Устройство для стабилизации частоты выходного напряжения генератора

.техникераторнымЦелью инце мас тен а имен источн бретен ыига ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО ВТОРСКОМУ СВЩВтйлотносится к электроо к автономным генекам электропитания. ия является уменьшеаритов устройства. Изобретение относится к электротехнике, а именно к автономным гене-, раторным источникам электропитания, и может быть использовано в малых ГЭС, ветроэлектрических станциях, работающих в условиях изменяющейся нагрузки, в автономных электростанциях малой мощности.Целью изобретения является уменьшение массы и габаритов устройства.На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для стабилизации частоты выходного ,напряжения генератора; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие преУстройство содержит генератор 1, узлы балластной нагрузки 2-4, нуль-органы 11-13, генератор тактовых импульсов 14, счетчик прямого счета 15,счетчик обратного счета 19, реверсивный счетчик 20, логический элементсравнения 21, запоминающие устройства 17,18. Блок управления балластныминагрузками выполнен на элементах11-25. Особенность функционированияустройства состоит в том. что переключение резистивных элементов 5-7ключами 8-10 (аналогично и в другихузлах балластной нагрузки) осуществляется в момент перехода напряженияна резистивных элементах через нуль,а за половкну периода выходного напряжения генератора отключается иливключается не более одного резистивного элемента в узле балластной нагрузки. 2 нл,образование фазового сдвига в цифровой код.Устройство для стабилизации частоты выходного напряжения генератора 1 содержит узлы 2,3,4 балластнои нагрузки. каждой фазы генератора, выполненные в виде параллельно соединенных цепей из последовательно соединенных резистивного элемента 5,6, 7 и управляемого ключа 8,9,10, формирователи синхронизирующих импульсов 11,12,13 в количестве, равном числу фаз генератора, связанные входами с силовыми цепями соответствующих балластных нагрузок, генератор ( ГТИ) 1440 тактовых импульсов стабильной частоты, подключенный к счетному входу счетчика 15 прямого счете.Кроме того, устройство содержит К 8-триггер 16, запоминающие устройства 17,18 в количестве на один меньшем числа фаз генератора, счетчик обратного счета 19, реверсивный счетчик 20, логический элемент 21 сравнения на "больше-меньше", три логические элемента И-НЕ 22,23,24, логический элемент ИЛИ-НЕ 25.Формнуователи синхронизирующих импульсов 11-13 выполнены в виде нуль-органа. Причем, К-вход ВЗ -триггера 16 подключен к К-входу счетчика 15 прямого счета и к выходу первого нуль-органа 11, Я-вход - к выходу счетчика 15 прямого счета, прямой 20 выход - к одному из входов первого логического элемента И"НЕ 22, второй вход которого подключен к выходу ГТИ 14 стабильной частоты, Счетчик обратного счета 19 подсоединен входами 25 начальной установки к источнику питания счетчика обратного счета, вычитающим входом - к выходу первого логического элемента И-НЕ 22, входом записи - к выходу первого нуль-органа 11, а выходами - к первой группе входов логического элемента 21 сравнения на "больше-меньше , вторая группа входов которого соединена с выходами реверсивного счетчика 20, выходы число по первой группе входов-В больше, чем число по второй группе входов-А и ВА - соответственно с первыми входами второго 23 и третьего 24 логических элементов И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу первого нуль-органа 11, а выходы - соответственно к входам суммирования и вычитания реверсивного счетчика 20 с выходами, подключен-. ными к управляющим входам ключей 8,9,.1 О первой балластной нагрузки 2, связанной силовыми цепями с входом пер- вого нуль-органа 11 и с информационньви входами всех запоминающих уст- . ройств 17,18, выходы которых подключены к управляющим входам ключей всех балластных нагрузок 3,4, кроме первой, а входы перезаписи запоминающих устройств связаны соответственно55 с выходами нуль-органов 12,13. Логи-. ческий элемент ИЛИ-НЕ 25 подключен первым входом к инвертирующему выходу ВБ"триггера 16, вторым входом -к выходу займа счетчика 19 обратного счета, а выходом -.