Регулятор частоты Советский патент 1987 года по МПК H02P9/04 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в системах регулирования частоты вращения генераторов передвижных электроагрегатов.

Целью изобретения является повышение точности регулирования частоты за счет обеспечения одинаковой крутизны и пропорциональной зависимости скважности выходного сигнала при разных знаках отклонения частоты объекта регулирования от номинального значения.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2-4 - временные диаграммы, поясняющие работу предлагаемого устройства.

Устройство содержит входной формирователь 1 прямоугольных импульсов, генератор 2 импульсов эталонной частоты, первый одновибратор 3, второй одновибратор 4, счетчик обратного счета 5, имеющий счетный вход «-1, входы параллельной синхронной записи DO,.., Dn и вход синхрониза- ции записи С, выходы переполнения «Р- и

выходы разрядов Qo,...,Qm, Qm+l,---,Qn ,

первый RS-триггер 6, параллельный синхронный регистр 7 с С-входом синхронизации записи и информационными входами DO,..., Dm, Dm-i-i.--MDm-i-3, счетчик прямого счета 8 со счетным входом «Т, выходом переполнения «Р+ и выходами разрядов счетчика QO, Qi,...,Qm, Qm-1-i, генератор счетной частоты 9, второй RS-триггер 10, элемент сравнения 11 (на равно), первый и второй элементы ИЛИ 12 и 13, первый и второй эле- йенты И-НЕ 14 и 15, первый и второй элементы И 16 и 17 и постоянное запоминающее устройство 18.

Вход первого 3 одновибратора подключен к выходу входного формирователя 1 прямоугольных импульсов, первые ш информационных входов параллельного синхронного регистра 7 подключены к соответствующим первым выходам разрядов счетчика 5, а вход синхронизации записи - к выходу первого

3одновибратора, генератор счетной частоты 9 подключен к счетному входу счетчика прямого счета 8, вход второго одновибратора

4соединен с выходом первого одновибратора 3, п выходов постоянного запоминающего устройства подключены к входам параллельной записи счетчика обратного счета, S-вход первого RS-триггера 6 соединен с выходом второго одновибратора 4 и входом синхронизации записи счетчика 5, а R-вход - с выходом переполнения счетчика 5, первая группа из входов элемента сравнения 11 подключена к выходам разрядов счетчика прямого счета 8, вторая группа входов - к первым т + 1 выходам параллельного синхронного регистра 7, выход элемента сравнения подключен к R-входу второго RS-триггера 10, S-вход которого подключен к выходу переполнения счетчика прямого счета 8, выход генератора эталонной частоты 2 соединен с счетным в ходом счетчика

5

Q

0

5, вторая группа из п-m выходов которого подключены к входам первого элемента ИЛИ 12 и первого элемента И-НЕ 14, выход первого элемента ИЛИ 12 соединен с первым входом второго элемента И 17, второй вход которого подключен к прямому выходу первого RS-триггера 6, выход первого 14 элемента И-НЕ соединен с первым входом второго элемента И-НЕ 15, второй вход которого подключен к инвертирующему выходу первого RS-триггера 6,(т4-1)-й информационный вход паралелльного синхронного регистра 7 подключен к прямому выходу первого RS-триггера 6,(m-j-2) -и вход - к выходу второго элемента И 17, (т+3)-й - к выходу второго элемента 15, (т+2)-й информационный выход параллельного синхронного регистра 7 подключен к первому входу второго элемента ИЛИ 13, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И 16, (т-|-3)-й информационный выход параллельного синхронного регистра 7 подключен к первому входу первого элемента И 16, второй вход которого соединен с прямым выходом второго RS-триггера 17.

Выходом устройства является выход элемента ИЛИ 13, сигнал с которого подается на исполнительный электромагнит, регулирующий подачу топлива в двигатель. При обесточенной катущке электромагнита якорь выдвинут пружиной и подача топлива максимальная. При увеличении среднего тока в катущке якорь втягивается, умень- щая подачу топлива и соответственно умень- щая частоту f и увеличивая период .

Устройство работает следующим образом.

Электроагрегат вырабатывает напряжение и с частотой f (номинальное значение частоты н), которое преобразуется формирователем 1 в прямоугольные импульсы (фиг. 2 а).

