Устройство для точной автоматической синхронизации Советский патент 1987 года по МПК H02J3/42 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для синхронизации энергетических установок с синхронными генераторами, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 488282.

Целью изобретения является расширение области использования путем увеличения диапазона постоянного времени опережения.

На фиг. 1 приведена схема устройства для точной автоматической синхронизации; на фиг. 2 - 4 - временные диаграммы, поясняющие его работу

Устройство содержит функциональ- ньш блок 1, блок 2 времени опреже- ния и контроля разности величин синхронизируемых напряжений, усилительный блок 3 и блок 4 запрета по разности частот. Блок 1 на входе содержит два измерительных трансформатора 5 и 6 и многообмоточный трансформатор 7 напряжения биения.

Измерительные трансформаторы 5 и 6 своими первичными обмотками включены на линейные напряжения одноименных фаз синхронизируемых источников электроснабжения, а вторичные обмотки этих трансформаторов соединены между собой встречно. С выход вторичных обмоток снимается напряжение биения, которое подается на первичную обмотку трансформатора 7. В состав первого канала формирования сигнала огибающей напряжения биения входит кроме мс4стикового выпрямителя 8 сглаживающий конденсатор 9 и выходной резистор 10, с которого

снимается сигнал огибающей напряжения Q Первичная обмотка 35 элемента являбиения. Два других канала формирования сигналов первой производной выполнены идентичными и содержат выпрямители 11 и 12, последовательно включенные в цепи вьтрямленного тока опорные стабилитроны 13 и 14, RC- фильтры на конденсаторах 15 и 16 и резисторах 17-19, дифференцирующие цепочки, выполненные на конденсаторах 20 и 21. Эти каналы содержат фазовращающие цепочки, состоящие, например, из резисторов 22-27 и конденсаторов 28 и 29.

Сигнал огибающей напряжения биения, снятый с резистора 10, и сигнал первой производной этого напряжения, смещенный по фазе и снятый с общей точки конденсатора 29 и резистрра 27 подаются в блок 2 времени опережения

45

ется источником релаксационных колеб ний, а вторичная обмотка 36 - источником прямоугольных импульсов напряжения, подаваемых на вход усилительного блока 3.

Для усиления входного сигнала, по ступ;1ющего с блока 2, и выдачи управ ляющего сигнала на включение коммутационного аппарата синхронизируемог

.-,-1 источника электроснабжения служит ои

усилительный блок 3. В состав этого

блока входят усилительный транзистор ный элемент с двумя каскадами усиления на транзисторах 37 и 38, промежу точный согласующий усилитель на транзисторе 39, диод 40 и выходной тиристор 41. Выходной сигнал с второ го каскада усиления (транзистора 38) через разделительный диод 40 и кон55

и контроля разности синхронизируемых напряжений. Изменением величины сопротивлений резисторов 19, 10, 24 и 25 можно регулировать уровень сигналов огибающей напряжения биения и ее производной. Фазовраш: ающие цепи позволяют дополнительно резистором 27 изменить угол сдвига фаз между огибающей напряжения биения и ее производной и тем самым задавать установку времени опережения синхронизатора, а также установку запрета по разности величин синхронизируемых напряg жений. Сигнал первой производной от огибающей напряжения биения, смещенный по фазе и снимаемый с общей точки конденсатора 28 и резистора 26, подается в блок 4 запрета по разности частот. Балластное сопротивление 30, стабилитроны 31 и 32 обеспечивают стабилизацию напряжения питания, подаваемого на синхронизатор.

Для получения в синхронизаторе

5 управляющего сигнала с необходимым временем опережения служит блок 2 времени опережения и контроля разности величин синхронизируемых напряжений. Этот блок выполнен на функциональном транзисторном элементе сравнения (нуль-органе), работающем в режиме блокинг-генератора. На один вход элемента сравнения подается сигнал огибающей напряжения биения, а на другой - сигнал первой производной от огибающей этого напряжения, сдвинутый по фазе. На обмотках 33 и ЗД обратной связи осуществляется алгебраическое суммирование этих сигналов.

0

0

5

ется источником релаксационных колебаний, а вторичная обмотка 36 - источником прямоугольных импульсов напряжения, подаваемых на вход усилительного блока 3.

Для усиления входного сигнала, по- ступ;1ющего с блока 2, и выдачи управляющего сигнала на включение коммутационного аппарата синхронизируемого

источника электроснабжения служит

усилительный блок 3. В состав этого

блока входят усилительный транзисторный элемент с двумя каскадами усиления на транзисторах 37 и 38, промежуточный согласующий усилитель на транзисторе 39, диод 40 и выходной тиристор 41. Выходной сигнал с второго каскада усиления (транзистора 38) через разделительный диод 40 и кон

3

такт 4 реле подается на управ тяющии электрод тиристора . Последний, открываясь, обеспечивает включение электромагнита коммутационного аппарата. Блок 4 запрета по разности частот предназначен для контроля допустимого диапазона разности частот синхронизируемых источников электроснабжения и выдачи разрешения на включение коммутационного аппарата по команде синхронизатора. Основными элементами блока запрета являются транзисторы 4,3 и 44, стабилитроны 45, диод 46,

