Устройство для автоматической синхронизации генераторов переменного тока Советский патент 1986 года по МПК H02J3/42 

;-.,. ., |Йзобрет.ение относится к электроэнергетике и может .быть использовано в системах эяектроснабжения.для включения на параллельную работу син- хронных генераторов, в частности электроагрегатов передвижных электростанций .

Целью изобретения является повышение точности включения на параллельную, работу.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - структурная схема блока формирования сигнала на включение автомата генератора (БФСВ); на фиг.З и4 - варианты возможного исполнения реверсивного счетчика импульсов с раздельными входами управления сложением (+) и вычитанием (-) и с раз- дельньгми входами переполнения при сложении (Р+) и при вычитании (Р-) на базе реверсивного счетчика, имеющего совмещенный вход управления сложением - вычитанием (+) и управления счетом V, а также вариант исполнения счетчика с управляемым коэффидиентом пересчета; на фиг, 5 и 6 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство содержит два.формирователя прямоугольных импульсов 1 и: 2, осуществляющих-- преобразование сину- . соидалышх напряжений синхронизируемых источников .в прямоугольные ;им- . .пульсы, соответствующие по-дожитель- ным полуволнам с.инусоид, синхронные триггеры 3 - .9, соответственно с: первого по седьмой,-при этом триггеры 5-9 снабжены R-входом нулевой установки, а D-входы триггеров 5-8 подключены к источнику Постоянного напряжения, соответствукяцегЬ уровню логической 1, логические элементы ИЛИ 10 - 13, соответственно с первого, по четвертый, генератор тактовых импульсов 14 делитель частоты с управляемым коэффициентом деления 13, имеющий три значения коэффициента деления, три реверсивных счетчика импульсов 16, 17 и 18, первый из которых снабжен входами параллельного . з.анёсения информации D .. . ,D , входом синхронизации записи С, входом размещения сч.ета V, входами управления сложением (+) и вычитанием (-) и счетным входом Т, выходами разрядов счетчика Qa,...,р„ и объединенным выходом переполнения R, ,а второй

1238189 . . 1 . счетчик импульсов 17 имеет, кроме ; входрв (+),(-), Т и выходов разрядов Q вход.нулевой установки. R, раздельные выходы переполнения по

5 сложению и по вычитанию. Устройство содержит также первьй и второй одно- вибраторы : 19 и 20,.формирующие короткий импульс По переднему фронту импульса, первый и второй RS.-тригге 0. ры 21 и 22, выходные импульсные расширители 23 и 24, логич.еский элемент И 25, инвертор 26 и элемент времен- ной задержки 27. .

На структурной схеме (фиг.1) элеГ5 менты 4,9, 12, 13, 25, 26 и 27 самостоятельно не показаны, так как о.нй входят в блок 28 фо.рмирования сигнала на включение автомата генератора (БФСВ), структура которого

20 п.одробн.о показана на фиг.2.

Устройство осуществляет прд.гонку частоты до тех пор, пока и разность и разность частот Л f не при-- мут достаточно малые значения, и да25 лее регулирование частоты будет осуществляться таким образом, чтобы постоянно удерживать значение разности фаз, близкое к нулю. При таком peryjmpoBaHHH время срабатывания ав30 томата генератора t. и разброс вре . 1

мени не оказывают влияние на точность включения на параллельнук) работу.

С целью исключения перерегулировки и возможности появления неустой- 35 чивых режимов, устройство формирует

на выходах подгонки частоты импульс- - ный сигнал. Частота следования импульсов на этих выходах пррпорциЬна льна величине суммЬ 40 г а4Ч +ЬлТ а:(ач +КдТ), (1) где а и b коэффициенты пропорциональности; -. йТ -разность между периодами

напряжения синхронизируемых 45 источников;

к 5b/Q . - , ..

50

Регулирование подачИ энергОносите ля по такому принципу позволяет обеспечить плавную подгонку частоты и фазы синхронизируемого генератора к частоте и ф.азе второго источника при высоком быстродействии подгонки. Для вычисления величины выходного управляющего сигна-па в предлагаемом 55 -устройстве используются точные цифровые .принципы.

