Цифроаналоговый синхронизатор

САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ роиэ- элекнхрони 81. ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(7) Государственный союэньводственный трест передвижтростанций(57) Изобретение относится к областиэлектротехники, в частности к устройствам для автоматического включениясинхронных генераторов на параллельную работу. Ц ль изобретения - повышение быстродействия и упрощениесинхронизатора, а также улучшение качества переходного процесса. Напряжения сети и генератора преобразуются формирователями 1 и 2 в напряжения прямоугольной формы, фронтыкоторых совпадают по времени с мо1288821 ментами перехода через нуль укаэан-"ных напряжений, На выходе измерителей 3 и 4 периода с помощью делителей 32 и 37 на два, схем И 33 и 38,счетчиков 34 и 39, регистров 35 и40 и цифроаналоговых преобразователей 6 и 7 формируются напряжения,величины которых пропорциональнысоответственно периодам напряжениясети и генератора. В зависимости отразности напряжения и его знака через компараторы 10 и 11 и элементыНЕ осуществляется воздействие на изменение числа оборотов генератора,При нахождении тказанной разностив допустимых пределах подается через элемент И 30 команда на включение генератора при одновременном Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам автоматического включения синхронных генераторов на параллельнуюработу с сетьюЦель изобретения - увеличениебыстродействия и упрощение синхронизатора, а также улучшение качествапереходного процесса.На фиг. 1 дана принципиальнаяблок-схема синхронизатора; на фиг.26 - временные диаграммы, поясняющиеего принцип действия,Цифроаналоговый синхронизаторвключает в себя формирователь 1 напряжения сети, формирователь 2 напряжения генератора, блок 3 измерения периода сети, блок 4 измеренияпериода генератора, генератор 5 высокой частоты, первый цифроаналоговый преобразователь 6, второй цифроаналоговый преобразователь 7, первыйвычитающий блок 8, задатчик 9 нижнего допуска разности часточ, первый компаратор 10, второй компаратор 11, задатчик 12 верхнего допускаразности частот, первый элемент НЕ3, второй элемент НЕ 14, механизм15 изменения оборотов генератора,генератор 16 пилообразного напряжения, третий компарзтор 17, задатчик18 угла опережения, Э -триггер 19,поступлении сигналов от цепи, формирующей сигнал в момент, когда сдвигфаз между напряжениями сети и генеРатора равен углу опережения навключение выключателя, и от цепи,формирующей сигнал, свидетельствующий о равенстве напряжений сети игенератора. Первая упомянутая цепьсостоит из генератора 16 пилообразного напряжения, компаратора 17, эадатчика 18 угла опережения и т -триггера 19. Вторая цепь состоит из датчиков напряжения 20, 21, вычитателя 22, компараторов 25, 26 и задатчиков 23 и 24. Элементы НЕ 27, 28установлены в цепи механизма 29 изменения напряжения генератора.3 з.п. Ф-лы, 6 ил,измеритель 20 напряжения сети, измеритель 21 напряжения генератора,второе вычитающее устройство 22, задатчик 23 верхнего допуска разности напряжения и задатчик 24 нижнегодопуска разности напряжения, четвертый 25 и пятый 26 компараторы, третий элемент НЕ 27, четвертый элемент НЕ 28, механизм 29 изменения на 1 О пряжения генератора, элемент И 30,выходную цепь 31 включения,Блок 3 измерения периодов напря,жений сети содержит делитель 32 час 15тоты на два, элемент И 33, счетчик34, регистр 35, схему СБРОС 36. Соответствующие элементы 37-41 блока 4измерения периодов генератора,Условиями включения синхронизируе 20мого генератора на параллельную работу являются; наличие логической "1"на входе первого компаратора 10, что,соответствует случаю Г -Гь Гтен сети" Дожминаличие логической "1" на выходе втоРого компаратора 11, что соответствует слУчаю Г.ен-сет 4 Та 1 наличиеен сети Аоп,макс флогической "1" на выходе четвертогокомпаратора 25, когда 1 ген+ген сети+Ь ," наличие логической 1" на выходе пятого компаратора 26, когда11 ген1 сети - 14,ц,появление логической 1" на выходе Э -триггера вмомент, когда на сдвиг по Фазе междунапряжениями генератора и сети равен углу опережения на включение выключателя генератора при фактической разности частот Г,е , и Г5Если разность частот или напряжений генератора и. сети вьппла за пределы допуска, на выходах соответствующих компараторов будут логические О, что равнозначно командам на из менение оборотов или напряжения генератора.