Устройство для точной автоматической синхронизации Советский патент 1975 года по МПК H02J3/42 

I

Изобретение отиосится к области автоматизации энергоустановок, а именно -к устройства.м для синхронизации синхронных генераторов.

Из;вестны устройства для точной автоматической синхронизации, содержащие функциональный блок, состоящий из измерительных трансформаторов синхронизируемых напряжений И промежуточного трансформатора, к вторичным обмоткам которого через выпрямители подключены каналы формирования огибающей напряжения биения .и двух первых производных от огибающей этого напряжения, блок времени опережеиия и контроля разности частот, связанный с каналом формирования огибающей напряжения биения и одним из каналов первой производной, и блок запрета по разности частот, вход которого соединен со вторым каналом первой производной. Однако такие устройства непригодны для точной автоматической синхронизации дизель-генераторов с постоянной (заводской) настройкой регуляторной характеристики дизелей, так как последние не имеют сервомоторов для подгонки частоты и распределения активной нагрузки между параллельно работающими агрегатами, а диапазон разности частот, при котором обеспечивается постоянное время опережения, в известных устройствах недостаточно широк.

Для обеспечения постоянного времени опережения в широком диапазоне частот в предлагаемом устройстве каналы формирования производных снабжены стабилитронами, включенными ;между выпрямителями и дифференцирующими цепочками, а блок контроля разности частот и вре.мени опережения выполнен на основе транзисторного элемента сравнения.

На фиг. I дана схема описываемого устройства; на фиг. 2 - кривые синхронизируемых напряжений и напряжения биения; на фиг.

3- кривые выпрямленного напряжения биения, его огибающей и выпрямленного напряжения биения после стабилитронов; на фиг.

4- кривые выпрямленного напряжения биения после фильтра и его производной после стабилитронов и выходной сигнал блока времени опережения.

Устройство содержит функциональный блок I, блок 2 времени опережения и контроля разности величин синхронизируемых напряжений, усилительный блок 3 и блок 4 запрета по разности частот.

Функциональный блок I служит для подключения напряжения синхронизируемых источников электроснабжения и напряжения источника питанпя синхронизатора, получения напряжения биения и фор мирования из него огибающей и двух первых производных

От огибающей этого напряжения. Он содержит два измерительных трансформатора 5 и 6, многообмоточный трансформатор 7 напряжения биения, канал формирования сигнала огибающей по амплитуде напряжения биения и два канала формирования сигналов первой производной от огибающей этого напряжения. Измерительные трансформаторы своими первичными обмотками включены на линейные напряжения одноименных фаз синхронизируемых источников электроснабжения, а вторичные обмотки этих трансформаторов соединены между собой встречно. С выхода вторичных обмоток снимается напряжение биения, которое подается на первичную обмотку трансформатора 7. Со вторичных обмоток трансформатора 7 получают питание канал формирования сигнала огибающей напряжения биения и каналы формирования сигналов первых производных от огибающей этого напряжения. В состав первого канала входят мостиковый выпрямитель 8, сглаживающий конденсатор 9 и выходной резистор 10, с которого снимается сигнал огибающей напряжения биения. Два других канала выполнены идентичными и содержат выпрямители 11 и 12, последовательно включенные в цепи выпрямленного тока опорные стабилитроны 13 и 14, активно-емкостные фильтры на конденсаторах 15 и 16 и резисторах 17-19, а также дифференцирующие цепочки, выполненные на конденсаторах 20 и 21 и резисторах 22-25.

Сигнал огибающей напряжения биения, снятый с резистора 10, и сигнал первой производной этого напряжения, снятый с резистора 25, подаются в -блок 2 времени опережения и контроля разности напряжений. Изменением величины сопротивлений резисторов 19, 10 ,и 25 можно регулировать уровень сигналов огибающей напряжения биения и ее производной и тем самым задавать уставку времени опережения синхронизатора.

Сигнал первой производной от огибающей напряжения биения, снимаемый с резистора 23, подается IB блок 4 запрета по разности частот. Стабилитроны 26 и 27 и балластное сопротивление 28 обеспечивают стабилизацию напряжения пита«ия, подаваемого на синхронизатор.

