Устройство для автоматической синхронизации генераторов переменного тока

(51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕП БР СТ(21) 3804018/24-07 подгонку частоты до тех пор, пока (22) 26:.07.84и разность фаз ау и разность часто 11 (46) 15.06.86. Бюл. В 22 дК не примут достаточно малые зна- (71) Всесоюзный научно-исследова- чення и далее регулирование частоты тельский н проектно-конструкторский- будет осуществляться таким образом, институт электроагрегатов и перед- чтобы постоянно удерживать значение вижных электростанций "ВНИИэлектро- разности фаз, близкое к нулю. ПриФагрегат" . таком регулировании время срабаты- (72) М.Я.Каплан . вания автомата генератора 1 и раз- (53) 621316729 (0888) брос времени не оказывают влияния (56) Авторское свидетельство СССР на точность включения на параллель- Ф 920960, кл. Н 02 7 3/40, 1980. ную работу. С целью. исключения переАвторское свидетельство СССР регулирования и возможности неустой- М 991551, .кл. Н 02 Л 3/40, 1981, , чивых режимов устройство формируетАвторское свидетельство СССР на выходах подгонки частоты импульс- Ф 55 1757, кл; .Н 02 7 3/42, 1973. ный сигнал. Частота следования имАвторское свидетельство СССР пульсов на этих выходах пропорцио- В 875534, кл. Н .02 Х 3/42, 1978. нальна величине суммы 2=аду+ЬдТ=Авторское свидетельство СССР =а(дУ+КАТ), где а и Ь - коэффициен- В.1046842, клН 02 1 3/42, 1982. ты пропорциональности, дТ - разностьмежду периодами напряжения синхро- (54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОИАТИЧЕСКОЙ низируемых источников, К=Ь/а.Регули-. СИНХРОНИЗАЦИИ ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕН- рование подачи энергоносителя по НОГО ТОКА такому принципу позволяет обеспе- (57) Изобретение относится к электро-. чить плавную подгонку частоты и фаэнергетике и может быть использова- зы синхронизирующего генератора к . но в системах электроснабжения дпя частоте и фазе второго источника при включения на параллельную работу высоком быстродействии подгонки. Для синхронных генераторов, в частности вычисления величины выходного управЭлектроагрегатов передвижных электро- ляющего сигнала в изобретении испольстанций. Цель изобретения " повыше- зуются точные цифровые принципы с ние точности включения .на параллель- . использованием вычислительной техники, ную работу. Устройство осуществляет 6 ил.1238189 Изобретение относится к электроэнергетике и может .быть использовано в системах электроснабжения.для включения на параллельную работу синхронных генераторов, в частности электроагрегатов передвижных электростанций.Целью изобретения является повышение точности включения на параллельнув работу,На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; иа фиг.2 - структурная схема блока формирования сигнала на включение авто-. мата генератора (БФСВ); на фиг.3 и 4 - варианты возможного исполнения реверсивного счетчика импульсов с раздельными входами управления сложением (+) и вычитанием (-) и с раздельными входами переполнения йри сложении (Р+) и при вычитании (Р-) на базе реверсивного счетчика, имеющего совмещенный вход управления сложением - вычитанием (+) и управления счетом Ч, а также вариант исполнения счетчика с управляемым коэффициентом пересчета.; на фиг. 5 и б - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства. Устройство содержит. два формирователя прямоугольных импульсов 1 и 2, осуществляющих преобразование синусоидальных напряжений синхронизируемых источников в прямоугольные имлульсы, соответствующие положительным полуволнам синусоид, синхронные триггеры 3 - .9, соответственно с первого по седьмой.,при этом триггеры . 5-9 снабжены К-входом нулевой установки, а Р-входы триггеров 5-8 подключены к источнику постоянного напряжения, соответствующего уровню логической "1", логические элементы ИЛИ 10 " 13, соответственно с первого. по. четвертый, генератор тактовыхимпульсов 14, делитель частоты с управляемым коэффициентом деления 15,имеющии три значения коэффициента деления, три реверсивных счетчика.