Импульсный синхронизатор Советский патент 1981 года по МПК H02J3/42 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ СИНХРОНИЗАТОР

I

Изобретение относится к электроэнергетике, и может быть использовано в системах .электроснабжения для включения на параллельную работу синхронных, генераторов.

Известно устройство для синхронизации синхронных генераторов; выполненное на формирователях импу.льсов, которые под-, ключены к шинам синхронизирующих гене-; раторов, триггерах, счетчиках аешифрато- . pax и логических схемах l

Недостатком такого устройства является то, что оно срабатывает с постоянным углом опережения только в мсмент прохождения разностью частот наперед заданно- js го значения. Это сужает область допустимых параметров синхронизации и тем самым приводит к затягиванию процесса включения синхронных генераторов на параллельную работу, а в случае включения jg . синхронизатора при малых разностях частот может вызвать большую угловую ошибку .и, как следствие, большие возмущения в системе электроснабжения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является импульсный синхронизатор, содержащий входные блоки преобразования напряжений сети и . генератора, каждУй из которых содержит формирователь прямоугольных импульсов, к выходу которого подключен формирователь вспомогательных импульсов, переключатель каналов, состоящий из выявителей знака скольжения и блок включения . . Оценка разности частот в,данном синхронизаторе производится по числу совпадений вспомогательных импульсов большой частоты с прямоугольными импульсами меньшей частоты, а команда на эключение выключателя формируется с постоянным углом опережения и момент совпадения переднего фронта прямоугольного импульса большей частоты с прямоугольным импульсом меньшей частоты.

Независимость угла опережения от разности частот синхронизируемых напряжений является основным недостатком прототипа, обслуживающим в общем случае замыкание контакгов генераторного выключения при ненулевом угле сцвига фаз между синхронизируемыми напряжениями, что приводит к протеканию большик уравнитель ных токов и к провалам напряжения на шинак генераторов. Целью изобретения является повышение точности синхронизации во всей области допустимых значений разности чаСтол. Эта цель достигнута в импульсном син- хрониааторе,- содержащем входные блоки преобразования напряжений сети и генератора, каждый из которых содержит формирователь прямоугольных импульсов, к выходу которого подключен формирователь вспомогательных импульсов, переключатель каналов, состоящий из двух выявителей знака скольжения, и блок включения. Новым в устройстве является то, что оно снабжено блоком сбрасывающих импульсов, каждый из входных блоков снабжен формирователем.управляющих импульсов на входе блока, выход формирователя управляющих импульсов подключен ко вхоUy формирователя прямоугольных импульсов, каждый из выявителей знака скольжения состоит из двух схем И и триггера, а переключатель каналов снабжен двумя схемами ИЛИ, установленными на выходе переключателя, блок включения состоит из двух счетчиков, схемы совпадения, дешифратора, триггера, схемы ИЛИ, схемы И, а блок сбрасывающих импульсов состоит из схемы ИЛИ г подключенного к ее выходу генератора сбрасывающих импульсов причем ко входам первой схемы |И каждого из выявителей знака скольжения подключены выходы формирователя прямоугол ных импульсов соответствующего входного блока, формирователя управляющих импуль сов другого входного блока и триггера другого выявителя знака скольжения, ко входам второй схемы И каждого из выяви телей знака скольжения подключены выходы формирователя вспомогательных импуль сов соответствующего входного блока, формирователя управляющих импульсов дру гого входного блока и триггера другого выявителя знака скольжения, выходы вторых схем И каждого выявителя знака скол жения подключены ко входам первой схемы ИЛИ переключателя .каналов и к единичным входам триггеров соответствующего выяви теля знака, выходы первых схем И каждо го выявителя знака скольжения подключены ко входам второй схемы ИЛИ переклю чателя каналов, выходы схем ИЛИ подклю чены к .