Автоматический синхронизатор с постоянным временем опережения Советский патент 1983 года по МПК H02J3/42 

1

Изобретение относится к устройствам, автоматической синхронизации генераторов переменного тока различной частоты, в частности генераторов с номийальной частотой 400 Гц.

Известны устройства автоматической синхронизации, работоспособные при синхронизации генераторов повышенной частоты, в которых определение момента включения осушествляется путем сравнения прирашения разности фаз за последовательные дискретные промежутки времени с текущим значением разности фаз 1 и 2.

Недостатками данных устройств являются низкая точность при близкой к нулю разности частот синхронизируемых напряжений, сложность и недостаточная надежность, обусловленная необходимостью большого объема вычислительных операций.

Наиболее близким по технической суш,ности к предлагаемому является устройство для автоматической синхронизации с постоянным временем опережения, содержащее два формирователя прямоугольных импульсов, соединенные с фазовым компаjpaTopoM, два RS-триггеры,- логические схемы И, два счетчика со схемой сравнения.

схемы ан.ализа состояния счетчика и длительности периода, логическую схему ИЛИ и импульсный расширитель. При этом формирователи прямоугольных импульсов с входами для подключения на напряжения сети и генератора выходами подключены к фазовому компаратору, счетный вход первого счетчика соединен с одним из формирователей прямоугольных импульсов, входы схемы сравнения подключены с выходами второго счетчика импульсов.

10

Устройство работоспособно как при

синхронизации генераторов с частотой

50 Гц, так и повышенной частоты, когда

период биений меньше времени опереже15 ния 3.

Однако указанное устройство не обладает высоким быстродействием, так как цикл его работы имеет два этапа. Первый этап длительностью не менее времени опережения ton, в котором определяется длительность между двумя моментами совпадения фаз, превышающая ton, куда может входить один или несколько периодов биений, второй этап, в котором определяется момент времени с ton ДО совпадения фаз. Длительность второго этапа в оптимальном варианте может составлять один период биений. Таким образом, устройство формирует сигнал на включение с заданным временем опережения один раз за несколько периодов биений, количество которых может быть от двух до величины, определяемой разностью частот синхронизируемых напряжений. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства до одного периода биений, независимо от разности частот. Поставленная цель достигается тем, что в автоматический синхронизатор, содержащий два формирователя прямоугольных импульсов, подключенные к фазовому компаратору, два счетчика импульсов, счетный вход первого из которых соединен с одним из формирователей прямоугольных импульсов, схему сравнения, соединенную частью своих входов с выходами второго счетчика импульсов, и логическую схему И, введены накапливающий сумматор, входы которого подключены к выходам первого счетчика импульсов, вход нулевой установки соединен с входом начальной уста-новки второго счетчика импульсов и с выходом фазового компаратора, а вход синхронизации суммирования с выходом логической схемы И, схема анализа кодовых комбинаций, входы которой соединены с выходами накапливающего сумматора и с входами схемы сравнения, одновибратор, подключенный к R-BXOду нулевой установки первого счетчика импульсов, счетный вход которого объединен со счетным входом второго счетчика импульсов, и генератор импульсов, подключенный к одному из входов логической схемы И, другой вход которой подключен к входу одновибратора и к схемы анализа кодовых комбинаций, при этом выходом синхронизатора является выход схемы сравнения. На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы (на фиг. 3 обозначения временйых диаграмм соответствуют обозначения У1 узлов На фиг. 1). Автоматический синхронизатор содержит два формирователя 1 и 2 прямоугольных импульсов, преобразовывающие синусоидальные напряжения одноименных фаз (Up и Uc ) синхронизируемых объектов в прямоугольные импульсы, фазовый компаратор 3, формирующий короткий импульс в моменты совпадения фаз синхронизируемых напряжений, счетчики 4 и 5 импульсов со счетными входами Т и входом начальной установки (НУ), накапливающий сумматор 6 с R-входом нулевой установки и С-входом синхронизации суммирования, схему 7 сравнения, схему 8 анализа кодовых комбинаций, логическую схему И 9, одновибратор 10 и генератор 11, формирующий высокочастотные прямоугольные импульсы. Устройство работает следующим образом. По количеству счетных импульсов, в качестве которых могут использоваться прямоугольные импульсы с одного из формирователей 1 или 2, отсчитанные счетчиком 5 в течени/е периода биений, определяется длительность периода биений (nj в одном периоде биений, п в другом и т. п.). После этого в момент окончания одного и начала другого периода биений отсчитанная счетчиком величина длительности перио биений последовательно увеличивается в k раз, где k 1,2,3... - любое целое число-. Это продолжается до тех пор, пока не выполнится соотношение для одного периода биений, в другом и т. д. Полученные таким образом величины n-k и n,-k соответствуют минимальному интервалу времени между двумя моментами совпадения фаз, длительность которого не менее заданного времени опережения ton в текущий, момент времени. ОдновР йНо с начала каждого периода биений отсчитывается время, соответствующее величине n-k ( для другого периода биений и т.д.), уменьшенное на величину, соответствующую времени опережения. Момент достижения указанного количества импульсов соответствует моменту времени с заданным временем опережения , который может быть как в этом же периоде биений, так и через несколько периодов биений, в зависимости от длительности периода биений. Отсчет длительности каждого из периодов биений п, П| и т. п. осуществляется счетчиком 5. В момент окончания одного периода биений (фиг. 3) и начала другого накапливающий сумматор 6 сбрасывается в нулевое состояние по R-входу импульсом с фазового компаратора 3. Логическая схема анализа кодовых комбинаций, выход которой принимает нулевой логический уровень при кодовых комбинациях накапливающего сумматора, соответствующих величинам, меньшим t, и единичный - при кодовых комбинациях сумматора, соответствующих величинам t, выдает при этом сигнал, соответствующий ton В результате этот сигнал поступает на схему И 9 и разрешает прохождение на С-вход синхронизации сумматора импульсов с генератора 11. По первому импульсу с генератора 11 в сумматор 6 (ранее сброшенный в нулевое состояние) прибавляется число, хранящееся в этот момент в счетчике 5 (п или п, и т.п.). По второму импульсу к уже имеющемуся числу в сумматоре 6 добавляется еще раз число со