Для получения в Синхронизаторе управляющего сигнала с необходимым временем опережения, обеспечивающим исключение больщих толчков тока при включении синхронизируемых источников электроэнергии на параллельную работу и появления в этих источниках недопустимых реактивных нагрузок из-за больших разностей амплитудных значений синхронизируемых напряжений, служит блок 2 времени опережения и контроля разности 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. На обмотках 29 и 30 обратной связи осуществляется алгебраическое суммирование этих сигналов. Нервичная обмотка 31 элемента является источником релаксационных колебаний, а вторичная обмотка 32 - источником прямоугольных импульсов напряжения, подаваемых на вход усилительного блока 3.

Для усиления входиого сигнала, поступающего 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 33 и 34, промежуточный согласующий усилитель на транзисторе 35, диод 36 и выходной тиристор 37. Выходной сигнал со

второго каскада усиления (транзистора 34) через разделительный диод 36 и коитакт 38 реле подается на управляющий электрод тиристора 37. 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 но команде синхронизатора. Основными элементами блока запрета являются транзисторы 39 и 40, Стабилитрон 41, диод 42, тиристор 43, конденсатор 44, резисторы 45-50 и реле 51.

Блок запрета получает входной сигнал по производной от огибающей напряжения биения с резистора 23 функционального блока 1 и при допустимом диапазоне разности частот синхронизируемых напряжений замыкает

контакт 38 в цепи управляющего электрода тиристора 37. Этим обеспечивается подготовка электрической цепи управления коммутационным 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 26 и 27 и балластном сопротивлении 28, стабилизирует напряжения, подаваемые на схему синхронизатора. Напряжение смещения, снимаемое со стабилитрона 26, 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 внещних факторов.

Синхронизируемые нанряжения (кривые а и б на фиг. 2) с угловыми частотами ссц и соз

подаются на первичные обмотки измерительных трансформаторов 5 и 6. Со вторичных встречно включенных обмоток этих трансформаторов напряжение биения (кривая в на фиг. 2) поступает на иервичную обмотку промежуточного трансформатора 7. Последний имеет три вторичные обмотки, одна из которых выдает сигнал в канал огибающей напрялсения биения, а две другие - в каналы первой производной этого напряжения.

Выпрямитель 8 преобразует напряжение биения в пульсирующее выпрямленное напряжение (кривая г на фиг. 3), промодулированное ло амплитуде. Частота модуляции пульсирующего напряжения равна разности частот синхронизируемых напряжений, а несущая частота - сумме частот этих напряжений. На активно-емкостном фильтре, выполненном на конденсаторе 9 и резисторе 10, пульсации напряжения биения сглаживаются, образуя огибающую напряжения биения (кривая ж на фиг. 4).

Сигнал огибающей этого напряжения подается в блок времени опережения синхронизатора.

Пульсирующие выпрямленные напряжения, снимаемые с выпрямителей 11 и 12, через стабилитроны 13 и 14 подаются на сглаживающие активно-емкостные 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.

Сигнал первой производной от огибающей напряжения биения, снимаемый с резистора 23, подается на базу транзистора 39. Через сопротивление 45 от отрицательного полюса источника питания к базе этого транзистора подводится также напряжеиие смещения. Так как сигнал производной имеет переменную полярность, которая измеияется с частотой, равной разности частот синхронизируемых напряжений, то при положительном потенпиале сигнала этой производной транзистор 39 закрыт. В этом случае конденсатор 44 заряжается по цепи: плюс источника питания - обкладки конденсатора - сопротивления 48. 47 и 46 - минус источника питания. При обратной полярности сигнала производной транзистор 39 открыт и конденсатор 44 разряжается по цепи: плюсовая обкладка конденсатора - ЭК транзистора 39 - сопротивления 47 - диод 42 - минусовая обкладка конденсатора. Уровень заряда конденсатора при задапной величине сопротивлений 46-48 зависит от длите.тьности времени пребывания транзистора 39 в закрытом состоянии, т. е. от частоты напряжения биения. С уменьщением этой частоты напряжение на конденсаторе возрастает. При напряжении конденсатора, превыщающем напряжение пробоя стабилитрона 41, транзистор 40 открывается и на управляющий электрод тиристора 43 подается