к К-входу счетчика обратного счета.Проводимости резистивных элементов каждого из узлов балластной най- грузки имеют соотношение 1:2:4:2Устройство работает следующим образом.Изменение частоты выходного напряжения Я и .сравнение ее с эталонной Йосуществляется дважды за период, т.е. каждые полпериода. Частота выходного напряжения генератора определяется его нагрузкой, при номинальной нагрузке частота устанавливается равной номинальной. Прн отсутствии балластной нагрузки н отключении основной частота выходного напряжения, являющаяся функцией;1 еханической (моментной) характеристики приводного (первичного) двигателя, повьнпается. Величину балластной нагрузки выбирают из условия замещения мощ-, ности полезной нагрузки. В случае, если мощность полезной нагрузки изменяется на 1003, то полную мощность балластной нагрузки выбирают такой, чтобы частота выходного напряжения генератора была вьяае номинальной на величину И0,4 - 1,5 Е от й (верхняя граница диапазона стабилизации частоты). Таким образом, при изменении полезной нагрузки от 1003 до 0 частота выходного напряжения будет находиться в пределах:Г о оЭталонную частоту Е выбирают равной частоте верхней границы диапазона стабилизации:9 ОСйиженйе частоты выходного напряжения генератора, временная диаграмма которого показана на Фнг,2, а, соответствует увеличению интервала Ф = (ТГ " Т)/2, интервал 0 содержит информацию о соотношении частот, Измерение длительности интервала Р сводится к определению мгновенного сдвига фаз между окончаниями полупериодов эталонной частоты Т/2 и выходного напряжения генератора . ПриТ( 2 веденкые на Фиг,2 диаграммы показывают, как формируется импульспуТэ 2 тем подсчета счетчиком 15 прямого счета тактовых импульсов стабильной .42580 5,15 20 25 Э 5 40 516 частоты с периодом То (Фиг,2,в), поступающих с ГТИ 14, счетчик 15 прямого счета обнуляется сигналом с нуль-органа 11, временная диаграмма которого показана на фиг,2,6, Интервал Ф начинается после прихода старт- импульса (Фиг,2,г) с выхода счетчика 15 прямого счета, Старт-импульс запускает в работу счетчик 19 обратного счета (Фиг.2,д), в котором предыдущим синхронизирующим импульсом (стоп- импульсом) во всех разрядах были установлены единицы (записано максимальное число). В зависимости от длительности интервала 6 и от периода тактовых импульсов ТО в счетчике 19 к моменту прихода очередного синхронизирующего импульса ( стоп-импульса) остается записанным некоторое число от 0 (когда интервал достаточно большой) до 2 " (когда О = О, т.е. когда Тэ) Т-и старт-импульс не вырабаты 2вается) . Таким образом, величина балластной нагрузки устанавливается пропорциональной числу, записанному в счетчике 9 обратного счета ( т.е. продпорциональной ), чем обеспечивается стабилизация частоты вЫходного напряжения генератора в заданном диапазоне.Устройство представляет собой систему автоматического регулирования (САР), для обеспечения устойчивой работы которой требуется наличие корректирующего звена, позволяющего получить устойчивую работу в динамических режимах, Роль корректирующего звена САР выполняют реверсивный счетчик 20, логическая схема 21 сравнения на больше-меньше логические элементы И-НЕ 23,24, Принцип действия корректирующего звена сводится к сравнению состояний счетчиков 19 обратного счета и реверсивного счет- чика 20, логической схемой сравнения 21 на "больше-меньше": в случае, если в реверсивном счетчике 20 записано число, меньше, чем в счетчике 19 обратного счета, то следующим синхронизирующим импульсом к числу, записанному в реверсивный счетчик, добав" ляется единица и наоборот. Таким образом, корректирующее звено при резком изменении возмущающего сигнала (рассогласования частот Е гФ обеспечивает ступенчатое изменение 1 раз за 1/2 периода Т) сигнала уп-. равления, а следовательно, проводимости балластной нагрузки.