Устройство для автоматической синхронизации с постоянным углом опережения Советский патент 1982 года по МПК H02J3/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для синхронизации синхронных генераторов, например судовых, методсял точной синхронизации.

Известны устройства для автоматической синхронизации генераторов с постоянными временем опережения и углом опережения. Для генераторов относительно небольшой мощности, например на электростанциях речных судов, целесообразно использование устройств автоматической синхронизации с постояннБМ углом опережения. Это объясняется разбросом времени срабатьюания генераторных контактов и автоматических включателей и сложностьюсхем, работающих с постоянньм временем опережения.

Известен автоматический синхронизатор с постоянным углом опережения, содержащий выпрямитель, включенный на напряжение биений, схему сравнения, источник опорного напряжения, логическуюсхему, выдающую .сигнал в том случае, если длительность импульсов на ее входе больше заданного времени, интегратор и компаратор, включенные последовательно, причем один вход компаратора подключен к выходу выпрямителя, а другой на-источник, опорного напряжения, выход интегратора включен на вход схемы сравнения, на другой вход которой подключен второй источник опорного напряжения, а ее выход подключен к логической схеме 1.

Недостаток данного синхронизатора отсутствие уравнивания частот при

10 синхронизации.

Известен автоматический синхронизатор с постоянньм углом опережения, который дополнительно снабжен вторым двухполупериодным выпрямителем,

15 подключенным на разноименные фазы генератораи сети, последовательно включенным с ним вторьм компаратором, вторые интегратором и выходньм триггером со схемой сравнения, а также,

20 дифференциатором, инвертором и входным триггером со схемами совпадения на входах, при этом выход первой схемы сравнения подключен непосредственно к первсалу входу схемы совпа25дения, включенной на записывающий единицу вход триггера и через инвер.тор к первому входу схемы совпадения, включенной на записывающий нуль вход триггера, а выход второй схемы

30 сравнения подк.точен ко BToptavi входам

схем совпадения через дифференциатор 2 ,

Общим недостатком указанных синхронизаторов является зависимость величины угла опережения от разности напряжений генератора и сети, а также от формы напряжения сети, так как входным напряжением синхронизаторов является в обоих случаях напряжение биений. Искажение формы напряжения сети имеет место в электроэнергетических системах,имеющих в качестве потребителей статические преобразователи мощностью, соизмеримой с мощностью генераторов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для автоматической синхронизации генераторов переменного тока, позволяющее исключить влияние разности напряжений сети и генератора и формы напряжения сети на величину угла опережения за счет преобразования входных напряжений сети и генератора в прямоугольные импульсы.

. Устройство содержит формировател прямоугольн1дх импульсов, входы которых подключены через схемы И к входам соответственно записывающим нуль и единицу, выходного триггера, триггеры, схемы И, реле времени и собирательную схему, выхюды формирователей прямоугольных импульсов подключены через инверторы и схему к записывающему единицу входу первого триггера и через дифференциаторы и схему И к записывающему единицу входу второго триггера, вход которого, записывающий куль, через реле времени соединен с дополнительной схемой И, входы которой подключены к выходу второго триггера и выходу схемы ИЛИ, включенной на входы инверторов, выход одного из которых подключен к второму входу схемы И записывающего нуль входа . выходного триггера, а выход второго к второму входу схемы совпадения записывающего единицу входа выходного триггера, третьи и четвертые входы схем И выходного триггера попарно объединены и подключены соответственно к инверсному выходу первого триггера и к прямому выходу второго триггера, причем входы формирователей подключаются соответственно к фазному напряжению сети и линейному напряжению генератора 3

Основным недостатком данного устройства является невозможность плавного изменения угла опережения для оптимизации процесса синхронизации применительно к конкретному генераторному контактору или автоматическому выключателю - в устройстве получаемый угол опережения равен

углу между векторами фазного напряжения сети и линейного напряжения генератора, т.е. он может быть только кратным 30°. Кроме того, при соединении обмоток генератора треугольником требуется искусственное формирование фазного напряжения.,