импульсов 16,.17 и 18:, первый из которых снабжен входами параллельногозанесейия информации Э ,Р, входом синхронизации записи С, входомразмещения счета Ч, входами управления сложением (+) и вычитаннем (-)и счетным входом Т, выходами разрядов счетчика ( и объединенным выходом переполнения К, а второй 3счетчик импульсов 17 имеет, кроме,.входов (+), (-), Т и выходов разрядовО,Я вход нулевой установки К,раздельные выходы переполнения посложение и па вычитанию. Устройствосодержит также первый и второй. одновибраторы 19 и 20, формирующие короткий импульс по переднему фронтуимпульса, первый и второй КЯ-тригге ры 21 и 22, выходные импульсные рас.- ширители 23 и 24, логический элементИ 25, инвертор 2 б и элемент временной задержки 27.На структурной схеме (фиг.1) эле менты 4, 9, 12, 13, 25, 2 б и 27 самостоятельно не показаны, так какони входят в блок 28 формированиясигнала на включение автомата генератора .(БФСИ), структура которого 20 подробно показана на фиг.2.Устройство осуществляет подгонкучастоты до тех пор, пока и разностьфазви разность частот ь Г не примут достаточно малые значения, и да лее регулирование частоты будет осуществляться таким образом, чтобыпостоянно удерживать значение разности фаз, близкое к нулю, При такомрегулировании время срабатывания ав- ЗО томата генератора 1 и разброс. вреьмени не оказывают влияние на точностьвключения на параллельную работу.С целью исключения перерегулировки и возможности появления неустойчивых режимов, устройство формируетна выходах подгонки частоты импульс"ный сигнал. Частота следования импульсов на этих выходах пронорциональна величине суммь 1Е=а (ц+Ь ЬТ.=а(6 Ч+К ьТ), (1)где а и Ь .коэффициенты пропорциональностиьТ -разность между периодаминапряжения синхронизируемых 45 источников;к йь/ Регулирование подачи энергоносите. ля по такому принципу позволяет обеспечить плавную подгонку частоты и фазы синхронизируемого генератора к частоте и фазе второго источника при.высоком быстродействии подгонки. Для вычисления величины выходного управляющего сигнала в предлагаемом устройстве используются точные цифровые .принципы.Так как вырабатываемая электро,агрегатом частота может изменяться1238189 в небольших пределах, разность Фаз дм может быть представлена в виде . временного интервала ам между передними фронтами прямоугольных импульсов, соответствующих напряже ниям синхронизируемых источников(см.фиг.5). При этом в зависимости .от распо-. ложения фронтов а может иметь знакф 0 больше или меньше нуля. Соответственно а Т определяется какаТ = /а ч,/ - /а , /, (2) где а ч в . интервал между задними фронтами прямоугольных импульсов, сформированных по синусоидам напря-.15 жений синхронизируемых источников.При этом, как видно на временных диаграммах (фйг.5) значение ьТ не за. висит от знака а у, и ау, а определяется только их абсолютными величинами.Тогда с учетом выражения (2) выражение (1.) преобразовывается к видуЕ= -а(Е)/Лу,/-О 67,/3= -а 6(3)при аю0;2= -а К 1 с+1)/ам, /-1 с/ар /)= -аЬ (4)при В М с ОВычисление величины Ь и Ь в со 2 ответствии со знаком осуществляется с помощью 0-триггеров 5-8, делителя 15 с управляемым коэффициентом деления и реверсивного .счетчика 13, 0- триггер 5 при 6 Ч,О устанавливается в единичное состояние по переднему фронту с прямого выхода формировате ля 1 и сбрасывается в поль по единичному уровню сигнала на К-входе триггера. Таким образом, отформировывается интервал ар для случая а р с О. Аналогично на выходе (фиг.5)40.0-триггера 6 отформировывается интервал а У для случая а уО, а на выход элемента ИЛИ 10 проходит сигнал как с выхода Р-триггера 5,.так и с выхода триггера б, т.е. импульс на его выходе соответстует значению .ач, вне зависимости от его, знака.