Так как вырабатываемая электро- ,агрегатом частота может изменяться

Регулирование подачИ энергОносите ля по такому принципу позволяет обеспечить плавную подгонку частоты и фазы синхронизируемого генератора к частоте и ф.азе второго источника при высоком быстродействии подгонки. Для вычисления величины выходного управляющего сигна-па в предлагаемом устройстве используются точные цифровые .принципы.

Так как вырабатываемая электро- ,агрегатом частота может изменяться

в небольших пределах, разность фаз dvможет быть представлена в виде временного интервала л v между передними фрон тами прямоугольных импульсов, соответствующих напряжениям синхронизируемьгх источников (см.фиг.5) .

При этом в зависимости от расположения фронтов а V может иметь знак больше или м.еньше нуля. Соответственно а Т определяется как , ДТ /Л%7, (2) . где л Ф - интервал между задними . фронтами прямоуголЬнь1Х импульсов, сформированных по синусоидам напряг жений синхронизируемых источников.

При этом, как видно- на временных диаграммах (фиг,5) значение Л Т не зависит от знака и if

и AV., а опреде20

25

30

ляется только их абсолютными величи- нами-.. . , .

Тогда с учетом выражения (2) выра - жение (1) преобразовывается к виду

Z -ar(k-1),/-k/4 f,/3- --at (3) при дц; 0; . .

Z -a(k+1)/AV,/-k/uip /J -aL (4) при д Ч ; О

Вычисление величины Л иЧ. в со- ртветствин со знаком осуществляется . с помощью D-триггеров 5-8, делителя 15 с управляемым коэффициентом деления и реверсивного счетчиКа 13, D- триггер 5 при Л V,. О устанавливается в единичное состояние по переднему фронту с прямого выхода формировате- 35 ля 1 и сбрасывается в ноль по единичному уровню сигнала на R-входе . триггера. Таким образом,, отформирр- вываеТ;СЯ интервал л f для случая л Ч, 0. Аналогично на выходе (фиг.5)ЧО р-триггера 6 ртформировывается интервал, л Ч для случая ач 0, а на выход элемента ИЛИ 10 проходят сигнал как с выхода D-триггера 5, так и с выхода триггера 6, т.е. импульс ,5 на его выходе соответстует значению .лЧ, вне зависимости от его, знака,

Та.ким же образом, используя соответствующие выходы формирователей 1 и 2, на выходе элемента ИЛИ 11 фор-50 мируется сигнал, соответствующий абсолютному значению ДЧ , Выходы элементов 10 и 11 осуществляют управле- Hife сложением либо вычитанием счетных импульсов со счетчика 15, В.ин- 55 тервале д н приходит сигнал разрешения на вход (+) счетчика 17, осуществляется сумг рование импульсов, В

238189

интервале u.w

МО

15

20

25

30

-

)

)

. 35 ЧО ,5

50 55

приходит сигнал разрешения на вход (-) счетчика 27, осуществляется вычитание счетных импульсов . При отсутствии разрешения на входах (+) и (-) счетчик 17 находится в режиме запрета счета.

Вариант исполнения такого счетчика на основе счетчика, имеющего совмещенный вход .(У) вход разрешения счета, счетньщ вхрд Т и совмеп енный вход переполнения, приведен на 5)йг . I Для получения заданных коэффициентов К, К+1 и К-1 используется делитель 15, который при отсутствии управляющих сигналов и V. имеет коэффициент деления К+1, при наличии управляющего сигнала на входе Vj - коэффициент деления К, а при наличии управляк1щего сигнала на вхо де V - коэффициент деления К-1. . Вариант исполнения делителя 15 приведен на фиг,4.

Коэффициенту пересчета К соответ- ствувт собственная eNacoCTb счетчика. . По управляющим сигналам У| или Vj , включается соответствуквдая обратная связь (многовходовые элементы И), подключ:енные к выходам разрядов счет. чика, соответствующим кодам(К и ), по которой осуществляется деление в соответствии с заданными коэффициентами деления.

