Регулятор частоты

.4 ил.РС ( ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(57) Изобретение предназначено для регулирования частоты вращения генераторов переменного тока. Устройство позволяет повысить точность регулирования частоты, что достигается за счет обеспечения одинаковой крутизны пропорциональной зависимости скважности выходного сигнала при разных знаках отклонения частоты объекта регулирования от номинального значения. Регулятор частоты содержит входной формирователь 1 прямоугольных импульсов, генератор 2 эталонной частоты, два одновибратора 3 и 4, счетчик обратного счета 5, два Ю-триггера 6 и 10, параллельный синхронный регистр 7, счетчики прямого счета 8, генератор счетной частоты 9, элемент сравнения 11 (на равно), два элемента ИЛИ 12 и 13, два элемента И 16 и 17 и постоянное запоминающее устройство81Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в системах регулирования частоты вращения генераторов передвижных электроагрегатов.Целью изобретения является повышение точности регулирования частоты за счет обеспечения одинаковой крутизны и пропорциональной зависимости скважности выходного сигнала при разных знаках отклонения частоты объекта регулирования от номинального значения.На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - 4 - временные диаграммы, поясняющие работу предлагаемого устройства.Устройство содержит входной формирователь 1 прямоугольных импульсов, генератор 2 импульсов эталонной частоты, первый одновибратор 3, второй одновибратор 4, счетчик обратного счета 5, имеющий счетный вход- 1, входы параллельной синхронной записи Ро Р и вход синхронизации записи С, выходы переполнения Р ви выходы разрядов ЯОЯт, Ят+ , ,Я; первый КЯ-триггер 6, параллельный синхронный регистр 7 с С-входом синхронизации записи и информационными входами Ро Рт Рт+11 т+3, счетчик прямого счета 8 со счетным входом Т, выходом переполнения Р+ и выходами разрядов счетчика Яо, Я,".,Ят, Я .-, генератор счетной частоты 9, второй КЯ-триггер 10, элемент сравнения 11 (на равно), первый и второй элементы ИЛИ 12 и 13, первый и второй элементы И - НЕ 14 и 15, первый и второй элементы И 16 и 17 и постоянное запоминающее устройство 18.Вход первого 3 одновибратора подключен к выходу входного формирователя 1 прямоугольных импульсов, первые гп информационных входов параллельного синхронного регистра 7 подключены к соответствующим первым выходам разрядов счетчика 5, а вход синхронизации записи - к выходу первого 3 одновибратора, генератор счетной частоты 9 подключен к счетному входу счетчика прямого счета 8, вход второго одновибратора 4 соединен с выходом первого одновибратора 3, и выходов постоянного запоминающего устройства подключены к входам параллельной записи счетчика обратного счета, 8-вход первого КЯ-триггера 6 соединен с выходом второго одновибратора 4 и входом синхронизации записи счетчика 5, а К-вход - с выходом переполнения счетчика 5, первая группа из и+ 1 входов элемента сравнения 11 подключена к выходам разрядов счетчика прямого счета 8, вторая группа входов - к первым т+1 выходам параллельного синхронного регистра 7, выход элемента сравнения подключен к К-входу второго КЯ-триггера 1 О, Я-вход которого подключен к выходу переполнения счетчика прямого счета 8, выход генератоа эталонной частоты 2 соединен с счетным входом счетчика 5 10 15 го 25 30 35 40 45 50 55 5, вторая группа из и - т выходов которого подключены к входам первого элемента ИЛИ 12 и первого элемента И - НЕ 14, выход первого элемента ИЛИ 12 соединен с первым входом второго элемента И 17, второй вход которого подключен к прямому выходу первого Ю-триггера 6, выход первого 14 элемента И - НЕ соединен с первым входом второго элемента И - НЕ 15, второй вход которого подключен к инвертирующему выходу первого КЬ-триггера 6, (гп+1)-й информационный вход паралелльного синхронного регистра 7 подключен к прямому выходу первого К-триггера 6,(гп+2) -й вход - к выходу второго элемента И 17, (гп+3)-й - к выходу второго элемента И - НЕ 15, (гп+2)-й информационный выход параллельного синхронного регистра 7 подключен к первому входу второго элемента ИЛИ 13, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И 16, (гп+3)-й информационный выход параллельного синхронного регистра 7 подключен к первому входу первого элемента И 16, второй вход которого соединен с прямым выходом второго КЬ-триггера 17.