записывающим входам соответствующих счетчиков блока:включения и ко входам схемы ИЛИ блока сбрасывающих импульсов; выходы счетчиков подключены ко входам схемы совпадения, выходы первого счетчика, кроме того, через дешифратор подключены к единичному входу триггера блока включения, выход которого цодключен ко входу схемы ИЛИ блока включения и к первому входу выходной схемы И блока включения, ко второму входу которо-го подключен выход схемы совпадения, причем выход генератора сбрасывающих импульсов подключен на нулевые входы триггеров выявителей знака скольжения и включения, на второй вход схемы ИЛИ блока включения и установочный вход второго счетчика, а выход схемы ИЛИ блока включения включен на установочный вход первого счетчика На фиг. 1 представлена схема предлагаемого синхронизатора; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу синхронизатора. Предлагаемый импульсный синхронизатор содержит: 1,2 т- входные блоки 3,3 формирователи управляющих импульсов, 4,4 - формирователи прямоугольных импульсов, 5,5 - формирователи вспомогательных импульсов, 6 - переключатель ка-. налов; 7,7 - выявители знака скольжения; 8,8- первые схемы И ,9,9- вторые схемы И вьпявителей знака скольжения. 10,10 - триггеры выявителей знака скольжения, 10,12 - первая и вторая схема ИЛИ переключателя каналов, 13 - блок включения, 14,15 - первый и второй счетчик блока включения, 16 -Схема совпадения, 17 - дешифратор; 18 - схема ИЛИ блока включения, 19 - триггер блока включения, 20 - схем.а И блока включения} 21 - блоксбрасывающих импульсов, 22 схема ИЛИ блока сбрасывающих импульсов; 23- генератор сбрасывающих импульсов; 24- цепь включения генераторного выключателя. На фиг. 2 представлены временные диаграммы, поясняющие работу синхронизатора. Номера диаграмм, изображенных на фиг. 2 - цифры вдоль оси ординат - соответствуют номерам блоков синхронизатора. Временные-диаграммы ра;боты блоков 3, --4, 5, и. з, 4,5 для наглядности совмещены и показаны в виде временных диаграмм у блоков 1, 2, а синусоиды входHj)ix напряжений УГ UG на фиг. 2 опуще-, ны.Для определенности принято,что частота сети больше частоты генератора. Взаимное положение управляющих импульсов блоков З(З). 4(4) и 5(5), образующи своеобразный пакет, видно из диаграммы блоков 1, 2. Управляющие нм;пульсы блоков 3(3 ) привязаны по фазе к синусоидамUr (;t) и Uc (t) и формируются в момент перехоца синусоиды через нуль в начале положительного полупериоца. Ос нраные и вспомогательные импульсы обоих каналов имеют одинаковую цлительность: a-V a-S- Неодинаковость частот синкронизируемы)с напряжений приводит к тому, что пакеты импульсов генератора и сети с течением времени смещаются аруг относитель но друга, так, как это показано на временных диаграммах блоков 2 и 2 для ин тервалов времени С -тТс- фи этом пакет импульсов большей частоты своим управля ющим импульсом от блока как бы надвигается на пакет импульсов меньшей частоты со стороны заднего фронта вспомогательного импульса блока 5. В результате управляющий импульс блока 3 - последовательно проходит во времени сначала по вспомогательному импульсу блока 5, а потом - по основному прямоугольному импульсу блока 4. Перемещение происходит не непрерывно, а дискретно - шагами -- на один шаг &Т за каждый период Т| меньшей частоты. Величина шага йТ равна разности периодов меньшей и большей частот: () в предлагаемом синхронизаторесовпадения импульсов блоков З и 5 (3 и S при другом знаке разности частот генератора и сети) используется для оценки разности частот в процессе синхронизации;., а импульсов блоков 3 и 4 (3 и 4) - для построения постоянного времени опереОценка разности частот производится по N совпадений импульсов блоков 3 и 5 (3 и 5). Для N справедливо равенство:где 5 д. - значения меньшей и большей частот синхронизируемых напряжений; л - разность частот. 8 4 Так как частоты в процессе точной синхронизации изменяются не более, чем на 5%, то в (3) можно принять -iK const еД) и считать N функций .только 5 N-KUf (5--). ЕСЛИ известна допустимая разность частот Л д, то условие, при котором синхронизация разрешается: д,оп СЬ) может быть трансформировано к виду: Аоп Х У. Это значит, что для оценки разности частот можно использовать счетчик, подключенный к схеме И, на входы которой подаются импульсы блоков 3 и 5(3 и 5),... В общем случае&-E ut.,поэтому в счетчике запишется число W Мдоп. Команда на включение генераторного выключателя в предлагаемом синхронизаторе формируется в момент очередного совпадения импульсов блоков 3 и 4 (3 и 4) при условии, что число предыдущих совпадений было равным. ч ДМ- Н-Ндоп 8). Покажем, что время опережения, t Qp синхронизатора при выполнении назван- нык условий будет постоянным. Разность частот в процессе движения управляющего импульса по вспомогатель-ному и основному импульсам примем неизменной. При выполнении .