Таким же образом, используя соответствующие выходы формирователей 1 и 2, на выходе элемента ИЛИ 11 формируется сигнал, соответствующий абсолютному значению ьч . Выходы элементов 10 и 11 осуществляют управление сложением либо вычитанием счетных импульсов со счетчика 15. В.ин тервале ач приходит сигнал разрешения на вход (+) счетчика 17, осуществляется суммирование импульсов. В 4интервале а.ц приходит сигнал разрез:шения на вход (-) счетчика 27, осуществляется вычитание счетных импульсов. При отсутствии разрешения на входах (+) и (-) счетчик 17 находится в режиме запрета счета.Вариант исполнения такого счетчика на основе счетчика, имеющего совмещенный вход (+), вход разрешения счета, счетный вход Т к совмещенный вход переполнения, приведен на фйг.3Для получения заданных коэффициентов К, К+1 и Киспользуется делитель 15, который при отсутствии управляющих сигналов Ч и У имеет коэффициент деления К+1, при наличии управляющего сигнала на входе Ч - коэффициент деления К, а при наличии управляющего сигнала на входе Ч, - коэффициент деления К. Вариант исполнения делителя 15 приведен на фиг.4.Коэффициенту пересчета К соответствует собственная емкость счетчика. По управляющим сигналам Ч или Ч включается соответствующая обратная связь (многовходовые элементы И), подключенные к выходам разрядов счет чика, соответствующим кодам(К и К), по которой осуществляется деление в соответствии с заданными коэффициентами деления. Таким образом в интервале а У, коэффициент деления делителя 15 равен величине К, в интервале ЬМ приО - величине К, а в остальные моменты времени, в частности в интервале апри а М, с О, коэффициент деления делителя 15 равен величине К+1.Так как по началу каждого периода одновибратором 20 формируется короткий импульс, устанавливающий в нулевое состояние счетчик 17 и в единичное. триггер 22, указывающий знак состояния разрядов счетчика 27, к концу. каждого периода (по началу нового). состояние разрядов счетчика 17 и триггера знака 22 соответствует величине и знаку Ь, либо Ь, т,е.величине - к/а.По началу каждого периода одно- вибратор 19 формируеткороткий импульс, по окончании которого вторым одновибратором 20 формируется другой короткий установочный импульс, Раз" несение во времени этих импульсов позволяет осуществить по импульсу с238189В результате, чем больше абсо"лютное значение. или , тем большее число импульсов отсчитывается до 3переполнения счетчиком 16, тем больЬ 0 личения частоты. 20 шают заданных достаточно малых значений дЧ . и дГ , .1 а25 Сравнение а.Р, с Ч и ЬГ сЬ Г, а также формирование сигнала навключение, осуществляется блоком формировання сигнала на включение автомата генератора (БФСВ), структурнаясхема которого приведена на фиг.2.Элементами ИЛИ 12 и И 25 осуществляется анализ вхоящения величииили Ь, в заданную зону их значенийпо абсолютной величине. В случае 35положительных значений анализ осу"ществляется элементом И 25, на выхо 40 50 В случае отрицательного Ь, нлйв счетчике 16 происходит добавление до момента перехода через ноль, 55 т,е. также отсчитывается число импульсов, соответствующее абсолютной величине Ь., или ь 1одновибратора 19 надежную перезаписьинФормации в реверсивный счетчик 16и триггер 3. Таким образом, в нача"ле каждого периода состояния раз"рядов счетчика 16 и выхода триггера 3соответствуют величине и знаку 1,. либо ,Счетчикам 18 совместно с тригге. ром 21 осуществляется формирование .коротких импульсов на выходах со.ответствующих расширителей 23 и 24с периодом следования, соответствующим величине и знаку 3, т.е. состоя нию разрядов счетчика 16 и триггера 3.Для этого на счетные входы Тсчетчика 16 и 18 поступают счетйые.импульсы с выхода генератора 14 либос выхода. делителя 15, Выходы второго триггера 3 осуществляют управление счетчиком 16 таким образом, чтосчетчик 16 отсчитывает до нулевогозначения количество импульссов, соответствующее абсолютной величйнехранящегося в нем и в триггере 3значения. Для этого в начале. периода триггер 21 устанавливается, в единичное, разрешающее счет состояние.