Выходом устройства является выход элемента ИЛИ 13, сигнал с которого подается на исполнительный электромагнит, регулирующий подачу топлива в двигатель. При обесточенной катушке электромагнита якорь выдвинут пружиной и подача топлива максимальная. При увеличении среднего тока в катушке якорь втягивается, уменьшая подачу топлива и соответственно уменьшая частоту 1 и увеличивая период Т= 1/.Устройство работает следующим образом.Электроагрегат вырабатывает напряжение Б с частотой 1 (номинальное значение частоты Ь), которое преобразуется формирователем 1 в прямоугольные импульсы (фиг. 2 а).По переднему фронту импульса с формирователя 1 одновибратор 3 формирует короткий импульс (фиг. 2 б) перезаписи в регистр 7 состояния его информационных входов. По окончании импульса перезаписи по его заднему фронту (для чего одновибратор 4 может иметь инвертирующий вход) одновибратор 4 формирует короткий установочный импульс (фиг. 2 в), приводящий в исходное состояние счетчик 5 и триггер 6 (фиг. 2 г).При этом в счетчик 5 заносится в качестве исходного заданный код с постоянного запоминающего устройства 18, которое может представлять собой систему перемычек между соответствующими входами параллельной записи счетчика 5 и источниками логического нуля и единицы. Значение кода задается постоянно для конкретного устройства в соответствии с выбранной частотой генератора 2, емкостью счетчика 5.Каждый импульс уменьшает состояние счетчика 5 на единицу, начиная от исходноговоздействие на исполнительное устройство, а максимальное) к моменту начала нового периода при отрицательном Т (триггер 6 - в единичном состоянии) хотя бы один разряд Я +ьЯ счетчика 5 находитсяЗо в единичном состоянии и на выходах элементов 12 и 17 уровень логической единицы, а при положительном Т (триггер 6 - в нулевом состоянии) хотя бы один разряд счетчика 5 аодся в улеона выходе элемента И - НЕ 14 уровень логической единицы, на выходе же элемента 15 уровень логического нуля. состояния, устанавливаемого импульсом с одновибратора 4 по С-входу в момент начала каждого периода синусоиды напряжения. Емкость счетчика 5, его исходное состояние М и частота выбираются в соответствии с заданной дискретностью измерения периода генерируемого электроагрегатом напряжения так, чтобы при 1=Ь к началу каждого периода отсчета отклонения частоты от 1 н в счетчике 5 оставалось нулевое состояние, т.е. Мн= 1/1 э, где Ь - частота генератора 2 эталонной частоты.Поскольку при отрицательном. знаке отклонения частоты состояния счетчика переходят в область отрицательных значений, триггер 6 фиксирует этот переход, изменяя свое состояние на нулевое по импульсу с выхода переполнения Р - , на котором формируется импульс в момент перехода состояния счетчика 5 в область отрицательных значений (при вычитании единицы из нулевого состояния). Таким образом, к началу кажого нового периода генерируемого напряжения состояния счетчика 5 и триггера 6 полностью соответствуют величине и знаку а Ь При выходе величины ЬТ= 1/1 - 1/1 где ,Т= Т - Т, за заданное значение, т.е. приТ)2 /Ь (при этих значениях уже следует осуществлять не пропорциональное В момент начала каждого периода Т генерируемого напряжения импульсом на С-вход регистра 7 в него записываются и сохраняются до начала нового периода состояния первых т информационых выходов счетчика 5, триггера 6, а также выходов элементов 17 и 15.Для надежной записи в регистр 7 импульсы записи и импульсы начальной установки счетчика 5 разнесены по времени одно- вибраторами 3 и 4 (фиг. 2), т.е. сначала производится перезапись с одновибратора 3, а затем по окончании записи начальная установка импульсом с одновибратора 4.