Таким образом в интервале коэффициент деления делителя 13 равен величине К, в интервале. А Ч при ЛЦ1 О - величине К-1, а в остальные моменты времени, в частности в интервале д V при fiV, - О, коэффициент деления делителя 15 равен величине К+1.

Так как по началу каждого периода одновибратором 20 формируется короткий импульс, устанавливающий & нулевое состояние счетчик 17 и в единичное триггер 22, указывающий знак состояния разрядов счетчика 27, к концу-каждого периода (по началу нового), состояние разрядов счетчика 17 и триггера знака 22 соответствует величине и знаку L либо Lj , т.е, величине - г/а...

По началу каждого Периода одно- вибратор 19 формирует короткий импульс, по окончании которого вторым одновибратором 20 формируется другой короткий установочный импульс. Раз- несение во времени этих импульсов позволяет осуществить по импульсу с

одновибратора 19 надежную перезапись информации в реверсивный счетчик 16 и триггер 3. Таким образом, в нача- де каждого периода состояния разрядов счетчика t6 и вьрсода триггера 3 соответствуют величине и знаку Ц

либо L j .

Счетчиком 18 совместно с триггером 21 осуществляется формирование крротких импульсов на вьпсрдах соответствующих расширителей 23 и 24 с пер иодом следования соответствующим величине и знаку Z, т.е. состоянию разрядов счетчика 16 и триггера 3. ;..., .. . : . ; . .

Для этого на счетные входы Т счетчика 16 и 18 поступают счетные импульсы с -выхода генератора 14 лиЬЬ с выхода делителя 15. Выходы второго триггера 3 осуществляют управление счетчиком 16 таким образом, что счетч.нк 16 отсчитьгоает до нулевого значения количество импульсов, соответствующее абсолютной величине хранящегос/ в нем и в триггере 3 значения. Для этого в начале периода триггер 21 устанавливается, в единичное, разрешающее счет состояние. В случае положительного L, или Lj в счетчике 17 пр исходит. вычитание до момента перехода через ноЛь, по которому импульсом с вь1хода переполнения Р триггер 21 устанавливается в нулевое состояние, запрещая дальнейший счет импульсов. В этот же ин- Т ервал времени пррисходо т суммирование импульсов в счетчихе 18, который управляется по входам (+), (-) и V также, как и счетчик 16.; В результате , чем больше величина Ч., или Ь , тем больше число импульсов необходимо вычитать на каждом периоде из счётчийа 16 и тем чаще формируются кмпульсы на Р счётчика 18, которые, расширяясь ра сшири- тёлем 24 до величины, необходимой для страгивания исполнительного электродвигателя, осуществляют через соответствующие исполнительные элементы уменьшение подачи энергоносителя , т.е. уменьшение частоты (Вых.З).

В случае отрицательного Ц или L в счетчике 16 происходит добавление до момента перехода через ноль, т.е. также отсчитывается число им пульсов, соответствующее абсолютной величине Ц или ь, .

В результате, чем больше абсо- лютноё значение. L или L , тем большее число импульсов отсчитьшается до пер еполнения счетчиком 16, тем боль- 5 шее число добавляется в счетчике 18 и тем чаще формируются управляющие импульсы на выходе Р+ счетчика 18. Сформированзные на выходе счетчика 18 импульсы расширяют ся до необходимой

10 величины расщирителем 23 и осуществляют вращение исполнительного сервопривода в сторону увеличения подачи энер:гоносителя, т.е; в сторону увеличения частоты,

5 Таким образом осуществляется плавная подгонка частоты и фазы практически до нулевого рассогласования и далЬ;Нейщая. их стабилизация.

Оптимальным моментом включения на

0 параллельную работу является момент, когда и , а близким к опти-i. мальному, когда ьМ и if не превышают заданных достаточно малых зна чений 44,. и f j«g.