сигнал, обеспечивающий его открытие. Тиристор открывается, реле 51 срабатывает и за мыкает свои контакты 38 в цепи управления тиристора 37. подготавливается цепь синхронизатора для выдачи управляющего сигнала на включение коммутационного аппарата. Допустимый диапазон частот, в котором срабатывает блок запрета по разности частот, настраивается уставкой сопротивлений 46 и 47. Второй канал первой производной, содержащий выпрямитель 12, работает аналогично и выдает сигнал в блок времени опережения. На второй вход этого блока поступает сигнал из канала формирования огибающей напряжения биения.

Если величина сигнала огибающей напряжения биения больще величины сигнала первой производной этого напряжения, что соответствует недопустимому углу сдвига по фазе векторов синхронизируемых напряжений, то первый вход блока 2 времени опережения открыт. Обмотка 29 отрицательной обратной связи блокинг-генератора получает питание. Выходной сигнал, снимаемый с обмотки 32 блокинг-генератора, равен нулю.

Как только сигнал первой производной от огибающей напряжения биения превысит величину сигнала огибающей этого напряжения, что соответствует допустимому углу сдвига векторов синхронизируемых напряжений, открывается второй вход блока времени опережения, первый вход которого закрыт. Питание получает облютка 30 положительной обратной связи блокинг-генератора. С обмотки 32 снимается сигтшл « в виде пучка прямоугольных импульсов (см. фиг. 4).

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 превыщает в этом случае уровня сигнала

огибающей напряжения биения и сигнал на

выходе блока времени опережения отсутствует.

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

По достижении синхронизируемыми источниками электроэнергии допустимой разности частот и допустимой разности напряжений блок времени опережения выдает управляющий сигнал в усилительный блок 3 синхронизатора. Этот сигнал усиливается первым каскадом транзисторного усилительного элемента (на транзисторе 33), затем инвертируется транзистором 35 и подается на второй каскад того же элемента, выполненного на транзисторе 34. Со второго каскада через развязывающий диод 36 и замкнутые контакты 38

реле 51 усиленный сигнал поступает на управляющий электрод тиристора 37. При открытии последнего включающий электромагнит -коммутационного аппарата получает питание и обеспечивает включение синхронизируемого агрегата на параллельную работу.

Предмет изобретения

Устройство для точной автоматической синхронизации, содержащее функциональный блок, состоящий из измерительных трансформаторов синхронизируемых напряжений и промежуточного трансформатора, к вторичным обмоткам которого через выпрямители подключены -каналы формирования огибающей напряжения биения и двух первых произБОдных от огибающей этого напряжения, блок контроля разности -частот и времени опережения, связанный с каналом формирования огибающей напряжения биения и одним

из каналов первой производной, и блок запрета по разности частот, вход Которого соединен со вторым каналом первой производной, отличающееся тем, что, с целью обеспечения постоянного времени опережения в щироком диапазоне частот, каналы формирования производных снабжены стабилитронами, включенными между выпрямителями и дифференцирующими цапочка.ми, а блок контроля разности частот и времени

опережения выполнен на основе транзисторного элемента сравнения.

5 LA..A. fi 1..

а - синщнизируемое напряжение с частотой a}j-, -син онизируемое напряжение с частотой (2 Ь-напря1 ение биения

Фиг.г

г-быпрямленное напряжение биения -, д огибающая дыпрянлЕнного напря(вния биения; е- ыпрймленнов напряжение биения после ста5илитроно6

ж - огибанзщая напряжения биения после (рильтра;

3 -произбодная от быпрямлеиного напряжения биения после

стабилитронов

v-дымдной сигнал блока бремени опережения и запрета по разности амплитудных зн13чении синт ронизируемых напряжений.

Фиг.З

ua.i+