Устройство для регулирования частоты энергетического агрегата

(19) 151) Н ТЕТ СССРИ ОТНРЫтий СУД АРСТВЕННЬ)И О ДЕЛАМ ИЗОБРЕ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Авторское свидетельство СССР М 562050, кл. Н 02 Р 9/04, 19732. Авторское свидетельство СССР И 600683, .кл, Н 02 Р 9/04, 1974.3, Авторское свидетельство СССР по заявке й 2975679/24-07, кл. Н 02 Р 9/04, 1980.(54)(57) устРойство для РеГулиРОВАнияЧАСТОТЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО АГРЕГАТА, со"держащее формирователь прямоугольныхимпульсов, прямой и инверсный выходыкоторого подсоединены к первым входамсоответственно первого и второго эле"ментов И, счетчик импульсов прямогосчета, первый генератор импульсов,имеющих эталонную частоту, подключенный своим выходом к счетному входусчетчика прямого счета, В 5-триггер,прямой и инверсный выходы которогоподсоединены соответственно ко вторым входам первого и второго элементов И, третьи входы которых подключены к выходу второго генератора импульсоВ, и одновибратор, вход которогФ соединен с инверсным выходом формирователя прямоугольных импульсов,а выход - с входом начальной установки,счетчика импульсов прямого счетаи й-входом Й 5-триггера, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия регулирования и улучшения качества переходных проце:сов при регулировании частоты, оно снабжено вторым одновибратором, третьим, четвертым, пятым и шестым логическими элементами И, вторым к 5- триггером, счетчиком импульсов обратного счета, третьим генератором импульсов, реверсивным счетчиком им" пульсов, двумя логическими элементами ИЛИ, при этом вход второго одно" вибратора подключен к прямому выходу формирователя прямоугольных импульсов, а его выход - к входу синхронизации записи счетчика импульсов обратного счета и к К-входу второго Й 5"триггера, один вход третьего элемента И под- Ф ключен к выходу первого генератора импульсов, другой - к инверсному вы. ходу формирователя прямоугольных импульсов, выход третьего .элемента И подключен к счетному входу счетчика импульсов обратного счета, выход гере. полнения которого соединен с 5-входом второго й 5-триггера, входы четвертого логического элемента И соединены с выходами разрядов счетчика импуль сов прямого счета и с входами параллельной синхронной записи счетчика обратного счета, выход четвертого логического элемента И соединен с 5- входом первого Й 5-триггера, первые входы пятого и шестого логических элементов И подключены соответственно к инверсному и прямому выходам формирователя прямоугольных импульсов, вторые - соответственно к прямому и инверсному выходам второго В 5-триггера, третьи соединены с выхо. дом третьего генератора импульсов, выходы первого и пятого логических элементов И через одну схему ИЛИподключены к входу прямого счетареверсивного счетчика импульсов, выходы второго и шестого логическихэлементов И через другую схему ИЛИ 1035770подключены к входу обратного счета ревеосивного счетчика, выходы переполнения которого подключены к соответствующим выходным расширителям импульсов.Изобретение относится к автоматизации режимов работы энергетических,объектов и может быть использованодля регулирования частоты напряженияэлектроагрегатов и передвижных элект"ростанций.Известны устройства для регулирования частоты энергетического агрегата, регулирующие подачу топлива вдвигатель в соответствии с отклонением генерируемой частоты от номинальной, которое измеряется с помощьюточных цифровых методов путем отсчета счетчиком импульсов количестваэталонных импульсов, поступающих нанего с генератора эталонных импульсовв течение периода генерируемой час"тоты 1 и 21,Однако управление исполнительнымиэлементами а указанных устройствахосуществляется уровнем напряжения,для чего используется. аналоговый преобразователь временных интервалов,имеющих большую скаажность, в пропорциональное напряжение, что обусловливает недостаточную точность и быстродействие устройств. Наиболее близким к изобретению является устройство для регулирова-, ния частоты энергетического агрегата, содержащее формирователь прямоуголь" ных импульсов, прямой и инверсный