Устройство для автоматической синхронизации с постоянным углом опережения Советский патент 1991 года по МПК H02J3/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть испольчовано при синхронизации синхронных генераторов, например, судовых методов точной синхронизации.

Цель изобретения - повышение работы в сетях с несимметричной нагрузкой.

На фиг. представлена структур- пая схема устройства для автоматической синхронизации с постоянным углом опережения; на фиг.2- принципиальная схема трехтактного ждущего мультивибратора; на фиг.З - принципиальная схема реле времени; на фиг.4 - принципиальная схема одновибратора; на фиг.З - структурная схема защиты синхронизатора от недопустимых отклонений по модулю в фазах Ь и с reнератора и станции, а также векторная и временные диаграммы ее работы; на фиг.в - векторная и временные диаграммы работы защиты синхронизатора от недопустимых фазовых сдвигов в фа- зах Ь и с генератора и станции; на фиг.7 - временные диаграммы работы синхронизатора во время подгонки частоты по фазе а станции и генератора.

Устройство (фиг.1) содержит формирователи сигналов 1, 2, 3, 4, 5, 6, ьнходы которых включены на одноименные фазы а, Ь, с соответствен- но станции и генератора 7, соединенного с шинами станции с нагрузкой 8 через замыкающий линейный контактор 9. Выход формирователя сигналов 1 соединен с входом трехтакт- ного ждущего мультивибратора 10, первый выход которого соединен со вторым входом первого элемента И 11, второй выход - со вторым входом второго элемента И 12, а третий выход - с первым входом третьего элемента И 13. Выход Формирователя сигналов 2 соединен с первыми входами элементов И 11 и 12 и через инвертор 14 с вторым входом элемента И 13. Выходы элементов И 11 и 12 соединены соответственно с S-входами триггеров 15 и lh, а выход элемента И 13 - с R-вхо- дами триггеров 15, 16, 17. К прямому выходу триггера 15 подключены вторые входы элементов И 18, 19, 20, а к ин- вергному - перные входы элементов И 21, 22. Прямой выход триггера 16 соединен с третьими входами элемен-

Q 5

0

5

тов И 19, 20, 22 и вторым входом элемента И 21, а инверсный - с первым входом элемента И 18. Выходы элементов И 21 и 18 подключены соответственно R- и S-входами триггера 23, прямой выход которого соединен с первым входом элемента И 20, а инверсный выход с первым входом элемента И 19 и вторым входом элемента И 22, выход которого через реле времени 24 подключен к S-входу триггера 17. Инверсный выход триггера 17 соединен с четвертым входом элемента И 14, Выходы формирователей сигналов 3 и 4, 5 и 6 соответственно соединены с входами схемы ИСКЛЮЧАЮЩИХ ИЛИ 25 и 26. Выходы схем 25 и 26 соответственно подключены к входам одновибг-аторов 27 и 28. Выходы схем ИСКЛЮЧАЮЩИХ ИЛИ 25 и 26 через инверторы 29 и 30 соединены с синхро- входами С триггеров 31 и 32.

Устройство содержит также формирователи модулей разности 33, 34, входы которых соединены с напряжения-ми фаз Ь и с соответственно станции и генератора, а выходы соединены соответственно через релейные элементы 35, 36 с входами элемента ИЛИ-НЕ 37. Прямые выходы D-триг- геров 31 и 32, выход элемента ИЛИ-НЕ 37, также прямой выход триггера 17 соединены с входами элемента И 38. Выходы элементов И 38, 20, 19 являются соответственно первым, вторым и третьим выходами устройства.

Трехтактный ждущий мультивибратор (фиг.2) состоит из трех последовательно включенных импульсных усилителей и содержит в себе резисторы 39-44, электролитические конденсаторы 45- 47 и транэис поры 48-50. Длительность выходных импульсов мультивибратора 10 определяется значением емкости электролитических конденсаторов 45-47.

Реле времени (Лиг.З) состоит из резисторов 51, 52, электролитичес - кого конденсатора 53 и инвертора 54. При плавлении на входе реле времени 24 логической единицы (+5 В) происходит заряд конденсатора по цепи +TJ|,, резистор 51, конденсатор 53, земля. Через время равное ЗТ, где Т - постоянная времени, срабатывает инвертор 54. При логическом нуле на входе реле времени 24 конденсатор 53 не заряжается.

516

Б качестве триггеров 15, 16, 17, 23 принят триггер с раздельными РХО- дами.

Одновибраторы 27 и 28 выполнены . по единой схеме, показанной на фиг.4 куда входит одноканалъным ждущий мультивибратор 55, конденсатор 56 и переменный резистор 57.

Одновибратор запускается входными импульсами и формирует калиброванные импульсы в расчетный длительностью. Формирователь модуля разност напряжений 33 (фиг.За) содержит транформатор 58 со встречно включенными первичными обмотдами 59 и 60 на напряжение 4зз Ь соответственно станции и генератора 7. Вторичная обмотк трансформатора 58 соединена с входом схемы Греца выпрямителя 61. Выход выпрямителя подключен к вхоцу Г-схемы фильтра 62.