тиристор 47, конденсатор 48, резисторы жений. На КС-фильтре, выполненном

49-54 и реле 55. Блок 4 получает с общей точки конденсатора 28 и резистора 26 функционального блока 1 входной сигнал по производной от огибающей напряжения биения, смещенный по фазе, и при допустимом диапазоне разности частот синхрснизируемых напряжений замыкает контакт 42 в цепи управляющего электрода тиристора 41. Этим обеспечивается подготовка электрической цепи управления комутадионным аппаратом (автоматом или выключателем) на включение только по команде синхронизатора и исключается возможность ошибочного включения его при всех разностях частот синхронизируемых напряжений, лежащих вне допустимой зоны.

Устройство питается от источника постоянного тока. Делитель напряжения, выполненный на стабилитронах 31 и 32 и балластном сопротивлении 30, стабилизирует напряжения, подаваемые на схему синхронизатора. Напряжение смещения, снимаемое со стабилитрона 31, обеспечивает ключевой режим работы усилительного блока и блока времени опережения, что исключает возможность ложного срабатывания синхронизатора из-за разброса параметров полупроводниковых элементов схемы и увода этих параметров в результате старения элементов или воздействия на них внешних факторов. Синхронизируемые напряжения (кривые а и б на фиг. 2) с угловыми частотами oJ и uJ подаются на первичные обмотки измерительных трансформаторов 5 и 6. С вторичных встречно включенных обмоток этих трансформаторов напряжение биения (кривая в на фиг. 2) поступает на первичную обмотку промежуточного трансформато20

25

30

на конденсаторе 9 и резисторе 10, пульсации напряжения биения сглажи ваются, образуя огибающую напряжен биения (кривая з на фиг. 4).

Сигнал огибающей этого напряжен подается в блок 2 времени опережен синхронизатора. Пульсирующие выпря ленные напряжения, снимаемые с выпрямителей 11 и 12, через стабилитроны 13 и 14 подаются на сглаживающие RC-фильтры, выполненные на емкостях 15 и 16 и сопротивлениях 17-19. Включение опорных стабилитронов в схему каналов формирования производной от огибающей напряжени биения обеспечивает выдачу на вход дифференцирующих RC-цепочек этих каналов только верхней части огиба ющей напряжения биения (на фиг. 4 ;ривая и - огибающая напряжения биений на выходе фильтра).

Сигнал первой производной от ог бающей напряжения биения, снимаемы с общей точки конденсатора 28 и резистора 26 и сдвинутый по фазе (фиг. 4 кривая ж) подается на базу транзи стора 43. Так как сигнал про изводной имеет переменную полярнос которая изменяется с частотой, рав ной разности частот синхронизируемых напряжений, то при положительном потенциале сигнала этой производной транзистор 43 закрыт. В это случае конденсатор 48 заряжается п цепи: плюс источника питания - обкладки конденсатора - сопротивлени 52, 51 и 50 - минус источника пита ния .

При обратной полярности сигнала производной транзистор 43 открыт и конденсатор 48 разряжается по цепи: плюсовая обкладка конденсато ра - ЭК транзистора 43 - сопротивл ние 51 - диод 46 - 46 - минусовая

40

45

50

55

307024

ра 7. Последни -. имеет три вторичные )мотки, одна из которых выдает сигнал в канал (вгибающей напряжения биения, а две другие - в каналы первой производной этого напряжения. Выпрямитель 8 преобразует напряжение биения в пульсирующее выпрямленное напряжение (кривая 2 на фиг.З промодулированное по амплитуде. Частота модуляции пульсирующего напряжения равна разности частот синхронизируемых напряжений, а несущая частота - сумме частот этих напря10

жений. На КС-фильтре, выполненном

0

5

0

на конденсаторе 9 и резисторе 10, пульсации напряжения биения сглаживаются, образуя огибающую напряжения биения (кривая з на фиг. 4).

Сигнал огибающей этого напряжения подается в блок 2 времени опережения синхронизатора. Пульсирующие выпрямленные напряжения, снимаемые с выпрямителей 11 и 12, через стабилитроны 13 и 14 подаются на сглаживающие RC-фильтры, выполненные на емкостях 15 и 16 и сопротивлениях 17-19. Включение опорных стабилитронов в схему каналов формирования производной от огибающей напряжения биения обеспечивает выдачу на входы дифференцирующих RC-цепочек этих каналов только верхней части огибающей напряжения биения (на фиг. 4 ;ривая и - огибающая напряжения биений на выходе фильтра).

Сигнал первой производной от огибающей напряжения биения, снимаемый с общей точки конденсатора 28 и резистора 26 и сдвинутый по фазе (фиг. 4 кривая ж) подается на базу транзи стора 43. Так как сигнал производной имеет переменную полярность, которая изменяется с частотой, равной разности частот синхронизируемых напряжений, то при положительном потенциале сигнала этой производной транзистор 43 закрыт. В этом случае конденсатор 48 заряжается по цепи: плюс источника питания - обкладки конденсатора - сопротивление 52, 51 и 50 - минус источника питания .