В случае положительного 1., или 1,в.счетчике 17 происходит,.вычитаниедо момента перехода через ноль, покоторому импульсом е выхода переполнения Р триггер 21 устанавливаетсяв нулевое состояние, запрещая дальнейший счет импульсов. В этот. же ин- .тервал времени происходнт суммирование импульсов в счетчике 18, который управляется по входам (+), (-)и 7 также, как и .счетчик 16, В результате, чем больше величина,или Ь , тем больше число импульсовнеобходимо вычитать на каждом периоде из счетчика 16 и тем чаще Формируются импульсы на выходе Р счетчика 18, которые, расширяясь расширителем 24 до величины, необходимойдля страгивания исполнительногоэлектродвигатепя, осуществляют черезсоответствующие исполнительные эле-.менты уменьшение подачи энергоносителя, т.е. уменьшение частоты(Вых.3). шее число добавляется в счетчике 18и тем чаще формируются управляющиеимпульсы на выходе Р+ счетчика 18.Сформированные на выходе счетчика 18импульсы расширяются до необходимойвеличины расширителем 23 и осуществляют вращение исполнительного сервопривода в сторону увелйчения подачиэнергоносителя, т.е. в сторону увеТаким образом осуществляется плавная подгонка частоты и фазы практически до нулевого рассогласования и дальнейшая йх стабилизация.Оптимальным моментом включения на параллельную работу является момент, когда АМ =О и ь 1=О, а близким к оптимальному, когда дМ, и дГ не превы" де которого подключаются соответствующие вцходы счетчика 16. В случаеотрицательных значений анализ осуществляетея элементом ИЛИ 12 с соответствующим подключением выходовсчетчика 16. В начале периода,. когда состояние выходов счетчика 16 соответствует величинам , или Ь результат срав" нения записывается в триггер 4. Очевидно, что при условий достаточно малого значения лч вхождение в область малых значений величин Ь или , указывает, что в область малых отклонений входит и величина Г. Для этого импульс, соответствующий лч1 У сравнивается с помощью элемента 27 временной задержки одного фронта импульса с заданным значением (фиг.б).При л ч - л ц в триггер 9 постоянно перезапйсывается уровень логичеси икого О, а при л чс л м - уровень238189 8 устройство для автоматическойсинхронизации генераторов переменного тока, содержащее два.формирователя прямоугольных импульсов, трй синхронных Р-триггера, третий из которых выполнен сК-.входом нулевой уста- . новки и -входом, подключеннымк источнику постоянного напряжения, соответствующего уровню логической единицы, КЯ-триггер, два логических элемента ИЛИ,.реверсивный счетчик импульсов. и логический элемент И, входы которого подключены к выходам разрядов реверсивного счетчика импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности включения на параллельнуюработу путем исключения влияния на точностЬ времени срабатывания коммутационной аппаратуры, устройство дополнительно снабжено четвертым, пятым, шестым и седьмым синхронными Р-триггерами с . К-.входами нулевой установки, вторым КЯ-триггером, выход которого подключен к Р-:входу первого Р-триггера, генератором тактовых импульсов, делителем с управляемым коэффициентом деления, имеющим два входа управления коэффициентом пересчета и счетный вход, подключенный к выходу генератора тактовых импульсов, третьим и четвертым логическими элементами ИЛИ, выход последнего из, которых подключен к 0-входу второго Р-триггера, вторым и третьим реверсивными счетчиками импульсов, двумя одновиб" раторами, двумя расширителями импульсов, инвертором и элементом временной задержки, вход которого подключен к выходу инвертора и С-входу седьмого Р-триггера, а выход - к Р-входу седьмого триггера, причем в качестве первого реверсивного счетчика использован счетчик с входами параллельного занесения информации, , входом синхронизации записи, входомразрешения счета, входами управления сложением и вычитанием, счетным вхо-.дам.