5. Сравнение й:ф, с AV и с &f, а также формирование сигнала на включение, осуществляется блоком формирования сигнала на включение автомата генератора (БФСВ), структурная

0 схема которого приведена на фиг.2.

Элементами ИЛИ 12 и И 25 осуществляется анализ вхождения величинL, или U, в заданную зОну их значений по абсолютной величине. В случае . положительных значений анализ осуществляется элементом И 25, на выходе которого подключаются соответствующие выходы счетчика 16. В случае отрицательных значений анализ осуQ ществляется элементом ИЛИ 12 с соответствующим подключением выходов счетчика 16.

В начале периода, когда состояние выходов сЧетчИ:ка 16 соответствует величинами, или Ь., результат сравнения записывается в триггер 4. Очевидно, что при условии Достаточно .малого значения лч вхождение в область малых значений величин L, или L , указывает, что в область малых отклонений входит и величина uf. Для этого импульс, соответствующий лч , сравнивается с помощью элемента 27 временной задержки одного фронта им5

пульса с заданным значением (фиг. 6) . При U Ц) - а в триггер 9 постоянно перезаписывается уровень логического О, а при дч - уровень

:лргической .1, который запоминается в триггере 9, т/е. поступает на его Bi ixofl только в случае разрешающего уровня на его D-входе, т.:е. при . df

Я

и 3 о б ре тения

Фор мул а

20

25

30

Устройство для автоматической синхронизации генераторов переменнр- го тока, содержащее два.фррмнровате- О ля прямоугольных импульсов, три синхронных D-триггера, третий из которых вьтолнен с R-входрм нулевой установки и D-входом., подключенным к источнику пострянного напряжения, соответствующего уррвйю логической единицы, RS-триггер, два логических элемента ИЛИ,,реверсивный счетчик импульсов, и логический элемент И, входы которого подключены к выходам разрядов реверсивного счетчика импульсов, р т л И ч а ю щ е е с я. тем, что, с целью повышения точности включения на параллельную рабрту путем исключения влияния на точность времени срабатывания коммутационной /аппаратуры, устройство дополнительно снабжено четвертым, пятым, шестым и седьмым синхронными D-триггерами с

R-входами нулевой установки, втррым RS-триггером, выход которого подключен- к ОгвхоДу первого D-триггера, генератором тактовых импульсов, делителем с управляемым коэффициентом деления, имеющим два входа управления коэффициентом пересчета и счетный вход, подключенный к выходу генератора тактрвых импульсов, третьим и четвертым логическими элементами ИЛИ, выход последнегр из. которых подключен к D-входу второго D-триггера, вторым и третьим реверсивными счетчиками импульсов, двумя одновиб- раторами, двумя расширителями:импульсов. Инвертором и элементом временной задержки, вход которого подключен к выходу инвертора и С-входу седьмого D-триггера, а выход - к D-входу седьмого триггера, причем в качестве первого реверсивного счетчика использован счетчик с входами параллельного занесения информации,

входом синхронизации записи, входом

разрешения счета, входами управления сложение м и вычитанием, счетным вхо- 55 дам. и совмещенным вьгходом переполнения, в качестве второго реверсивного счетчика - счетчик со счетным