По переднему фронту импульса с формирователя 1 одновибратор 3 формирует короткий импульс (фиг. 2 б) перезаписи в регистр 7 состояния его информационных входов. По окончании импульса перезаписи по его заднему фронту (для чего одновибратор 4 может иметь инвертирующий вход) одновибратор 4 формирует короткий установочный импульс (фиг. 2 в), приводящий в исходное состояние счетчик 5 и триггер 6 (фиг. 2 г).

При этом в счетчик 5 заносится в качестве исходного заданный код с постоянного запоминающего устройства 18, которое может представлять собой систему перемычек между соответствующими входами параллельной записи счетчика 5 и источниками логического нуля и единицы. Значение кода задается постоянно для конкретного устройства в соответствии с выбранной частотой генератора 2, емкостью счетчика 5.

Каждый импульс уменьщает состояние счетчика 5 на единицу, начиная от исходного

0

5

0

5

15

Qm+2 регистра 7 уровень логической единицы, который поступает на один вход выходного элемента ИЛИ 13, и при этом на выходе устройства формируется постоянный сигнал логической единицы (независимо от состояния на втором входе элемента ИЛИ 13), осуществляющий максимальное воздействие на исполнительный электромагнит с целью уменьшения частоты генерируемого электроагрегатом напряжения.

В случае, если Д{ имеет отрицательный зпак (ДТ - положительный), т.е. н и выходит за заданную зону, на выходе Qm+з регистра 7 уровень логического нуля, который потупает на один вход элемента И 16. При этом на выходе элемента И 16, независимо от состояния на его другом входе, уровень логического нуля. При нулевом логическом уровне на выходе Qm+з, на выходе Qm-b2 также нулевой уровень (), на выходе элемента 13 и выходе устройства постоянный нулевой сигнал, осуществляющий максимальное воздействие на исполнительное устройство с целью увеличения частоты f (катушка электромагнита обесточена, якорь выдвинут).

Если Af входит в заданную зону,

(при этих значениях уже состояния выходов Qm+2 и Qm-i-з - логический нуль и логическая единица соответственно. При этом сигнал на выходе устройства определяется (повторяет) только состоянием триггера 10. В этой зоне с помощью элементов 8-1.1 осуществляется пропорциональное регулирование в зависимости от знака и величины дТ. Для этого на выходе устройства формируется сигнал с постоянным периодом Тр, но скважностью, пропорциональной знаку и величине дТ. Причем,

состояния, устанавливаемого импульсом с одновибратора 4 по С-входу в момент начала каждого периода синусоиды напряжения. Емкость счетчика 5, его исходное состояние N и частота выбираются в соответствии с заданной дискретностью измерения периода генерируемого электроагрегатом напряжения так, чтобы при 1н к началу каждого периода отсчета отклонения частоты от н в счетчике 5 оставалось нулевое состояние, т.е. NH f/fs, где Гэ - частота Ю генератора 2 эталонной частоты.

Поскольку при отрицательном .знаке отклонения частоты состояния счетчика переходят в область отрицательных значений, триггер 6 фиксирует этот переход, изменяя свое состояние на нулевое по импульсу с выхода переполнения «Р-, на котором формируется импульс в момент перехода состояния счетчика 5 в область отрицательных значений (при вычитании единицы из нулевого состояния). Таким образом, к началу 20 кажого нового периода генерируемого напряжения состояния счетчика 5 и триггера 6 полностью соответствуют величине и знаку д f. При выходе величины ДТ 1Д-1Д„, где ДТ Т- Ти, за заданное значение, т.е. при

следует осуществлять не пропорциональное воздействие на исполнительное устройство, а максимальное) к моменту начала нового периода при о рицательном дТ (триггер 6 - в единичном состоянии) хотя бы один разряд Qm+b...Qn счетчика 5 находится в единичном состоянии и на выходах элементов 12 и 17 уровень логической единицы, а при положительном дТ (триггер 6 - в нулевом состоянии) хотя бы один разряд счет30

чика 5 находится в нулевом состоянии и j- при ДТ О, т.е. f f и N-NH: О, где N на выходе элемента И-НЕ 14 уровень ло-действительное значение импульсов, поступагической единицы, на выходе же элементающих на -Т-.вход счетчика 5 за период Т,

15 уровень логического нуля.а NH - за период « 1/f и, формируется

В момент начала каждого периода Т генерируемого напряжения импульсом на С-вход регистра 7 в него записываются и сохраняются до начала нового периода состояния первых m информационых выходов счетчика 5, триггера 6, а также выходов элементов 17 и 15.