условия (1) и сделанном допущении команда на включение выключателя будет подана в тот момент, когда до совпадения напряжений U и Uj. по фазе (чему эквивалентно совпадение по фазе импульсов 3 и з) останется число совпадений импульсов блоков 3 и 4 3 и 4). Действительно, так как число совпадений импульсов блоков З и 4 (3 и 4) равно N по условиям (1) и (7), команда на включение подается спустя К совпадений, то остаток совпадений будет равным (.9Г Время опережения -t представляет собой произведение этого остатка на длительность .цериода, Т меньшей частоты: ton : АОП- АЛ (10) или, с учетом (4) и (7) . i-Mq- , -:5 рп л -., V оп АОП Изменение Хоп в процессе перестрой- кн синхронизатора под другой генераторвый выключатель может быть произведено путем изменения длительности основ- ных и вспомогательных, импульсов. Синхронизатор работает след: щим обВходные блоки формиров5атёлёй иыпульсов формируют пакеты импульсов меньшей и большей частот в момент прохождения синусоид синхронизируемых напряжений че рез нулевую фазу. При этом формирователи прямоугольных импульсов 4 и 4 запускаются по переанему фронту управляющих импульсов 3 и З, а формирователи вспомогательных импульсов 5 и 5 - по заднему фронту основных прямоугольных импульсов 4 и 4 . Пока пакеты импульсов не перекрывают друг друга (интервал времени t на фиг. 2) сигналы на выходе первых 8,8 и вторых 9,9 схем И, а значит и на выхоае первой 11, второй 12 и четвертой 22 схем ИЛИ отсутствуют, что дает возможность работать генератору 23 сбрасывающих импульсов, который устанавливают в состояние О первые 10,10 и второй триггеры и первый 14 и второй 15 счетчики. Счетчик 15 устанавливается в О импульсами генератора 23 непосредственно, а счетчик 14 - через схему ИЛИ 18. Триггеры 10 и 10 подают сигналы на входы схем И (8,9, 8, 9 ), подготавливая их тем самым к срабатыванию в момент совпадения управляющих импульсов большей частоты с вспо могательными, и основными импульсами меньшей частоты (интервал времениt72 }: Сначала происходит совпадение импульсов блоков З и 5. При этом срабатывает вто рая схема И, сигнал с выхода которой переводит триггер 10 в состояние i, через первую схему ИЛИ 11 поступает на вход первого счетчика 14, а через схемы ИЛИ 11 и 22 поступает на вход генератора импульсов 23 и блокирует его. Переход триггера 10 в состояние 1 эквивалентно переходу переключателя 6 кана- --- лов в такое состояние, которое обеспечивает подачу на входы блока 13 включения в качестве импульсов большей частоты си налы сети, а в качестве импульсов мень- шей частоты сигналы генератора. При этом в работе остаются схемы И 8 и 9, а схемы И 8 н.9/ блокируются. Счетчик 14 производит подсчет импульсов, поступающих с выхода дереключателя б:,каналов. Если разность частот ле- в допустимых пределах, го в счетчике 14 на интервале времени Т накопится число МлоП которое вызовет появ„ сигнала на выходе дешифратора 17 и, как следствие, переход в состояние 1 триггера 19... Опрокидывание триггера 19 обусловит подачу сигнала непосредст- , В9ННО на вход третьей схемы И и через схему ИЛИ 18 - на устойчивый вход счетчика 14, который сбрасывается в состояние О для того, чтоб сосчитать число импульсов ДН Ы-Ыдд 1 с выхода второй схемы ИЛИ 9. К интервалу времени t- когда в счет-в . чике 14 оказывается записанным число. ЛН,наступает совпадение импульсов блоков 3 и .4, фиксируемое первой схемой )И. Сигналь с ее выхода через вторую схему ИЛИ поступают для подсчета на счетчик 15, который начинает заполняться. В момент накопления в счетчике 15 числа uN срабатывает схема 16 совпадения, сигнал с выхода которой через третью схему И проходит в цепь 24 включения генераторного выключателя. Если разность частот выше допустимой, на интервале времени CT-j в счетчике 14 запишется число, меньшее, чем этом дещифратор 17 не сработает и триггер 19 останется в состоянии О, блокируя схему И 20. В результате запись в счетчике 15 числа, равного числу в счетчике 14, вызовет срабатывание схемы совпадений 16, но не приведет к включению генераторного выключателя. Если разность частот выша допустимой, на интервале времени -Ь в счетчитке 14 запишется число, меньшее, чемНдо,.