счетчика 5 и т.д. до тех пор, пока не выполняется условие .(или т.п.). При появлении в сумматоре 6 кодовых комбинаций, соответствующих величинам ign, на выходе схемы 8 анализа появляется сигнал, .запрещающий прохождение импульсов с генератора 11 на С-вход сумматора.

Одновременно по этому же изменению сигнала на выходе схемы 8 анализа одновибратором ,10 формируется импульс на сброс счетчика 5, который начинает новый цикл отсчета длительности периода биений. Процесс суммирования сумматором 6 длится незначительное, время (для этого применяется генератор 11 с импульсами достаточно высокой частоты) по сравнению со счетными импульсами с частотой, равной частоте одного из синхронизируемых генераторов, т. е. время суммирования не влияет на точность работы устройства, а сброс счетчика 5 практически совпадет по времени с началом периодов биений.

Таким образом, в сумматоре 6 постоянно хранится код, соответствующий минимальному интервалу времени между двумя моментами совпадения фаз, длительность которого не меньше заданного времени опережения ton в текущий момент.

Счетчик 4 по началу каждого периода биений импульсом с фазового компаратора 3 устанавливается, в исходное состояние, соответствующее заданному времени опережения (т.е. равное числу счетных импульсов, укладывающихся на интервале ton). Поступающие на Т-вход счетчика 4 счетные импульсы увеличивают его состояние и в момент, соответствующий заданному времени опережения до совпадения фаз, состояние счетчика 4 становится равным состоянию сумматора 6, что фиксируется схемой 7 сравнения, в момент совпадения состояний счетчика 4 и сумматора 6 от последнего момента совпадения фаз будет отсчитано время n-k-t (для другого периода биений n,. п.). С этого момента .через время t наступит один из моментов совпадения фаз, так как (n-k -величина, равная минимальному интервалу времени между двумя моментами совпадения фаз, длительность которого не менее заданного времени опережения t .

Сигнал с заданным временем опережения формируется таким образом,- что каждый, период биений и при необходимости синхронизации генераторов переменяого тока может быть расщирен известными способами до необходимой величины и выдан на включение соответствующей аппаратуры.

Предлагаемый синхронизатор позволяет обеспечить формирование сигнала с заданным временем опережения каждого периода биений независимо от длительностей периода биений, в том числе и в случае,

5 когда период биений синхронизируемых, генераторов меньще времени включения коммутационной аппаратуры генераторов, что особенно важно при синхронизации генераторов с повыщенной частотой, например 400 Гц.

0

Формула изобретения

Автоматический синхронизатор с прс- тоянным временем опережения, содержащий два формирователя прямоугольных импульсов с входами для подключения на напряжения сети и генератора, подключенные выходами к фазовому компаратору, два счетчика импульсов, счетный вход

0 первого из которых соединен с одним, из формирователей прямоугольных импульсов, схему сравнейия, соединенную частью своих входов с выходами второго счетчика импульсов, и логическую схему И, отличающийся тем, что, с целью повыщения быстродействия, он снабжён накапливающим сумматором, входы которого подключены к выходам первого счетчика импульсов, вход нулевой установки соединен с входом начальной установки второго счетчика импуль0 сов и с выходом фазового компаратора, а вход синхронизации суммирования - с выходом логической схемы И, схемой анализа кодовых комбинаций, входы которой соединены с выходами накапливающегр сумматора и с входами схемы сравнения,

5 одновибратором, подключенным к R-входу нулевой установки первого счетчика импульсов, счетный вход которого объединен со счетным входом второго счетчика им. пульсов, и генератором импульсов, подключенным к одному из входов логической схе мы И, другой вход которой подключен к входу одновибратора и к выходу/схемы анализа кодовых комбинаций, при этом выходом синхронизатора является выход схемы сравнения.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1Авторское свидетельство СССР № 394890, кл. Н 02 J 3/42, 1974.

2Авторское свидетельство СССР № 531230, кл. Н 02 J 3/42, 1977.

3Авторское свидетельство СССР № 855855, кл. Н 02 J 3/42, 1979. .

Фиг,1

и

Период, SucHuii

n-lK-tm

ton

q/(-tpa

n

CveaivuKf |

/7

SM6

I i

вых.

n -K-tg

ton

HfK-ttnten

n

/12

fif i/f ton

П2 -K tffn

I

h

(риг. 3