Цель изобретения - обеспечение возможности плавного изменения угла опережения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве синхронизации, содержащем пять элементов И, элемент ИЛИ, реле времени, три триггера, два инвертора и формирователи прямоугольных импульсов с входами для подключения на напряжения соответственно сети и генератора, причем выход второго формирователя подключен к первому входу первого элемента И, выход которого подключен к записывающему единицу входу первого триггера и через инвертор к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к записьшающему нуль входу первого триггера, выход первого формирователя подключен через инвертор ко второму входу первого элемента И и ко второму входу второго элемента И, третьи входы первого и второго элементов И соединены с инверсным выходом второго триггера, в качестве реле времени использован трехтактный ждущий мультивибратор, при этом устройство снабжено шестым, седьмым, восьмым и девятью элементами И, элементом И-НЕ, четвертым триггером, третьим инвертором, причем вход ждущего мультивибратора подключен через элемент ИЛИ к выходам формирователей прямоугольных импульсов, к выходу одного из которых подключены первые входы третьего, четвертого и пятого элементов И, к другому - вторые входы этих элементов, выходы которых подключены к записывающим единицу входам соответственно второго,третьего и четвертого триггеров, к третьим входам третьего, четвертого и пятого элементов И подключены соответственно первый, второй и третий выходы трехтактного ждущего мультивибратора четвертый вход четвертого элемента И соединен с инверсным выходом второго триггера, четвертый вход пятого элемента И - с инверсным выходо третьего триггера, записывающие нуль входы второго, третьего и четвертого триггеров соединены с выходом шестого элемента И, первый.вход которого соединен с третьим выходом ждущего мультивибратора, а второй через элемент И-НЕ с выходами обоих формирователей импульсов, прямые выходы второго, третьего и четвертого триггеров подключены к входшседьмого элемента И, а к прямому и инверсному выходам первого триггера подключены входы восьмого и девятог элементов И, вторые входы которых подключены к прямому выходу второго триггера, третьи входы этих элементов через третий инвертор подключен к выходу седьмого элемента И. Сигнал на включение генераторног контактора или автоматического выкл чателя формируется при установке в единичное состояние второго,треть го и четвертого триггеров. Установк их в единичное состояние может происходить во время импульсов на первом, втором и третьем выходах трехтактного ждущего мультивибратора. Длительность импульсов на втором и третьем выходах его определяют максимальную частоту скольжения, при которой происходит включение генератора, а длительность импульса на первом выходе определяет угол опережения. Изменяя длительность импульса на первом выходе ждущего мультивибратора, можно изменить угол опеоежения практически от О до 180°. На чертеже изображена принципиал ная схема предлагаемого устройства. Устройство для автоматической синхронизации состоит из формироват лей 1 и 2 прямоугольных импульсов, включенных на одноименные фазы напряжения сети и генератора. Выходы формирователей 1 и 2 подключены к входа-м элемента ИЛИ 3, выход которог соединен с входом трехтактного ждущ iro мультивибратора 4.Кроме того, вы ход формирователя 1 подключен к пер вым входам элементов И 5 - 9 непосредственно и через инвертор 10 к входу элемента И 11, а выход формирователя 2 - к вторым входам элементов 5,6,7,8 и 11 и через инвертор 12 к второму входу элемента 9. Третьи входы элементов 5-7 соединены соответственно с первым, вторы и третьим выходами трехтактного жду щего мультивибратора 4.Выход элемента 5 соединен с записывающим еди ницу входом триггера 13, инверсный выход которого подключен к четвертому входу элемента 6 и третьим вхо дам элементов 9 и ll, Выход элемент 6 соединен с записывающим единицу входом триггера 14, инверсный выход которого подключен к четвертому входу элемента 7, выход которого, в свою очередь, соединен с записывающим единицу входом триггера 15. К записывающим нуль входам три:- геров 13-15 подключен выход элемента И 16, один вход которого соединен с инверсным выходом элемента 8, а другой - с третьим выходом жду щего мультивибратора 4. Выход элемента 11 подключен к записывающему единицу входу триггера 17, а выход элемента 9 - к записьгаающему нуль входу его. Прямы.е выходы триггеров 13 - 15 подключены к входам элемента. И 18. Прямой и инверсный выходы триггера 17 соединены с первыми .входами соответственно элементов И 19 и 20, к вторым входам которых подключен прямой выход триггера 13, а к третьим входам через инвертор 21 выход элемента 1 В. Подключение вторых и третьих элементов 19 и 20 может быть выполнено иначе, чем показано на чертеже, но таким образом, чтобы обеспечить единичные сигналы на них при единичном состоянии триггера 13 и нулевом состоянии одного из триггеров 14 и 15. Устройство работает следующим образом. На выходах формирователей 1 и 2 формируются прямоугольные импульсы, длительностью равные половине периода сравниваемых напряжений. Сдвиг импульсов во времени . от угла рассогласования по фазе этих напряжений. При поступлении на элемент 3 одного из Импульсов с формирователей, например с формирователя 1, запускается трехтактный ждущий льтивибратор 4 и на его выходах последовательно формируются импульсы - сначала на первом выходе, затем на втором и на третьем. При большой разнице фазных углов сравниваемых напряжений импульс с другого формирователя поступает после формирования импульсов на всех трех выходах ждущего мультивибратора 4, поэтому ни на один из триггеров 13 - 15 с элементов 5 - 7.сигнал для записи единицы не поступает и в момент формирования сигнала на третьем выходе ждущего мультивибратора 4 на записывающие нуль входы . этих триггеров подаются сигналы с помощью элементов 8 и 16. Кроме того, при поступлении импульса с формирователя 1 с помощью элемента 9 триггер 17 устанавливается в нулевое состояние. С помощью инвертора 10 элемент 1.1,,служащий - для установки триггера 17 в единичное состояние, блокируется. При уменьшении разности фазных углов сравниваемых напряжений наступает момент, когда импульс на выходе формирователя 2 формируется одновременно с импульсом на третьем выходе ждущего мультивибратора 4. При этом сигнал с элемента 7 устанавливает триггер 15 в единичное состояние. Если частота скольжения сравниваемых напряжений не превышает допустимую величину, то через период или несколько периодов импульс на выходе, формирователя 2 будет формироваться одновременно с импульсом на втором выходе, а еще через период или несколько периодов - одновременно с импульсом на первом выходе ждущего мультивибратора 4, Это вызывает установку в единичное состояние соответственно триггера 14 с помощью элемента 6 и триггера 13 с помощью элемента 5.