Релейный элемент 35 (фиг.5а) реализует релейную характеристику с настраиваемой зоной нечувствительности и может быть выполнен, например, на операционных усилителях с нелинейными обратными связями.

Устройство работает следующим образом.

На выходах формирователей сигналов 1, 2 следует прямоугольные импульсы длительностью, равные половине периода напряжений фазы а станции и генератора (фиг.7). При поступлении прямоугольных импульсов с выхода формирователя сигналов 1 на вход трехтактного ждущего мультивибратора 10 на его выходах формируются импульсы: сначала на первом, затем на втором и на третьем. Длительность импульсов на первом выходе мультивибратора задает угол опережения включения. Длительность импульса на втором выходе мультивибратора 10 и выдержка времени реле 24 определяют допустимую разность частот включения. Подгонка частоты устройства начинается при разрешенной разности частот (5±1) Гц между станцией и подключаемым генератором 7. Пусть частота генератора меньше частоты сети станции (фиг.6). В момент формирования сигнала на третьем выходе мультивибратора 10 и отсутствия импульса с формирователя 2 с помощью элементов 14 и 13 Формируется сигнал, устанавливающий триггеры , 16, 17 в нулевое состояние (, )

5

:з..6

Наступает момент, когда импульс на выходе формирователя 2 появляется одновременно с импульсом на первом выходе мультивибратора 10. При этом с элемзнта I устанавливает триггер 15 в единичное состояние (, ) , а триггер 16 пока остается в нулевом состоянии. Сигналы с прямого выхода триггера 15 и с инверсного выхода триггера 16 формируй т сигнал ча вмходе элемента И 18, устанавливающий триггер 23 в единмч- . ное состояние до этого он мог нахо- 5 литься в любоу состоянии). Наступает момент, когда импульсы на выходе формирователя 2 появляются одновременно с их улъсоу на втором выходе мультивибратора 10, и на Е гчод элемента 0 И 1 2 формируется сигнл- , устанавливающий f з с vHHn-шог- состояние .

Таким (.:, я стог момент триггеры 15, IS, 23 С чгзызаются в единичном состою-1им, z триггер 17 в нулевом состоянии, з ре /льгатс чего на выходе элемента И 20 формируется сигнал (РЫХОД 2) для воздействия нз сеоводригател дизсл -- гслсратора в сторону увеличения ЧРГТ- П:,

Частота генератора частоты сет станции. Настугчет момент, когда и пугьс на выхоге формирователя 2 гсчгляется одновременно с импульсом is. втором вьАО.е мультивибратора 10. Vrv chiHciri r выхода элемента И 12 гстг J-г r. c - триггер 16 в ецикич1 ое согтсяние, а триггер 15 тюка остге1ся в нулгром состоянии. Сш наль1 с прямого гыхэла триггера J6 и инверсного вькода триггера 15 фор шруют на выводе г 21 сигнал, устанавливающий гритср 23 в нулево состояние. Наступает момент, когда импутьс иа выходе Формирователя 2 появляется ол -юпрег енно с импульсом на первом выходе мультивибратора 10. Тогда на ГУ оде элемента К 1 1 формируется сигнал, устанав- 0 ливающий триггг- - 5 в единичное состояние. В - , v npi; между установкой триггеров ч б и единичное состояние выходе элемента И22, входы которого соединены с прямым выходом триггера 16 и инверсными выходами триггеров 15 и 23, формируется сигнал, запускают,- реле времени 24. Если же разность частот син- хрониэируечсл о и станции

0

5

0

5

5

превышает допустимую для включения величину, то триггер 15 устанавливается в единичное состояние раньше, чем срабатывает реле времени 24. При этом сигнал на выходе элемента И 22 снимается, реле времени 24 останавливается и триггер 17 не успевает переключиться. На выходе элемента И 19 (ныход 3), входы которого соединены с прямыми выходами триггеров 15 и 16 и инверсными выходами триггеров 17 и 23, формируется сигнал для воздействия на серводвигатель регулятора оборотов приводного двигателя генератора 7 в сторону уменьшения частоты. Если разность частот генератора 7 и сети станции меньше допустимой разности частот включения, то реле вреходе D-триггера 32 логический нуль фиг.бб), что запрещает срабатывание линейного контактора 9.

Пусть на момент времени t-, перед непосредственным прохождением команды на срабатывание линейного контактора 9, состояние звезд фазных напряжений генератора и станции опреде ляется векторной диаграммой (фиг.5б). Так как сдвиги фаз в фазах Ь и с станции и генератора равны нулю, то на выходе D-триггеров 31 и 32 формируется логическая единица, что не

5 запрещает прохождение команды с выхода триггера 17.