В результате состояния информационных выходов ЯЯ+ регистра 7 постоянно соответствуют текушему значению отклонения "1 и знаку отклонения, а состояния двух последних выходов Я +, Я +з идентифицируют область вхождения Ь 1 в заданну 1 о зону. В случае, если Л 1 имеет положительный знак (Т - отрицательный) и выходит за заданную область, на выходе 1 О 15 20 40 45 50 55 О,+ регистра 7 уровень логической единицы, который поступает на один вход выходного элемента ИЛИ 13, и при этом на выходе устройства формируется постоянный сигнал логической единицы (независимо от состояния на втором входе элемента ИЛИ 13), осуществляющий максимальное воздействие на исполнительный электромагнит с целью уменьшения частоты генерируемого электроагрегатом напряжения.В случае, если Д 1 имеет отрицательный знак (дТ - положительный), т.е. 1(1 и выходит за заданную зону, на выходе Я +з регистра 7 уровень логического нуля, который потупает на один вход элемента И 16.При этом на выходе элемента И 16, независимо от состояния на его другом входе, уровень логического нуля. При нулевом логическом уровне на выходе Я-з, на выходе Я,+. также нулевой уровень ( Ь 1( О), на выходе элемента 13 и выходе устройства постоянный нулевой сигнал, осуществляющий максимальное воздействие на исполнительное устройство с целью увеличения частоты 1 (катушка электромагнита обесточена, якорь выдвинут).Если 1 входит в заданную зону, состояния выходов Я,+ и Я,+ - логический нуль и логическая единица соответственно. При этом сигнал на выходе устройства определяется (повторяет) только состоянием триггера 10. В этой зоне с помощью элементов 8 - 1,1 осуществляется пропорциональное регулирование в зависимости от знака и величины ЬТ. Для этого на выходе устройства формируется сигнал с постоянным периодом Тр, но скважностью, пропорциональной знаку и величине Т. Причем, при Т= О, т.е. 1= 1 и М - Х = О, где М - действительное значение импульсов, поступаюших на - Т - . вход счетчика 5 за период Т, а Мн - за период Т= 1/, формируется симметричный сигнал (фиг. 3) с длительностью импульсов Тр/2 и длительностью паузы Тр/2.При увеличении1 Ч =Х, и М - - Х. О, т.е. увеличении )АТ 1 и ЛТ(0 длительность импульса увеличивается пропорционально величине Т до предельного значения, превращаясь в постоянный сигнал логической единицы при "Т) 2"/Ь илиХ - М) 2" (фиг. 4). При увеличении )М - Ми М - М ) О,т.е. увеличении ЛТ и,/Т (О длительностьимпульса уменьшается пропорциональновеличине Т до минимального нулевогозначения, преврашаясь в постоянный сигналлогического нуля при ЛТ) 2 /Ь.Таким образом, длительность регулируемого импульса 1 р должна описываться выражением 1 р= (Х - Х+ 2 )/1 где 1,частота счетных импульсов генератора 9, апериод Тр регулирующего импульса описывается выражением Тр= 2 +/1, 1290465Для реализации этого закона формирования 1 р и Тр счетчик 8 по его переходу в нулевое состояние устанавливает КЯ-триггер 10 в единичное состояние, формируя тем самым начало импульса 1 р. Конец импульса 1 р формируется по переходу триггера 10 обратно в нулевое состояние. Этот переброс триггера 1 О осуществляется импульсом с элемента (поразрядного) сравнения 11 (не равно) в момент равенства кодов на Яь Я +, в выход счетчика 8 и Яь.,Я +1-вы О ходах регистра 7.При единичном уровне на выходе Я +1 (,Т( 0) счетчик 8 до сброса триггера 10 в нулевое состояние должен отсчитать 2 импульсов, т.е. импульс 1 р меняется от Тр/2 до Тр в зависимости от значенияЬМ 1При нулевом уровне на выходе О +1 (Т) 0) счетчик 5 считает в обратном коде (например, состоянию 1 счетчика 5 соответствует код 1111, а не 0001 при счете в прямом коде), Тогда состояния выходов счетчика 5 соответствуют числу 2 -- (х - М ) и соответственно состоянию выходов Яь, Я регистра 7. При этом, до окончания импульса 1 р счетчик 8 должен отсчитать 2 + хн - х импульсов.Таким образом, регулятор частоты формирует импульсы высокой частоты следования с постоянным периодом, определяемым частотой генератора счетных импульсов 9 и емкостью счетчика прямого счета 8.