Поскольку, изменение состояния реверсивного счетчика 20 происходит в момент прихода синхронизирующего импульса, вырабатываемого припереходах напряжения первой Фазы (А) генераторачерез нуль, сигналы с выходов счетчика 20 через усилительные каскады(либо непосредственно при использовании оптотиристоров) подаются на управляющие входы ключей 8-10, Вкюпечение балластной нагрузки в других фазах 3,4 происходит в моменты перехода напряжения через нуль, определяемые нуль-органами 12,13. В моменты прихода синхронизирующих импульсов с нуль-органов 12-13 происходит перезапись состояния реверсивного счетчика 20 в запоминающие устройства 17,18, с которых сигналы управления подаются на управляющие входы ключей узлов балластной нагрузки 3,4.Переключение ключей в узлах 2-4 балластной нагрузки в моменты, когда напряжение на этих узлах равно нулю, обеспечивает хорошую Форму выходного напряжения генератора. Выбор проводимостей резистивных элементов 5-7 узлов балластной нагрузки 2-4 в соотношении 1:2:4;,:2 , обоснои-ванный принципом построения схемы управления этими узлами, позволяет существенно уменьшить количество резистивных элементов, а соответственно и управляемых ключей в узлах балластной нагрузки, Это, а также использование запоминающих устройств 17,18 вместо сложной схемы управления узлами балластной нагрузки, аналогичной схеме управления узлом балластной нагрузки 2, позволяет умень 45 шить массу и габариты устройства. Формула изобретения Устройство для стабилизации частоты выходного напряжения генератора, содержащее узлы балластной нагрузки каждой Фазы генератора, выполненные в виде параллельно соединенных цепей из последовательно соединенных резистивного элемента и управляемого ключа, Формирователи синхронизирующих импульсов в количестве, равном числу фаз генератора, связанные входами с силовыми цепями соответствующих бал 1642580ластных нагрузок, генератор тактовых импульсов стабильной частоты, подключенный к счетному входу счетчика прямого счета, выход которого соединен с одним из входов ВЯ-триггера, о т -л и ч а ю. щ е е с я тем, что, с целью уменьшения масс и габаритов, введены запоминающие устройства в количестве на один меньше числа фаз 1 О генератора, счетчик обратного счета, реверсивный счетчик, логический элемент сравнения на "больше-меньше", три логических элемента И-НЕ, форми, рователи синхронизирующих импульсов 15 выполнены в виде нуль-органов, причем, К-вход КБ-триггера подключен : к К-входу счетчика прямого счета и выходу первого нуль-органа, Я -входк выходу счетчика прямого счета, 20 прямой выход - к одному из входов первого логического элемента И-НЕ, второй вход которого подключен квыходу генератора тактовых импульсов стабильной частоты, счетчик обратно го счета подсоединен входами начальной установки к источнику питания счетчика обратного счета, вычитающим входом - к выходу первого логического элемента И-НЕ, входом записи - к вы- .30 ходу первого нуль-органа, а выходами - к первой группе входов логического элемента сравнения на "больше- меньше , вторая группа входов которого соединена с выходами.реверсивного счетчика, выходы " число по первой группе выходов больше, чем число по второй группе входов и" число по первой группе входов меньше, чем число по второй группе входов" соответственно с первыми входами второго и третьего логических элементов И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу первого нуль-органа, а выходы соответственно к входам суммирования и вычитания реверсивного счетчика с выходами, подключенными к управляющим входам ключей первой балластной нагрузки, связанной силовыми цепями с входом первого нуль-органа, и с информационными входами всех запоминающих устройств, выходы которых подключены к управляющим входам ключей всех балластных нагрузок, кроме первой, а входы перезаписи запоминающих устройств связаны соответственно с выходами тех нуль-органов, входы которых связаны с силовыми цепями тех же балластных нагрузок, что и выходы нуль-органов.1642580 Реда М.Васильева рректор И,Демчик одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина 1435Государ Составитель Техред Л.Ол Тираж 350 Подписноеенного комитета ао изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 13035, Москва, Б, Рауаская наб., д, 4/5