выходы которого подсоединены к первым входам соответственно первого и второго элементов И, первый генератор импульсов, имеющих эталонную частоту, подключенный к счетному входу счетчика прямого счета, Йб-триггер, прямой и инверсный выходы которого подсоединены соответственно ко вторым входам первого и второго элементов И, третьи входы которых подключены к выходу второго генератора импульсов, и одно" вибратор, вход которого соединен с инверсным выходом формирователя прямоугольных импульсов, а выход - с 2входом начальной установки счетчикаимпульсов прямого счета и Й-входомЙ 5-триггера. устройство формируетимпульсы постоянной длительности на5соответствующем знаку отклонения частоты выходе со скважностью, пропорциональной отклонению регулируемойчастоты от номинальной 3 1,Однако данное устройство осуществляет регулирование только по отклонению частоты от номинала и не учитывает скорость ее изменения, что непозволяет обеспечить высокую скоростьотработки кратковременных возмущающих отклонений частоты и высокогокачества переходных процессов, например при резких сбросах-набросах нагрузки.Цель изобретения - повышение быстродействия регулирования и улучшениекачества переходных процессов прирегулировании частоты.Поставленная цель достигается тем,что устройство для регулирования час 25 тоты энергетического агрегата содержащее формирователь прямоугольныхимпульсов, прямой и инверсный выходыкоторого подсоединены к первым входам соответственно первого и второго30элементов И, счетчик импульсов прямого счета, первый генератор импульсов, имеющих эталонную частоту, подключенный своим выходом к счетномувходу счетчика прямого счета, Й 5- триггер, прямой и инверсный выходы35 которого подсоединены соответственноко вторым входам первого и второгоэлементов И, третьи входы которыхподключены к выходу второго генератора импульсов, и одновибратор, вход4 О которого соединен с инверсным выходом формирователя прямоугольных импульсов, а выход - с входом начальной установки счетчика импульсовпрямого счета и Й-входом Й 5-тригге 45 ра, снабжено вторым одновибратором,третьим, четвертым, пятым и шестым3 1035770логическими элементами И, вторым в симметричные прямоугольные импульВ 5-триггером, счетчиком импульсов об- сы (при этом может использоваться ратного счета, третьим генератором дополнительный счетный триггер " деимпульсов, реверсивным счетчиком им- литель на два), первый генератор 2 пульсов, двумя логическими элемента импульсов, имеющих эталонную частоту9 ми ИЛИ, при этом вход второго одно-включенный на счетный вход счетчика 3 вибратора подключен к прямому выходу прямого счета, вход начальной уста- формирователя прямоугольных импульсов, новки (НУ) которого соединен с выа его выход - к входу синхронизации ходом одновибратора 4, формирующего записи счетчика импульсов обратного 10 короткий установочный импульс по на" счета и к й-входу второго Й 5-триггера, чалу прямоугольного импульса с пря"/один вход третьего элемента И подклю-. мого выхода формирователя 1 (при исчен к выходу первого генератора им- пользовании инверсного выхода формипульсов, другой - к инверсному выхо- рователя 1 по заднему фронту), первый ду Формирователя прямоугольных им триггер 5, второй генератор 6 импульпульсов, выход третьего элемента И сов, первый и второй логические элеподключен к счетному входу счетчика менты И 7 и 8, выходные Расширители импульсов обратного счета, выход пе и 19 импульсов., а также второй одреполнения которого соединен с 5-вхо- новибратор 11, формирующий короткий дом второго В 5-триггера, входы четверУановочный импульс по концу прямо- того логического элемента И соедине угольного импульса с прямого выховыхода ны с выходами разрядов счетчика им- Формирователя 1 (по переднему фронтронту пульсов прямого счета и с входами при использовании инверсного выхода), параллельной синхронной записи счет- тРетий, четвертый, пятый и шестой цика обратного счета, выход четвер- г 5 логические элементы И 12-15, второй того логического элемента И соединен 5-триггер 16, счетчик 17 импульсов с 5-входом первого Й 5-триггера, пер- обратного счета, .