45

50

15

35

40

20

25

0

О

5

5

0

втсрдом нулевой установки, входатчи- управления слржением и вычитанием, выходом перепрлнения п.о сложению, выходом переполнения по вычитанию и выходами разрядов счетчика, в качестве третьего реверсивного счетчика - счетчик со счетным входом, входами управления слржением и вьгчитанием, входрм разрешения счета, выходом пе-. реполнения по сложению и выхрдом переполнения по вычитанию, при) этом D-входы четве:рт ог6, пятого и шестого D-триггеров объединены с D-входрм третьего D-триггера, прямой выход 15 п ервргр формирователя прямоугольных импульсов подключен к входу первого одновибратора к С-входу третьего и R-вхоДу четвертого D-триггера, а инверсный выход к С-входу шестого D-триггера, прямой выход второго формирователя, прямоугольных импульсов подключен к R-входу третьего и С-входу четвертого D-триггера, а инверсный выход - к R-входу пятого и С-входу шестого D-триггера, выходы третьего и четвертого Р-триггеров подключены к соответствующим входам первого логического элемента ШШ, а выхрды пятого и шестого D-триггеров- к входам вторРго логического элемен- та ИЛИ, первый и второй входы уп- ,равления делителя с управляемым коэффициентом пересчета подкл|рчены соответственно к выходу четвертогр D- триггера и подключенному к входу управления вычитанием второго ревер- сивного счетчика импульсов выходу второго лог ического элемента ИЛИ, счетньяй вход второго реверсивного счетчика подключен к выходу делителя с управляемым коэффициентом деления, вход управления сложением - к выходу первого логичёскрго элемента ИЛИ и входу инвертора, вход нулевой установки - к S-входу второго RS- триггера, выходу второго одновибратора и С-входу второго D-триггера, а выход переполнения при вычитании - к R-входу второгр RS-триггера, выход первого одновибратора соединен с входом синхронизации записи первого ре-, версивного счетчика с S-входом первого RS-триггера, С-входом первого D-триггера и входом второго одновиб- ратрра, входы параллельного занесе- ния информации первого реверсивного счетчика импульсов подключены к выходам разрядов в.торого реверсивнрго

5

0

счетника, счетные входа, «ходы разрешения счета, управления сложением и вычитанием первого и третьего реверсивного счетчиков импульсов попарно объединены и соединены соответст- венно с выходом делителя, с управляе- мь1м коэффициентом деления, либо с выходом генератора тактрвьгх импульсов с выходом первого RS- триггера, R-вхрд которого подключен к совмещенному выходу пер еполнения первого реверсивного счетчика импульсов, с инверсным выходом первого D-триггера И с пряммм выходом пер-вого ЕНтриггё- ра, логический элемент И снабжен др полннтельным входом, подключенным к прямому вьгходу цервого р- триггера, -ВХОДЫ четвертого логического элемента

ИЛИ подключены соответственно к выходу логического элемента И и выходу третьегр.логического элемента ИЛИ, один из входов которого соединен с инрерсным выходом первого D -тригге- ра, а остальные входы - с выходами разрядрв первого реверсивйого счетчика, выход вторРго D-триггера Подсоединен к R-входу седьмого D-триг- гера, выход которого является выходом устройства для включения на па- раллель,ну10 ра.боту, выходы переполнения третьего реверсивного счетчика подключены через соответствующие выхрдные расширители импульсРв к исполнительному элементу, осуществляющему изменение подачи топлива в двигатель в соответствующую сторону.

1238189 Д

БФСВ

гв

27

м

iuf.f.

гН

«я

-I с

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в системах электроснабжения для включения на параллельную работу синхронных генераторов, в частности электроагрегатов передвижных электростанций. Цель изобретения - повышение точности включения на параллельную работу. Устройство осуществляет подгонку частоты до тех пор, пока и разность фаз 4V и разность частот uf не примут достаточно малые значения и далее регулировзние частоты будет осуществляться таким образом, чтобы постоянно удерживать значение разнбс Ги фаз, близкое к нулю. При таком регулировании время срабатывания автомата генератора t и разброс времени не оказывают влияния на точность включения на параллельную работу. С целью исключения перерегулирования и возможности неустойчивых режимов устройство формирует на вьссодах подгонки частоты импульсный сигнал. Частота следования импульсов на этих выходах пропорциональна величине суммы Е аду+Ь/1Т а(йЧ +К(Т), где а и b - коэффициенты пропорциональности, дТ - разность между периодами напряжения синхронизируемых источников, .Регули- рование подачи энергоносителя по такому принципу позволяет обеспечить плавную подгонку частоты и фазы синхронизирующего генератора к частоте и фазе второго источника при высоком быстродействии подгонки. Для вычисления величины выходного управ- ляющего сигнала в изобретении используются точные цифровые принципы с использованием вычислительной техники. 6 ил. . а C/J с to СдЭ 00 00 :о

фиг. 5

Фчг.