Принцип измерения периода напряжения сети поясняется фиг. 2. Измеритель периода генератора по своей схеме полностью аналогичен измерителю 3 сети, поэтому все рассуждения при рассмотрении принципа действия измерителя 3 периода сети справедливы и для измерителя 4 периода 20 напряжения генератора.Напряжение синусоидальной формы 11 подается на входной формировасетитель 1, который дает на выходе импульсы прямоугольной формы 11, Фрон ты которых совпадают по времени с моментами перехода через "О" напряжения У, , Импульсы У, поступают насетипервый вход измерителя 3 периода, к которому подключен вход делителя 32 30 частоты на два. Длительность импульсов У и И снимаемых с прямого и инверсного выходов, строго равна периоду напря жения сети.Импульсы 11 подаются на первый вход элементаИ 33, на второй вход которого приходят импульсы 11 в От Ге нератора 5 высокой частоты. С выхо да элемента И 33 снимаются пачки импульсов У , причем длительность пачки равна йзмеряемому периоду. По переднему фронту импульсов Ц схема СБРОС 36 формирует короткие (менее 45 1 мкс) импульсы 11 , переводящие счетчик 34 в состояние "О".С приходом импульсов 11 з содержимое Бэ 4 счетчика 34 начинает линейно нарастать. Частота следования импульсов и емкость счетчика 34 выбраны так, что счетчик 34 внутри измеряемого периода, обнуляется по переполнению нескольких фаз. Это позволяет увеличить чувствительность измери теля периодов, содержимое Б счетчика линейно нарастает и скачком падает до "О" в момент переполнения (моменты С,з)Синхронизатор работает в относительно узком диапазоне частот. Сзапасом можно принять Г = 52 Гц имаксГмин = 44 Гц,Поэтому в предлагаемом синхрони 1 1заторе принято, что последняя пилаИ на интервале импульса 11 э 2 начинается через 1 = +19,23 мс, а оканчивается через С = 22,73 мс,Это соответствует частотам 52 и,44 Гц. После окончания импульса Цеесодержимое считчика Б хранится доприхода следующего кчпульса И 36В момент окончания периода передним фронтом импульса У информация,записанная в счетчике 34, переносится в регистр 35 и хранится там доначала следующего импульса 0Выходы регистра 35 связаны с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя 6, выполненного,например, в микросхемном исполнениии представляющем собой токовые ключи,резистивную матрицу ВВ, к которойподключен операционный усилитель.Цифроаналоговый преобразователь 6позволяет преобразовать содержимоеИ регистра в эквивалентное напряжение 11, пропорциональноепериоду сеТНа фиг. 2 дан случай, когда Тс=сопз 1, поэтому и содержимое регистра И и напряжение У 6 неизменны повеличине.Аналогичным образом формируетсянапряжение У на выходе цифроаналогового преобразователя 7, котороепропорционально периоду генератора.Напряжения цифроаналоговых преобразователей 6 и 7 поступают на входы вычитающего блока 8, причем напряжение,пропорциональное периоду сети, подается на неинвертирующий вход, а напряжение, пропорциональное периодугенератора, - на инвертирующий входвычитающего блока 8. НапряжениеУнО только в том случае, когдаПри этом Ц = (У - Ц ).К, где К -коэффициент усиления вычитающегоустройства.На Фиг, 3 и 4 показана реализацияпервых двух условий для выдачи команды на включение генератора на параллельную работу.На фиг. 3 можно выделить следующие моменты времени: 1 - моментвключения синхронизатора; до момента1 т сети )ген и ЗВО; с моментавремени С синхронизатор дает команду "Прибавить обороты генератора",начинает расти; С - моментгенвремени, когДа Гген сети 116В промежутке времени от С до 5С Г,Г , но синхронизатор просвт 1 о кдолжает выдавать команду "ПрибавитьобоРоты", так как Ц 8 Б, где цнапряжение, соответстнующее нижнейгранице поля допускаЬГГ - Юген1; =0,05 Гц.До тех пор, пока 061130,05 Гц,Г а 0,2 Гц. Если 11 (ЬГ)выйдет за верхнюю границу допуска Б,(момент времени Св), то,синхронизатор даст команду "Убавить обороты".Для управления механизмом измененияоборотов используется двигательпостоянного тока, Чтобы избежатьперерегулирования (после снятия команд "Прибавить" или Убавить" обороты генератора должны оставатьсяв поле допуска) в цепь якоря двигателя включается резистор, ограничи 25вающий скорость вращения этого двигателя.