе схемы И 8, откуда они через схему ШШ 12 поступят на счетный вход счетчика 15. При накоплении в нем числа импульсов срабатьшает схема 16 совпадения, выходной сигнал которой через схему И 20 поступит в цепь 24 включения генераторного выключателя. При разности частот выше допустимой в процессе движения импульсов Зпо импульсам 5 в счетчике 14запишется число меньшее, чем Nnon ,сигнал на первом выходе дешифратора 17 не появится, триггер 19 останется в нулевом состоянии, потенциал на его единичном выходе останется низким, что не позволит открыться выходной схеме И 20 в цепи 24 включения генераторного выключателя. Синхронизатор может быть выполнен на базе интегральных микросхем любой серии, содержащей в своем составе схемы И, ИЛИ, статические триггеры, счетчики, дешифраторы. Схемные решения формирователей импульсов, схемы совпадения, генератора сбрасывающих импульсов на базе злементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ широко освещены в технической литературе. Предлагаемый синхронизатор прост по используемой злементной базе, имеет высокую точность во всех возможных ситуациях подключения его к синхронизируемым генераторам и во всем диапазоне допустимых разностей частот, включая очень малые, чем выгодно отличается от известного. Технико-экономический эффект предлагаемого устройства заключается в повьпиении качества электрической энергии в. системах электроснабжения при синхронизации.и в исключении случаев неисправного включения синхронных генераторов на параллельную работу, которые могут вызвать аварии в системах электроснабжения.

ИМПУЛЬСНЫЙ СИНХРОНИЗАТОР по авт.св. № 862314, отличающи с я тем, что, с целью повьшения точ ности работы, единичный выход тригге ра каждого выявителя знака скольже.ния соединен с четвертым дополнитель :ным входом первой схемы И, а блок включения снабжен вторым триггером, дешифратор блока включения выполнен с вторым выходом для снятия информации о переполнении первого счетчика, причем второй триггер своим нулевым уходом подключен к выходу генератора сбрасьшающих импульсов, единичным входом подключен к второму выходу дешифратора, третий дополнительный вход схемы И блока включения подключен к нулевому выходу второго триггера, а единичный выход второго триггера подключен к зажиму для подключения к входу прибавить частоту регулятора частоты вращения первичното двигателя подключаемого генерато- 3 ра. 4 ЬшА О