Для надежной записи в регистр 7 импульсы записи и импульсы начальной установки счетчика 5 разнесены по времени одно- вибраторами 3 и 4 (фиг. 2), т.е. сначала

При увеличении |N-NH| и N-Nii 0, т.е. увеличении дТ и длительность импульса уменьщается пропорционально величине дТ до минимального нулевого значения, превращаясь в постоянный сигнал логического нуля при .

симметричный сигнал (фиг. 3) с длительностью импульсов Тр/2 и длительностью

40 паузы Тр/2.

При увеличении |N-N„1 и , т.е. увеличении lATI и длительность импульса увеличивается пропорционально величине Т до предельного значения, превращаясь в постоянный сигнал логической

единицы при ДТ или | N- NH| 2 (фиг. 4).

производится перезапись с одновибратора 3, а затем по окончании записи начальная установка импульсом с одновибратора 4. JQ

В результате состояния информационных выходов Qm,...,Qm-f3 регистра 7 постоянно соответствуют текущему значению отклонения д и знаку отклонения, а состояния двух последних выходов Qm+2, Qm+3 идентифицируют область вхождения Д в задан- 55 ную зону. В случае, если ДГ имеет положительный знак (дТ - отрицательный) и выходит за заданную область, на выходе

Таким образом, длительность регулируемого импульса tp должна описываться выражением tp (NH- N4- 2 )/ff, где f,. - частота счетных импульсов генератора 9, а период Тр регулирующего импульса описывается выражением ТР

15

20

30

а NH - за период « 1/f и, формируется

симметричный сигнал (фиг. 3) с длительностью импульсов Тр/2 и длительностью

паузы Тр/2.

При увеличении |N-N„1 и , т.е. увеличении lATI и длительность импульса увеличивается пропорционально величине Т до предельного значения, превращаясь в постоянный сигнал логической

единицы при ДТ или | N- NH| 2 (фиг. 4).

Таким образом, длительность регулируемого импульса tp должна описываться выражением tp (NH- N4- 2 )/ff, где f,. - частота счетных импульсов генератора 9, а период Тр регулирующего импульса описывается выражением ТР

Для реализации этого закона формирования tp и Тр счетчик 8 по его переходу в нулевое состояние устанавливает RS-триггер ib в единичное состояние, формируя тем самым начало импульса tp. Конец импульса tp формируется но переходу триггера 10 обратно в нулевое состояние. Этот переброс триггера 10 осуществляется импульсом с элемента (поразрядного) сравнения 11 (не равно) в момент равенства кодов на Qi,.., Qm+i -выходах счетчика 8 и Qi,...,Qm-bi-Bb - ходах регистра 7.

При единичном уровне на выходе Qm+i () счетчик 8 до сброса триггера 10 в нулевое состояние должен отсчитать 2 импульсов, т.е. импульс tp меняется от Тр/2 до Тр в зависимости от значения | AN|.

При нулевом уровне на выходе Qm+i (дТ 0) счетчик 5 считает в обратном коде (например, состоянию 1 счетчика 5 соответствует код 111 ... 1, а не 000 ... 1 при счете в прямом коде). Тогда состояния выходов счетчика 5 соответствуют числу - (N-NM) и соответственно состоянию выходов Qi..., Qm регистра 7. При этом, до окончания импульса tp счетчик 8 должен отсчитать NH- N импульсов.

Таким образом, регулятор частоты фор- мирует импульсы высокой частоты следования с постоянным периодом, определяемым частотой генератора счетных импульсов 9 и емкостью счетчика прямого счета 8. Регулятор имеет одинаковую крутизну пропорциональной зависимости скважности выходного сигнала от величины отклонения периода генерируемого объектом регулирования напряжения от эталонного периода при разных знаках отклонения.

