Устройство для точной автоматической синхронизации

) Заявлено 30.06,72 (21) 1803580/24- с присоединением заявки Ме Государственный комитет Совета Министров СССР(088.8) ло делам изобретени и открытий(71) Заявите УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОЧНОЙ АВТОМАТИ СИНХРОНИЗАЦИИ Й Изобретение относится к области автоматизации энергоустановок, а именно к устройствам для синхронизации синхронных генераторов.Известны 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 опережения 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, 5 включенными, между выпрямителями и дпфференцирующими цепочками, а блок контроля разности частот и времени опережения выполнен на основе транзисторного элементасравнения.10 На фиг. 1 дана схема описываемого устройства; на фиг. 2 - кривые синхронизируемых напряжений и напряжения биения; на фиг.3 - кривые выпрямленного напряжения биения, его огибающей и выпрямленного напря жения биения после стабилитронов; на фиг.4 - кривые выпрямленного напряжения биения после фильтра и его производной после стабилитронов и выходной сигнал блока времени опережения.20 Устройство содержит функциональный блок1, блок 2 времени опережения и контроля разности величин синхронизируемых напряжений, усилительный блок 3 и блок 4 запрета по разности частот.25 Функциональный блок 1 служит для подключения напряжения синхронизируемых источников электроснабжения и напряжения источника питания синхронизатора, получения напряжения биения и формирования из 30 него огибающей и двух первых производныхот 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 тоха 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 лервой производной от огибающей напряжения биения, снимаемый с резистора 23, подается:в блок 4 запрета по разности частот. Стабилитроны 26 и 27 и балластное сопротивление 28 обеспечивают стабилизацию напряжения питания, подаваемого на синхронизатор.Для получения в синхронизаторе управляющего сигнала с необходимым временем опережения, обеспечивающим исключение больших 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 напряже 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ния биения, а на другой - .сигнал первой производной от огибающей этого напряжения. На обмотках 29 и 30 обратной связи осуществляется алгебраическое суммирование этих сигналов. Первичная обмотка 31 элемента является источником релаксационных колебаний, а вторичная обмотка 32 - источником прямоугольных импульсов напряжения, подаваемых на вход усилительного блока 3.Для усиления входного 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 контакт 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 по 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 внешних факторов.Синхронизируемые напряжения (кривые а и б на фиг. 2) с угловыми частотами а и а. подаются па первичные обмотки измерительных трансформаторов 5 и 6. Со вторичных встречно включенных обмоток этих трансформаторов напряжение биения (кривая в на фиг. 2) поступает на первичную обмотку промежуточного трансформатора 7. Последний имеет три вторичные обмотки, одна из которых выдает сигнал в канал огибающей напрятсения биения, а,чве другие - в каналы первой производной этого напряжения.Выпрямитель 8 преобразует напряжение биения в пульсирующее выпрямленное напряжение (кривая г на фиг, 3), промодулированное по амплитуде. "1 астота 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 яс на фиг. 4).Сигнал огибаюцтей этого напряжения подается в блок времени опережения синхронизатора.Пульсирующие выпрямленные напряжения, снимаемые с выпрямителей 11 и 12, через стабилитроны 13 и 14 подаются на сг.