При обратной полярности сигнала производной транзистор 43 открыт и конденсатор 48 разряжается по цепи: плюсовая обкладка конденсатора - ЭК транзистора 43 - сопротивление 51 - диод 46 - 46 - минусовая

0

5

0

5

5 1

обкладка конденсатора. Уровень заряда конденсатора при заданной величине сопротивлений 50-52 зависит от длительности времени пребывания транзистора 43 в закрытом состоянии, т.е. от частоты напряжения биения. С уменьшением этой частоты напряжение на конденсаторе возрастает. При напряжении конденсатора, превьпиающем напряжение пробоя стабилитрона 45, транзистор 44 открывается и на управляющий электрод тиристора 47 подаетс сигнал, обеспечивающий его открытие. Тиристор открывается, реле 53 срабатывает и замьжает свои контакты 42 в пепи управления тиристора 41. Этим подготавливается цепь синхронизатора для выдачи управляющего сигнала на включение коммутационного аппарата. Допустимый диапазон частот в котором срабатывает блок запрета по разности частот, настраивается установкой сопротивлений 50 и 51. Угол сдвига фаз настраивается резистором 26. Второй канал первой про- изводной, содержащий выпрямитель 12, работает аналогично и выдает сигнал в блок времени опережения со сдвигом по фазе, равным сдвигу по фазе первой производной первого канала.

На второй вход блока поступает сигнал из сигнала формирования огиба кнцай напряжения биения.

Если величина сигнала огибающей напряжения биения больше величины сигнала первой производной этого напряжения, что соответствует недопустимому углу сдвига по фазе векторов синхронизируемых напряжений, то первый вход блока 2 времени one- режения открыт. Обмотка 33 отрицательной обратной связи блокинг-гене- ратора получает питание. Выходной сигнал, снимаемый с обмотки 35 бло- кинг-геператора, равен нулю.

Как только сигнал первой производной от огибающей напряжения биения превысит величину сигнала оги - бающей этого напряжения, что соответствует допустимому углу сдвига векторов синхронизируемых напряжений, открывается второй вход блока 2 времени опережения, первый вход которого закрыт.

Питание получает обмотка 34 положительной обратной связи блокинг-ген ратора. С обмотки 36 снимается сигна 4 в виде пучка прямоугольных импуль026

сов (на фиг. 4 импульсы л, импульсы к - без учета фазовращающих цепей).

Если синхронизируемые напряжения имеют значительно отличающиеся друг от друга амплитудные значения, то напряжение биения в узловых точках существенно отличается от нуля. Уровень сигнала первой производной не превышает в этом случае уровня сигнала огибакмцей напряжения биения и сигнал на выходе блока 2 времени опережения отсутствует.

Таким образом, блок времени опережения кроме функции вьщачи сигналов управления на включение коммутационного аппарата с заданным временем опережения выполняет вторую функцию - запрет включения на параллельную работу синхронизируемых источников электроэнергии по недопустимой разности величины синхронизируемых напряжений.

По достижении синхронизируемыми источниками электроэнергии допустимой разности напряжений блок времени опережения выдает управляющий сигнал в усилительный блок 3 синхронизатора Этот сигнал усиливается первьс каскадом транзисторного усилительного элемента (на транзисторе 37), затем инвертируется транзистором 35 и подается на второй каскад того же элемента, выполненного на транзисторе 3 С второго каскада через развязывающий диод 40 и замкнутые контакты 42 реле 55 усиленный сигнал поступает на управляющий электрод тиристора 41 При открытии последнего включающий электромагнит коммутационного аппарата получает питание и обеспечивает включение синхронизируемого агрегата на параллельную работу.

Формула изобретения

Устройство для точной автоматической синхронизации по авт. св.№ 48828 отличающееся тем, что, с целью расширения области использования путем увеличения диапазона постоянного времени опережения, устройство снабжено двумя регулируемыми фазовращающими цепями, каждая из которых включена между выxoдo f казвдого из каналов формирования первых производных и входом соответственно блока запрета по разности частот и блока контроля разности частот и времени опережения.

П:У . v ро

Изобретение относится к области электротехники. Цель изобретения расширение области использования путем увеличения диапазона постоянного времени опережения. Введение двух регулируемых фазовращающих uenevi между выходами каналов формирования первых производных от огибающей напряжения и биения и входом соответственно блока запрета по разности частот и блока контроля разности чястот и времени опережения позволяет использовать устройство для генераторов с фиксированной заводской настройкой регулятора скорости и с выключателем с большим собственным временем включения. 4 ил.

фиг. 2

Фиг.З

и

Редактор К. Волощук

Составитель К. Фотина

Техред И.Поповнч Корректор А. Зимокосов

Заказ 3588/54Тираж 617Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/3

-.,ч

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, улГпроёктнаяГ

ФигЛ