Диапазон пропорционального регулирования и дискретность изменения скважности определяются только частотой генератора 9 и емкостями счетчиков 5 и 8.

Одинаковая крутизна регуляторной характеристики при разных знаках отклонения частоты от номинального значения и ее пропорциональность величине Т обеспечивает устойчивость регулирования, улучшает качества переходных процессов при регулировании, т.е. повышает точность регулирования частоты.

Устройство может быть выполнено на серийно выпускаемых интегральных элементах, являющихся функциональными узлами приведенной схемы. Например, формирователь 1 - элемент К155ТЛ2, одновибрато- ры 3 и 4 - элементы К155АПЗ, счетчик 5 - элементы К155ИЕ7, триггера 6 и 10 - элементы К155ТМ2, регистр 7 - элемент К155ТМ5, счетчик 8 - элементы К155ИЕ5, схема поразрядного сравнения 11 - элементы К561ИП2, элементы ИЛИ 12 и 13 - К155ЛЛ1, элемент И-НЕ 14 и 16 - соответ ственно К155ЛАЗ и К155ЛА2, элементы 16 и 17 - К155ЛИ1.

Формула изобретения

5

Реулятор частоты, содержащий входной формирователь прямоугольных импульсов, выход которого через первый одновибратор подключен к входу синхронизации параллельного синхронного регистра, первые т информационных входов которого подключены к первой группе выходов счетчика обратного счета, а также содержащий генератор эталонной частоты, счетчик прямого счета и первый элемент И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования частоты, в него введены генератор счетной частоты, второй одновибратор, постоянное запоминающее устройство, два

RS-триггера, два элемента ИЛИ, два элемента И-НЕ, второй элемент И и элемент сравнения, причем выход генератора счетной частоты подключен к счетному входу счетчика прямого счета, вход второго

Q одновибратора соединен с выходом первого одновибратора, п выходов постоянного запоминающего устройства подключены к входам параллельной записи счетчика обратного счета, S-вход первого RS-триггера соединен с выходом второго о.дновибратора и входом синхронизации записи счетчика обратного счета, а R-вход - с выходом переполнения счетчика обратного счета, первая группа из т + 1 входов элемента сравнения подключена к выходам разрядов счетчика прямого счета, а вторая группа входов - к первым выходам параллельного синхронного регистра, выход элемента сравнения подключен к R-входу второго RS-триггера, S-вход которого подключен к выходу переполнения счетчика прямого счета, выход генератора эталонной частоты соединен со счетным входом счетчика обратного счета, вторая группа из п-га выходов которого подключены к входам первого элемента И-НЕ и первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго

0 элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого RS-триггера, выход первого элемента И-НЕ соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к инвертирующему выходу первого / 5-триггера, (т--|-1)-й информационный вход параллельного синхронного регистра подключен к прямому выходу первого 5-триггера, (га + 2)-й вход - к выходу второго элемента И, (т4-3)-й - к выходу второго логического

Q элемента И-НЕ, (т + 2)-и информационный выход параллельного синхронного регистра подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И, ()-й информационный выход параллельного синхронного регистра подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго / С-триг- гера.

0

5

5

а

Г

-t

Изобретение предназначено для регулирования частоты вращения генераторов переменного тока. Устройство позволяет повысить точность регулирования частоты, что достигается за счет обеспечения одинаковой крутизны пропорциональной зависимости скважности выходного сигнала при разных знаках отклонения частоты объекта регулирования от номинального значения. Регулятор частоты содержит входной формирователь 1 прямоугольных импульсов, генератор 2 эталонной частоты, два одно- вибратора 3 и 4, счетчик обратного счета 5, два RS-триггера 6 и 10, параллельный синхронный регистр 7, счетчики прямого счета 8, генератор счетной частоты 9, элемент сравнения 11 (на равно), два элемента ИЛИ 12 и 13, два элемента И 16 и 17 и постоянное запоминающее устройство 18. 4 ил. S (Л to со о а О1 л«

В г ff

-/V NH-А/ А/нf

ж

и

91г/ж

ллл... ...jimuL

-f

imuL

(pu.Z

tфив.З

фиё .