третий генератор 18 вые входы пятого и шестого логических импульсов, реверсивный счетчик 19 элементов И подключены соответствен- импульсов два логических элемента но к инверсному и прямому выходам З 0 ИЛИ 20 и 2 1, причем счетчик 17 обФормирователя прямоугольных импуль- Ратного счета имеет С-вход синхронисов, вторые - соответственно к пря- зации записи и входы параллельыои мому и инверсному выходам второго синхронной записи, связанные с выхоЙ 5-триггера, третьи соединены с вы- Дам" РазРЯДов (ОО. Р,., Оп) счет- ходом третьего генератора импульсов цика 3, а реверсивный счетчик 19 и "35имвыходы первого и пятого логических пульсов имеет входы прямого "+Т" и элементов И через одну схему ИЛИ под- обратного "-Т" счета и выходы переключены к входу прямого счета ре- полнения "+Р" по переходу состояния версивного счетчика импульсов, выходы счетчика из максимального состояния второго и шестого логических элемен- в нулевое при сложении и "-Р" по пе 40тов И через другую схему ИЛИ подклю- Реходу состояния счетчика из нулевочены к входу обратного счета ревер- го в максимальное при вычитании. сивного счетчика, выходы переполне- Устройство работает следующим обния которого подключены к соответствующим выходным расширителям импуль-По синусоиде контролируемой час 45сов. тоты Формирователь 1 формирует симВыметричные прямоугольные импульсы сыходы расширителей импульсов Фронтподключены к дополнительному устройронтами, совпадающими с пе ехо ар одамий- синусоиды напряжениячерез ноль ству, осуществляющему УМеньшение или (Фи 2)г. ) и периодом Т. увеличение подачи топлива. 50 П о сигналу с выхода Форми оватеНа Фиг. 1 приведена структурная 1д Фр р аесхема предлагаемого устройства; наля одновибратор 4 фо ми етФор рует коротимпульс, произВОДЯ нулевую Фиг,2 " временные диаграммы, поясняю- чалщие принцип его работы.чальную Установку счетчика 3 и к 5 Утриггера 5, В промежутке между двумястройство содержит Формирователь 55 импульс1 ипульсами одновиоратора ч счетчикпрямоугольных импулЬсов, преобра отсчотсчитывает количество эталонных зующий синусоидальное напряжение Ог имп лимпульсов, приходящих на его счетный генерируемое энергетическим объектом вхо "+ "вход+) с эталонного генератора 2,770 3 1035 начиная с начального состояния, записываемого в счетчике 3 по входу НУ (начальной установки)импульсом с одновибратора 4. При отсчете по количеству эталонных импульсов заданного 3 времени соответствующего длительности полуйериода номинальной частоты, счетчик 3 принимает определенное со" стояние, при котором на выходе схемы 13 своими входами подключенной к 10 соответствующим этому состоянию выходам счетчика 3, появляется сигнал, переорасывающий триггер 5 в единичное состояние. В результате на выходе триггера 5 Формируется интервал 1 . 15Элементы И 7 и 8 по длительностй полупериодов и 1 осуществляют срав" нение генерируемого объектом регули" рования и эталонного периодов и на интервале разности этих длительностей 20 вблизи середины периода, пропускают счетные импульсы с генератора 18 импульсов через схемы ИЛИ 20 и 21 на соответствующие счетные входы "+Т" или "-Т" реверсивного счетчика 19. Счетчик 19 накапливает с учетой знака счетные импульсы по счетным входам "+Т" и "-Т" и в момент переполне" ния по "+" или "-" Формирует .импульс на соответствующем выходе "+Р" или Р". Импульс расширяется в расши" рителях 9 или 10 до величины, достаточной для управления исполнительным устройством, например электродвигателем, осуществляющим подгонку час 35 тотц в требуемую сторону.В случае, если частота генерируемого напряжения меньше номинального значения, счетные импульсы поступают с вцхода элемента 7 на вход "+Т"40 счетчика 19 и на его выходе "+Р" Формируются импульсы, поступающие через расширитель 9 на исполнительный электродвигатель увеличивая частоту гене" рируемого .напряжения.В случае, если частота генерируемого напряжения больше номинального значения, счетные импульсы поступают с выхода элемента И 8 на вход "-Т" счетчика 19 и на его выходе "-Р" Формируются импульсы, поступающие через расширитель 10 на йсполнительйый электродвигатель, уменьшая частоту генерируемого напряжения.