чаживающие актцвно-емкостньте фильтры, выполненные ца емкостях 15 и 16 и сопротивлениях 17 - 19. Вклточенпе опорных стабилитронов в схему каналов формирования производной от огибающей напряжения биения обеспечиваег выдачу на входы,чифференццрующих РС-цепочек этих каналов только верхцей части оги. бающей 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 подво,чится также напряжение смещения. Так как сцгца,ч процзводцой имеет переменную полярность, которая изменяется с частотой, равной разности тастот синхронизируемых напряжений, то при положительном потенциале сцгттала этой производной транзистор 39 закрыт. В этом случае конде,тсатор 44 заряжается по ттепи: плюс источника питаттия - обкладки конденсатора - сопротивления 48, 47 и 46 - минус ттсточттитса питания. При обратной полярности сигнала производной транзистор 39 открыт и конденсатор 44 разряжается по пепи: плюсовая обкладка конденсатора - ЭК транзистора 39 - сопротивления 47 - диод 42 - минусовая обкладка конденсатора. Уровень заряда конденсатора поц задатцтой вс,читтттте сопротивлений 46 - 48 зависит от длите,чьности времетти пребывания транзистора 39 в закрытом состоянии, т. е. от частоты напряжения биения. С уменьшением этой частоты напряжение на конденсаторе возрастает, При напряжении конденсатора, превышающем напряжение пробоя стабилитрона 41, транзистор 40 открывается и на управляющий электрод тпристора 43 подается10 15 20 25 30 35 40 45 55 60 65 50 сигнал, обеспечивающий его открытие. Тири. стор открывается, реле 51 срабатывает и за мыкает свои контакты 38 в цепи управления тиристора 37. Этим 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 биенияЕсли величина сигнала огибающей напряжения биения больше величины сигнала первой производной этого напряжения, что соответствует недопустимому углу сдвига по фазе векторов синхронизируемых напряжений, то первый вход блока 2 времени опережения открьтт. Обмотка 29 отрицательной обратной связи блокинг-генератора получает питанце. 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 вхоч блока времени опережения, первый вход которого закрыт, Питание получает обмотка 30 положите,чьной обратной связи блокинг-генератора. С обмотки 32 снимается сигнал ц в виде пучка прямоугольных импульсов (см. Фттг. 4).Если синхронизируемые напряжения имеют значительно от,чцчающиеся друг от друга амплитудные зттачеттття, то напряжение биения в узловых точках существенно отличается от нуля. Уровень сигнала первой производной це превышает в этом случае уровня сигнала огибающей напряжения биения и сигнал на выходе блока времецтт опережения отсутствует.Таким образом, б,чок времени опережения, кроме фнкцци выдачц сигналов управ,ченця ца включение коммутаццопцого аппарата с заданным временем опережения, выполняет вторую функцию - запрет включения на параллельную работу синхроцттзцруемых исто тников электроэнергии по недопустимой разности величин синхронизируемых напряжений.По достижении синхронизируемыми исто.-т. никами электроэнергии допустимой разносттт частот и допустимой разности напряжентттт блок времени опережения выдает управляющий сигнал в уси,чительный блок 3 синхронизатора. Этот сигнал усиливается первым каскадом транзисторного усилительного элемента (на тпанзисторе 33), затем инвертируется транзистором 35 ц подается на второй каскад того же элемента, выполненного на транзисторе 34. Со второго каскада через развязы. вающий диод 36 и замкнутые контакты 38реле 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 изобретенияУстройство 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 производных от огибающей этого напряжения, блок контроля разности частот и времени опе.режения, связанный с каналом формирова ния 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 опе режения в широком диапазоне частот, каналыформирования производных снабжены стабилитронами, включенными между выпрямителями и дифференцирующими цепочками, а блок контроля разности частот и времени 1 б опережения выполнен на основе транзисторного элемента сравнения.488282 а-синхрцнизиругипг напрниниг с часщцщци й,;0-синхрцнизиюгтг напряжение с цасщап 7 оО сдг,1-напряжение 5 игния г-цыпряилгннцг напряжение 5 оения;й-цгицающая цыпрямленнцгц напряжения цигния,г-цыпрюлгннцг напряжение аогноя пцслг сщацилищрцнцдФиг. 5 3ж - цгидающая напряжения бигноя после рильщра;з -пцаизцццная ая 7 дыпряилгннцгцнапряжения аоеноя послесщабнлищранаар- Ыхцднци сигнал алака бремени опережгиия изапреща пц разнцс-щоаипговуцных значении синхрцнозиругиых напряжении,Составитель К. Фотина Техред М. Семенов Корректор А. Степанова Редактор А. Пейсоченко Заказ 300/12 Изд.1885 Тираж 782 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб., д. 45