Регулятор имеет одинаковую крутизну пропорциональной зависимости скважности выходного сигнала от величины отклонения периода генерируемого объектом регулирования напряжения от эталонного периода при разных знаках отклонения.Диапазон пропорционального регулирова ния и дискретность изменения скважности определяются только частотой генератора 9 и емкостями счетчиков 5 и 8.Одинаковая крутизна регуляторной характеристики при разных знаках отклонения частоты от номинального значения и ее про порциональность величине Т обеспечивает устойчивость регулирования, улучшает качества переходных процессов при регулировании, т.е. повышает точность регулирования частоты.45Устройство может быть выполнено на серийно выпускаемых интегральных элементах, являющихся функциональными узлами приведенной схемы. Например, формирователь 1 - элемент К 155 ТЛ 2, одновибраторы 3 и 4 - элементы К 155 АГЗ, счетчик 5 - элементы К 155 ИЕ 7, триггера 6 и 10 - элементы К 155 ТМ 2, регистр 7 - элемент К 155 ТМ 5, счетчик 8 - элементы К 155 ИЕ 5, схема поразрядного сравнения 11 -- элементы К 561 ИП 2, элементы ИЛИ 12 и 13 - 55 К 155 ЛЛ 1, элемент И - НЕ 14 и 16 - соответ ственно К 155 ЛАЗ и К 155 ЛА 2, элементы 16 и 17 - К 155 Л И 1. Формула изобретения Реулятор частоты, содержащий входной формирователь прямоугольных импульсов, выход которого через первый одновибратор подключен к входу синхронизации параллельного синхронного регистра, первые т информационных входов которого подключены к первой группе выходов счетчика обратного счета, а также содержащий генератор эталонной частоты, счетчик прямого счета и первый элемент И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования частоты, в него введены генератор счетной частоты, второй одновибратор, постоянное запоминакзщее устройство, два КЯ-триггера, два элемента ИЛИ, два элемента И - НЕ, второй элемент И и элемент сравнения, причем выход генератора счетной частоты подключен к счетному входу счетчика прямого счета, вход второго одновибратора соединен с выходом первого одновибратора, п выходов постоянного запоминающего устройства подключены к входам параллельной записи счетчика обратного счета, 8-вход первого КЬ-триггера соединен с выходом второго одновибратора и входом синхронизации записи счетчика обратного счета, а К-вход - с выходом переполнения счетчика обратного счета, первая группа из т+ 1 входов элемента сравнения подключена к выходам разрядов счетчика прямого счета, а вторая группа входов - к первым т+ 1 выходам параллельного синхронного регистра, выход элемента сравнения подключен к К-входу второго КЬ-триггера, Я-вход которого подключен к выходу переполнения счетчика прямого счета, выход генератора эталонной частоты соединен со счетным входом счетчика обратного счета, вторая группа из и - т выходов которого подключены к входам первого элемента И - НЕ и первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к прямому выходу первого К 8-триггера, выход первого элемента И - НЕ соединен с первым входом второго элемента И - НЕ, второй вход которого подключен к инвертирующем у выходу первого Ю-триггера, (т+1) -й информационный вход параллельного синхронного регистра подключен к прямому выходу первого Я 5-триггера, (т+2)-й вход - к выходу второго элемента И, (т+3)-й - к выходу второго логического элемента И -НЕ, (т+2) -й информационный выход параллельного синхронного регистра подключен к первому входу второго элемента ИЛ И, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И, (т+3) -й информационный выход параллельного синхронного регистра подключен к первому входу первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго ЯС-триггера.енов крыт ктна Редактор Т. ПарЗаказ 7913/54ВНИИПИ Госуд1Производствен рственного ко035, Москва,о-полиграфиче 1290465 Составитель ВТехред И. ВересТираж 683итета СССР по дЖ - 35, Раушскакое предприятие,/У - Ли )Р ПецковКорПоелани изобрея наб., д.г. Ужгород ректор писное тений и 4/5 ул. Пр