Таким образом, осуществляется про порциональное управление исполнительным устройством регулирования подачи топлива в зависимости от величины и знака отклонения частоты от номинальной величины,Для повышения быстродействия регулирования и качества переходных процессов при регулировании частоты,особенно при резких колебаниях частоты, например при сбросах - набросахнагрузки, необходимо наличие зависимости регулируемого воздействия отскорости изменения частоты (первойпроизводной), Для этого по окончаниюпервой половины (1 п 1,+, , ) одновибретор 11 формирует короткий импульс, который устанавливает в нулевое состояние управляющий триггер 16и переписывает в счетчик 17 содержимое счетчика 3, соответствующее вэтот момент времени длительности первого полупериода генерируемой частоты.Поступающие после этого на вход "-Т"счетчика 17 импульсц уменьшают егосостояние, и в момент перехода черезнулевое состояние на выходе "-Р" счетчика 17 Формируется импульс, перебрасывающий триггер 16 в единичное состояние. В результате счетчик 17 вовтором полупериоде отсчитывает интервал времени 1, с, , , равный длительности первого полупериода. Этотинтервал отформировывается на выходахтриггера 1 б и сравнивается с длительностью второго полупериода элементамиИ 14 и 15, через которые на интервалеразности этих величины пропускаютсясчетные импульсы с генератора 18на соответствующие входы "+Т" илиТ" накопительного счетчика 19.Таким образом, определяется разность между первой и второй половиной периода Т, т,е. величина изменения частоты на интервале в половинупериода Т. В соответствии со знакомтой разности в количестве, пропорциональном ее величине и частоте генератора 8 импульсов, счетные импульсы поступают в счетчик 19, накапливаясь в нем с,учетом ранее поступившего количества и знака (т,е, канала"+Т" или "-Т") импульсов. Поэтомунакопленная в счетчике 19 сумма характеризует как отклонение частоты отноминала, так и скорость изменениячастоты.В случае нарастания частоты ( уменьшения периода ) счетные импульсы поступают с выхода элемента И 15 черезэлемент ИЛИ 21 на вход "-Т" накопительного счетчика 19, уменьшая егосодержимое и корректируя таким обра1035 зом регулируемую частоту в сторону уменьшения.В случае спада частоты (увеличения периода) счетные импульсы (фиг.2) поступают с выхода элемента И 11 через элемент ИЛИ 20 на вход "+Т" накопительного счетчика 19, увеличивая его содержимое и корректируя таким образом регулирование в сторону увеличения частоты. При этом счетные 10 импульсы с элементов И 14 или 15 могут поступать только вблизи начала периода Т, Ьа счет чего поступлени . счетных импульсов на входы счетчика 19 с элементов И 14, 15 и 7, 8 раэ дельно во времени.Соотношение зависимости по отклонению от номинала и по производной частоты определяется соотношением частот генераторов 6 и 18. В отдель о ных. слуцаях генераторы 6 и 18 могут заменяться одним общим генератором или генератором с делителем или генератором 2, который при необходи- мости может быть дополнен делителем, 25 Крутизна общей итоговой характеристики регулирования определяется, кроме частот генераторов, емкостью 770 8счетчика 18, а по каналам Ф 1 или И .,также длительностью импульсов, Фор"мируемых расширителями 9 и 10.Генераторы импульсов 6 и 18 нетребуют высокой точности и стабильности генерируемой ими частоты, таккак эти отклонения их частот лишь внезначительной степени сказываютсяна крутизне регуляторной характеристики,Таким образом, предлагаемое устчРоиство позволяет с присущей цифровымустройствам высокой точностью формировать управляющие импульсы постоянной длительности, достаточной для воздеиствия на исполнительное устройствос частотой следования, превышающейчастоту генерируемого напряжений ипропорциональной как отклонению частоты от номинального значения, так искорости изменения частоты, чем обес"печивается повышение скорости отра"ботки возмущающих отклонений частотыот номинальной. и улучшение качествапереходных процессов,Устройство может быть выполненона серийно выпускаемых интегральныхсхемах, являющихся функциональнымиузлами приведенной структурной схемы.