При этом .дешифратор 17 не сработает и триггер 19 останется в состоянии О, блокируя схему И 20. В результате запись в счетчике 15 числа, равного числу в счетчкке 14, вызовет срабатывание схемы 16 совпадений, но не приведет к включению генераторного выключателя. Расхождение импульсов блоков 3 и 4 (интервал tS ) обусловит запирание схем И 8 и 9 и, как следствие, деблокировку генератора 23, который первым своим имйульсом приведет схему синхронизатора в. исходное состояние - установит в О триггер 10, счетчики 14 и 15 и подтвер дит состояние О триггеров 10 и 19. Синкрониаатор может быть выполнен на «азе интегральных микросхем любой серии, содержащей в своем составе логнчеекие элементы И, ИЛИ, а также счетчи ки и дешифраторы. Схемные решенияформирователей импульсов, схемы совпадения генератора сбрасывающих импульсов на базе элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ широко освещены в технической литературе и дополнительных пояснений не требуют. Предлагаемый синхронизатор достаточ но прост по используемой элементной базе, имеет высокое быстродействие и точность, чеМ выгодно отличается от аналога и прототипа. Формула изобретения Импульсный синхронизатор, содержащий входные блоки преобразования напряжений сети и генератора, каждый из которых содержит формирователь прямоугольных импульсов, к выходу которого подключен формирователь вспомогательных импульсов, переключатель каналов, состоящи из двух выявителей знака скольжения и блок включения, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, синхронизатор снабжен блоком сбрасывающих импульсов, каждый из входных блоков снабжен формирователем управляющих импульсов на входе блока, выход формирователя управляющих импульсов подключен ко входу формирования прямоугольных импульсов, каждый из выявителей знака скольжения состоит из двух схем И и триггера, а переключатель каналов снабжен двумя схемами ИЛИ, установленньп и на выходе переключателя; блок включения состоит из двух счетчиков, схемы совпадения, дешифратора, триггера, схемы ИЛИ, схемы И, а блок сбрасывающих нм1гульсов состоит из схемы И/И и подключенного к ее выходу генератора сбрасываю щих импульсов, причем ко входам первой схемы И каждого из выявителей знака скольжения подключены выходы формирователя прямоугольных импульсов соответствующего входного блока, формирователя управляющих импульсов другого входного блока и триггера другого выявителя знака скольжения, ко входам второй схемы И каждого из выявителей знака скольжения подключены выходы формирователя вспомогательных импульсов соответствующего входного блока, формирователя управляющих импульсов другого входного блока и триггера другЬго выявителя, знака скольжения, выходы вторых схем И каждого выявителя знака скольжения подключены ко входам первой схемы ИЛИ переключателя каналов и к единичным входам триггеров соответствующего вр.гявителя знака, выходы первых схем И каждого выявитетш знака скольжения поцкл1очет1ьг ко входам второй схемы ИЛИ переключателя каналов, выходы схем ИЛИ подключены к записывающим входам соотвотсгвующих счетчиков блока включения и ко входам схемы ИЛИ блока срабатывающих импульсов; выходы счетчиков подключе ы ко входам схемы совпадения, выходы первого счетчика кроме того через деитифрат ор подключены к единичному входу триггера блокп включения, выход которого подключен ко входу схемы ИЛИ блока включения и к первому входу выходной схемы И блока включения, ко второму входу которого подключен выход схемы совпадения; причем выход генератора сбрасывающих импульсов подключен на нулевые входы триггеров выявителей знака скольжения и блока включения, на второй вход схемы ИЛИ блока включения и установочный вход второго счетчика, а выход схемы ИЛИ блока включения включен на установочный вход первого счетчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР « 39489О, кл. Н О2 Т 3/42, 197О. 2.Лвторское свидетельство СССР по аявке N9 2535509/24-О7, л. Н 02 Т 3/42, 1977 (прототип).

ч «4