Как видно из Фиг.3, напряжения, сньщаемые с задатчиков допусков разности П и Б ) О. Поэтому компара 30 тор 10 дает на выходе логическую "1", только когда ББ, и когда 11 подано на неинвертйрующий вход этого компаратора. Если на выходе компаратора 10 - "0", то с выхода схемы НЕ 13 снимается логическая "1" и поступает на первый вход механизма 15 изменения оборотов, который увеличивает обороты генератора. Логическая "1" на выходе компаратора 11 может присутствовать, когда Б 8 б О , Для этого напряжение Б подано на иннерВтирующий вход компаратора 11. В случае необходимости команда на уменьшение оборотов генератора поступает на второй вход механизма 15 через элемент НЕ 14. Наличие двух логических "1" на первом и втором входах элемента И 30, которые поступают от компараторон 10 и 1, дает информадоомин геи соти доомакс Это значит, что разность частот н ДопУске и Гген соти ФормиРонание логической "1" на выходе 0-триггера 19 в момент, когда сдвиг по фазе меж ду напряжениями Пи Г равенсети углу опережения на включение ныклюсчателя, при текущеи разности частоти Г ,реализуется следующим образом (фиг. 5): передним фронтом каждого импульса 11 с выхода формирова 1теля 1 запускается генератор 16 пилообразного напряжения, напряжение П,которого подается на первый вход компаратора 17. На второй вход этогокампаратора поступает напряжение Б,с выхода задатчика 18 угла опережения. В момент равенства Ц = 11,8 компаратор 17 скачком меняет состояние,формируя на выходе импульс Ц .Как видно из фиг, 5 длительностьимпульсов Б, при неизменной, крутизне .напряжения Б пропорциональна уровню напряжения П,8, которое в своюочередь корректйруется взависимости от разности Г, -Г напряжениемген сетис выхода вычитающего устройства 8,На фиг. 5 импульсы Б показаныразной длительности, что отвечаетидвум разным значениям Б, и 11, навыходе задатчика 18 угла опережения.1Длительность импульса П соотнет 17ствует меньшему значению 11 е к длительность импульса Уо - большемуо1 тзначению 11,е, Ширина импульсов Бвыраженная н электрических градусах,есть угол опережения, при которомдолжна быть выдана команда на нключение выключателя генератора, Таккак ГгГ то последовательностьимпульсов 11, с выхода формирователя1 напряжения сети можно считать заторможенной, а последовательностьимпульсов с выхода Б формирователянапряжения генераторов - движущейсяотносительно импульсов 11, справаналево,На фиг. 5 видно как на каждом периоде импульсов 11 меняется сдвиг поФазе между напряжением Б сети и Бгенератора,Передний фронт третьего по счетуимпульса 11 совпадает с задним фронтом импульса 11, . Так как импульсы111 и Ц подаются на входы тактирующего Фронтом В-триггера (У, - на Юнход, а 11 на С-вход), то в моментсонпадения переднего фронта импульсаи3 с задним фронтом импульса Б, напрямом выходе Р-триггера появитсялогическая "1".Длительность импульса 11 т определяется следующим образом: при заданной зоне Ь=Г -Г (обычно б Г =Аоо ген сети0,05-0,2 Гц) задается середина диапазона о- = - . и- а.приЬГ ЬГоп,м+ оп,макс2 2ддо = 0 05 Гц и д =0,2 ГцдГ "0 125 Гц.2 и 1Период биений Т = -- = 8 с, завнен д 152время Теиенпередний фронт импульса Б (см. фиг.4) пройдет путь в 360 эл. град. от одного момента совпадения фаз импульсов У .и Б, до сле 10 дующего момента совпадения фаз этих напряжений. Отсюда скорость движения переднего фронта импульса П относительно импульсов Б360 эл.град, 45 эл.град15"2 Т сьиенПри собственном включении времени выключателя 1 вкгенератора команду на включение генератора нужно выдать при угле опережения М,пер= Чивк вкнго =0,1-0,6 с ),Приняв 1 0,2 с, получиме(,дерэл.град= 45 ---- .0,2 с = 9 эл.град.г 5Включение генератора на параллельную работу осуществляется при частотах, близких к 50 Гц, поэтому с достаточной точностью длительность импульса 0,7, которую необходимо задать для времени и середины диапазона30 6 Г- 0,125 Гц, можно определить из пропорции: 180 эл.град - 10 шс9 эл.град - х шс.откуда х = 0,5 шс.Коррекция длительности импульса У при отклонении текущей разности частот Гген и Г от середины диапазона происходит за счет воздействия напряжения Б на задатчик 18 угла опережения,35 40 Логическая 1 с выхода Г -тригге ра 19 приходит на третий вход схемы И 30.Разрешение на включение генератора по четвертому и пятому входам элемента И 30, когда напряжение Бге 50 лежит в поле допуска, формируется так: переменные напряжения П и 11сети ген преобразуются в пропорциональные постоянные напряжения У и У 2, с помощью измерителей 20 и 21.В простейшем случае измеритель может состоять из выпрямителя, сглаживающего фильтра и выходного делителя напряжения. Напряжения 11 и У 2,подаются на2 овходы второго вычитающего устройства 22, выходное напряжение У которого пропорционально разности напряжений У и У 21. Нижний и верхний .