и совмещенным выходом переполнения, в качестве второго реверсивного счетчика - счетчик со счетным 20 25 30 35 40 45 50 55 7, 1логической,"1", который запоминается втриггере 9, т.е. поступает на еговыход только в случае разрешающегоуровня на его Р-входе., т,;е. при 4 йсЬЮ еФормула изобретения входом нулевой установки, входамиуправления сложением и вычитанием,выходом переполнения по сложению,выходом переполнения по вычитанию и выходами разрядов счетчика, в качестве третьего реверсивного счетчика -счетчик со счетным входом, входамиуправления сложением и вычитанием,входом разрешения счета, выходом пе 1 О реполнения по сложению и выходом переполнения по вычитанию, при; этомР-входы четвертого, пятого и шестого0-триггеров объединены с 0-входомтретьего Р-триггера, прямой выходпервого формирователя прямоугольных импульсов подключен к входу первогоодновибратора к С-входу третьегои К-входу четвертого Р-триггера, аинверсный выход к С-входу шестогоР-триггера, прямой выход второго формирователя. прямоугольных импульсов подключен к К-входу третьего иС-входу четвертого Р-триггера, аинверсный выход - к К-входу пятогои С-входу шестого Р-триггера, выходы третьего и четвертого 0-триггеровподключены к соответствующим входампервого логического элемента ИЛИ, авыходы пятого и шестого 0-триггеров -к входам второго логического элемента ИЛИ, первый и второй входы уп,равления делителя с управляемым коэффициентом пересчета подключены со" .ответственно к выходу четвертого Р-триггера и.подключенному к входу управления вычитанием второго ревер- сивного счетчика импульсов выходу второго логического элемента ИЛИ, счетный вход второго реверсивного счетчика подключен к выходу делителя с управляемым коэффициентом деления, вход управления сложением - к выходу первого логического элемента ИЛИ и входу инвертора, вход нулевой установки - к Я-входу второго КЯ- триггера, выходу второго одновибратора и С-входу второго Р-триггера, а выход переполнения при вычитании -к К-входу. второго КЯ-триггера, выход первого одиовибратора соединен с входом синхронизации записи первого реверсивного счетчика с Я-входом первого КЯ-триггера, С-входом первого 0-триггера и входом второго одновибратора,входы параллельного занесения информации первого реверсивного счетчика импульсов подключены к выходам разрядов второго реверсивного9 1 2381891 Осчетчика, счетные входы, входы рз- ИЛИ подключены соответственно к вырешения счета, управления сложением ходу логического элемента И и выходу и вычитанием первого и третьего ре- . третьего. логического элемента. ИЛИ, . версивного счетчиков импульсов попар- один иэ.входов которого соединен с но объединены и соединены соответст инверсным выходом первого. Р-триггевенио с выходом делйтеля с управляе- ра, а остальные входы - с выходамИ мым коэффициентом деления, либо с разрядов первого реверсивного счет- выходом генератора тактовых нмпуль- чика, выход второго 0-триггера подсов., с выходом первого КЗ-.триггера, соединен. к К-входу седьмого 0-триг- Й-вход которого подключен к совмещенгера, вьисод которого является выхоному выходу переполнения первого ре- дом устройства для включения на па: версивного счетчика импульсов, с раллельную работу, выходы переполнеинверсным выходом первого О-триггера ния третьего реверсивного счетчика и с прямым выходом первого 0 тригге- подключены через соответствующие , ра, логический элемент И снабЖен до выходные расширители импульсов к ис.полнительным входом, подключенным к полнительному элементу, осуществля прямому выходу первого Э-триггера,. ющему изменение подачи топлива. в входы четвертого логического элемента двигатель в соответствующую. сторону.1238189 е Составитель Техред О.Го Фотина .ай Корректор А.Обручар Редактор Л.Повхан Заказ 3301/ 12 оизводствеино-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная 55 . Тира ВНИИПИ Государ но делам изо 113035, Москва, Жтвенного к ретений и35, Раущск Подписноемитета СССРткрытийя наб., д.4/5