Однако, разности по модулям напряжений в фазах Ь и с выше допустимых пределов (фиг.5в), что вызы

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при синхронизации синхронных генераторов, например судовых, методом точной синхронизации. Целью изобретения яр гцется повышение надежности Б сетях с несимметричной нагрузкой, г тройство за счет введения в него формирователей 33, 34 модуля разности, релейных элементов 35 и 36 и элемента ИЛИ-НЕ 37 позволяет обеспечить контроль модулей напряжений В ех . Включение генератора на параллельную работу происходят при допустима по модулю величинах разности напряжений всех фаз сети и генератора. 7 ил. А т: i (Л О) № 00 00 to 14)

мени 24 срабатывает раньше, чем вает появление на выходе ИЛИ-НЕ 37

30

35

гер 15 устанавливается в единичное состояние, и устанавливает триггер 17 в единичное состояние, инверсный выход которого блокирует элемент И 19. С прямого выхода триггера 17 подает- 25 ся сигнал на один из входов элемента И 38, на два других которого подается логическая единица с выходов D-триггеров 31 и 32, если асимметрия в фазах Ь и с станции в допустимых пределах. При этом на выходе элемента И 38 (выход I) формируется логическая единица, которая дает команду на включение линейного контактора 9 генератора 7 и подключает его к тинам станции.

Пусть на момент времени t перед непосредственным прохождением команды на срабатывание линейного контактора 9 состояние звезд фазных напряже- Q ний генератора и станции определяется векторной диаграммой (фиг.ба). Формирователи сигналов 3, 4, 5, 6 формируют прямоугольные импульсы, равные половине периода фазных напряже- д$ ний Ггр, Urc , l ce, , Ucc (Фиг.66). На выходах схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25 и 26 формируются прямоугольные импульсы, длительность fuwn., которых сравнивается с допустимой t доп.; на D-тригге- - pax t

соответственно 31 и 32. Если t.rtr,; то на выходе соответст имп. идоп. I вующего П-чриггера формируется логическая единица и, наоборот, если tyiMii АОП,; то Формируется логичес- ., кий нуль. На момент времени t для случая, соответствующего векторной диаграмме на выходе D-триггера 31 формируется погнческзя единица, а на вылогического нуля, запрещающего сраб тывание линейного контактора 9. Таким образом, предлагаемая защита си хронизатора, наделенная в отличие от других защит, свойствами оценки (прогнозирования) аварийных ситуаци связанных с искажением системы лине ных и фазных напряжений на шинах станции из-ча асимметрии и несинусо идальности со стороны нагрузки, поз воляет исключить ошибочные включения генератора к шинам станции и за щитить станцию от дополнительных толчков тока, которые бы были возмо ны при отсутствии этой защиты.

Учет асимметрии в фазах Ь и с станции синхронизатором при определ нии момента подключения синхронизируемого генератора к станции позволит более надежно управлять процессом генерирования электрической эне гии станцией и способствует повышению ее живучести.

Формула изобретени

Устройство для автоматической синхронизации с постоянным углом оп режения по авт.св. № 1527687, отличающееся тем, что, с це лью повышения надежности работы в с тях с несимметричной нагрузкой, в него введены два формирователя модуля разности фазных напряжений, два релейных элемента, двухвходо- вой элемент ИЛИ-НЕ, причем входы первого и второго формирователей модуля разности подключены соответс венно к зажимам для подключения на

логического нуля, запрещающего срабатывание линейного контактора 9. Таким образом, предлагаемая защита синхронизатора, наделенная в отличие от других защит, свойствами оценки (прогнозирования) аварийных ситуаций. связанных с искажением системы линейных и фазных напряжений на шинах станции из-ча асимметрии и несинусоидальности со стороны нагрузки, позволяет исключить ошибочные включения генератора к шинам станции и защитить станцию от дополнительных толчков тока, которые бы были возможны при отсутствии этой защиты.

Учет асимметрии в фазах Ь и с станции синхронизатором при определении момента подключения синхронизируемого генератора к станции позволит более надежно управлять процессом генерирования электрической энергии станцией и способствует повышению ее живучести.

Формула изобретения

Устройство для автоматической синхронизации с постоянным углом опережения по авт.св. № 1527687, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы в сетях с несимметричной нагрузкой, в него введены два формирователя модуля разности фазных напряжений, два релейных элемента, двухвходо- вой элемент ИЛИ-НЕ, причем входы первого и второго формирователей модуля разности подключены соответственно к зажимам для подключения на

напряжения двух других фаз гети и ные элементы к входам элемента ИЛИ-НЕ, генератора, выходы формирователей выход элемента ИЛИ-КЕ соединен с до- модулей разности подключены соответ- полнительным входом элемента И на выственно через первый и второй релей-с ходе устройства.

ьход P-CD- 154}0 ьыход

5J

bv-д --;

Фиг. 2

-0 ВЫХОД

,с l I

U- 5Г .-.-JTV

-0 п

ffJO)

р Г Г

1C

К

а

чс

г

00 +

:С18291

«)

P V- f-

:j

t7

29 31

0

5

8

:6

;б

3(1

«I

JS

Г f

Ctu(

Urc

U

cc

U

t

ЈL.

п ( n t

JXO

Aon

HI

JIU

JD

t

11

B:

i ion

ГЦ

5

3)

Фиг 7