пре 2 оделы отклонения Уген от 11 сетн задаются задатчиками 23 и 24. Компаратор 25 формирует логическую "1", если П -У д 1.1; ЫЗ =(0,03-0,05)1.1 сети, сетиВременная диаграмма работы компараторов дана на фиг. 6.В предлагаемом синхронизаторе принято, что ПО, когда Пген осети22В соответствии с этим задатчик нижнего допуска разности напряженийот У дает на выходе напряжение ген СЕтиБ отрицательной полярности, а задатчик верхнего допуска разности напряжений Пг - напряжение У - пологенжительной полярности.Если выполняется условие У 2 в 022 24сц , то с выходов компараторов 25 и 26 логические "1" поступают на четвертый и пятый входы элемента И 30. Когда разность напряжений лежит ниже или выше заданных пределов, то работают элементы НЕ 27 или 28, а механизм изменения напряжения генератора 29 регулирует напряжение 11 г н таким образом, чтобы оно вошло в пределы допуска. Формула изобретения1. Цифроаналоговый синхронизатор, содержащий формирователи напряжения сети и генератора, элементы НЕ, 0 триггер, генератор пилообразного напряжения, выходную цепь включения генератора, вход которой подключен к выходу элемента И, и механизм изме-" нения оборотов генератора, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения быстродействия и упрощения синхронизатора, в него введены цифровые блоки измерения периода напряжения генератора и сети, цифроаналоговые преобразователи, вычитающий блок, компараторы, задатчики верхнего и нижнего допусков разности частот генератора и сети, задатчик угла опережения, причем выходы формирователей напряжения сети и генератора подключены к входам цифровых блоков измерения периода соответственно сети и генератора и соответственно к входу генератора пилообразного напряжения и к С-входу 2 -триггера, выхо 1288821ды блоков измерения периода сети и генератора подключены через первый и второй цифроаналоговые преобразователи к прямому и инверсному входам вычитающего блока, своим выходом соединенного с задатчиком угла опережения, с прямым входом первого компаратора и с инверсным входом второго компаратора, причем к инверсному выходу первого компаратора подключен задатчик нижнего допуска разности частот, а к прямому входу второго компаратора - задатчик верхнего допуска разности частот, выходы первого и второго компаратрров соединены через элементы НЕ а механизмом изменения оборотов генератора и с первым и вторым входами элемента И, третий вход которого подключен к выходу З -триггера, З -входом соединенного с выходом третьего компаратора, первый выход которого подключен к генератору пилообразного напряжения, а второй - к выходу задатчика угла опережения.2. Синхронизатор по и.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что он снабжен генератором высокой частоты, а каждый иэ цифровых блоков измерения периода сети и генератора включает в себя делитель частоты на два на входе, прямым выходом соединенный с элементом И, а инверсным - с входом "Перенос" регистра на выходе, входы регистра через счетчик соединены с выходом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератои 1 ра высокой частоты, вход Сброссчетчика соединен через элемент СБРОС с прямым выходом делителя частоты на два. 3. Синхронизатор по п.1, о т л и- Ю ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюулучшения качества переходного процесса синхронизатора, он снабженизмерителями напряжения генератораи сети эадатчиками верхнего и 15 нижнего допусков разности напряжения генератора и сети, вторым вычитающим блоком, четвертым и пятымкомпараторами, третьим и четвертымэлементами НЕ и механизмом измене ния напряжения генератора, причемчетвертый и пятый входы элемента Исвязаны с соответствующими выходамичетвертого и пятого компараторов, ккоторым через третий и четвертый 25 элементы НЕ подключены входы механизма изменения напряжения генератора, при этом первые входы четвертого и пятого компараторов подключены к задатчикам нижнего и верхне- ЗО го допусков разности напряжения, авторые входы - к выходу второго вычитающего блока, входы которогоподключены к выходам измерителейнапряжения генератора и сети.(Ри 8 аз 7819)54 Тиражрственнообретенийа, Жписное НИИПИ Госуд по делам и 13035, Моск еское предприятие, г. Ужгород роектна едактор С. Патрушева.Производственно-пол Составитель К. ФотинаТехред И.Попович 41го комитета СССи открытийРаушская наб.,орректор Л. Патай