При установке триггеров 13 - 15 в единичное состояние на выходе элемента 17 формируется сигнал на включение генераторного контактора или автоматического выключателя.

Угол опережения при включении зависит от длительности импульса на первом выходе ждущего мультивибратора,, а от длительности импульсов на втором и третьем выходах его зависит максимальная частота скольжения, при которой происходит включение генератора,

в;сли частота скольжения превышает величину, при которой может произойти включение генератора, то при уменьшении разности фазных углоэ по крайней мере один из триггегров 14 и 15 не будет.установлен в единичное состояние.

Например, импульс на выходе формирователя 2 формируется одновременно с импульсом на третьем выходе ждущего мультивибратора 4, что вызывает ycTciHOBKy в еди} ичное состояние триггера 15, а через период одновременно . с 11мпульсом на первом йыходе ждущего мультивибратора 4, что вызывает установку в единичное .состояние триггера 13, При формировании импульса на втором выходе ждущего мультивибратора установка триггера 14 в единичное состояние не произойдет, так как элемент 6 блокируется инверсным выходом триггера 13. Сигнал на включение генератора на выходе элемента 18 при этом будет отсутствовать.

При срабатывании триггера .13 сигнал с его инверсного входа блокирует элементы 9 и 11, состояние триггера 17 запоминается. Сигнал с прямого выхода триггера 13 разблокирует элементы 19 и 20 и на выходе одного из них в зависимости от состояния триггера 17 появляется сигнал для воздействия на серводвигатель, регулятора оборотов приводного.двигателя генератора.

Состояние триггера после запоминания определяется тем, какой из импульсов поступил раньше - с формирователя 1 или формирователя 2.

Эффективность изобретения по, .сравнению с известным заключается в возможности изменения угла опережения в зависимости от применяемого крммутационного аппарата.

Предлагаемое устройство легко . реализовать с применением интегральных схем.

Формула изобретения

Устройство для автоматической синхронизации с постоянным углом опережения, содержащее пять элементов И, элемент ИЛИ, реле времени, три триггера, два инвертора и формирователи прямоугольных импульсов с входами для подключения на напряжения соответственно сети и генератора, причем выход второго .формироватля подключен к первому входу первог элемента И, выход которого подключен к записывающему единицу входу первого триггера и через инвертор к первому входу второго элемента И, выход которого подключен.к записывающему нуль входу первого триггера выход первого формирователя подключен через инвертор КС второму входу первого элемента И и ко второму входу второго элемента И, третьи входы первого и второго элементов И соединены с инверсным выходом второго триггера, отлич ающеес я тем, что, с целью повышения точност путем обеспечения плавного изменени утла опережения, в качестве реле времени использован трехтактный ждущий мультивибратор, а устройство снабжено шестым, седьмым, восьмым и девятым элементами И,элементом И-НЕ четвертым триггером, третьим инвертором, причем вход ждущего мультивибратора подключен через элемент ИЛИ к выходам формирователей прямоугольных импульсов, к выходу одного из которых подключены первые входы третьего, четвертого и пятого элементов И, к другому - вторые входы этих элементов, выходы которых подключены к записывающим единицу входам соответственно второго, третьего и четвертого триггеров, к третьим входам третьего, четвертого и пятого элементов И подключены соответственно первый, второй и третий выходы трехтактного ждущего мультивибратора, четвертый вход четвертого элемента И соединен с инверсны выходом второго триггера, четвертый вход пятого элемента И - с инверсным выходом третьего триггера, записывающие нуль входы- второго,третьего и четвертого триггеров соединены с выходом шестого элемента И, первый вход которого соединен с третьим выходом ждущего мультивибратора, а второй - через элемент И-НЕ с выходами обоих формирователей импульсов, прямые выходы второго, третьего и четвертого триггеров подключены к входам седьмого элемент.а И, к прямому и инверсному выходам первого триггера подключены входы восьмого и девятого элементов И, вторые входы которых подключены к прямому выходу второго триггера, третьи входы этих элементов через третий инвертор подключены к выходу седьмого элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 319993, кл. Н 02 J 3/42, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР № 441628, кл. Н 02 J 3/42, 1972.

3.Авторское свидетельство СССР № 438080, кл, Н 02 J 3/42, 1971.