Регулятор частоты электроагрегата

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК Н 02 Р 9/О ОМИТЕТ СССРИЙ И ОТКРЫТИИ ГОСУДАРСТВЕНКЫИ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТВУ А ВТОРСКОМУ 4 - 07(21) 3882 (22) 09.0 (46) 07.0 (71) Всес 26/ .85 .87 Бюл ледователрскийи передвия аучно-ис зн тно-конструк ктроагрегато скии и прое институт эл ных электро ст 2) М,Я. Каплан3) 621.316.728(088.(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматичес.ким регуляторам частоты переменного ь- напряжения, генерируемого электроагрегатом автономного источника питания, Целью изобретения является ловы.шение надежности и устойчивости регулирования частоты, а также повышение .быстродействия регулирования прибольших отклонениях частоты. Введение НЯ-триггера 18, счетчиков импульсов 20, 19 и 21, элементов совладения 17 и .25, Ю-триггера 24, логического элемента ИЛИ, элемента задержки 23 и мультиплексоров 26 и 27обеспечивает отработку отклонениягенерируемой частоты до тех пор,пока это отклонение не войдет в за128889 данную зону, обусловленную требуемойточностью поддержания частоты. В тоже время снижена чувствительностьустройства к кратковременным малымотклонениям частоты, что повышает Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к автоматическим регуляторам частоты переменного напряжения, генерируемого электроагрегатом, и может быть использовано 5 для автоматического регулирования частоты автономных истоЧников электропитания.Целью изобретения является повышение надежности и устойчивости регулирования частоты, а также повышение быстродействия регулирования при больших отклонениях частоты.На фиг. 1-3 приведена структурная15 схема регулятора; на фиг. 4 и 5 временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства. Регулятор частоты электроагрегата20 содержит генератор 1 импульсов эталоннои частоты, выход которого через первый делитель 2 частоты связан со счетным Т-входом первого счетчика 3 импульсов, Б-вход нулевой установки которого подсоединен через первый25 одновибратор 4 к выходу формирователя 5 прямоугольных импульсов, синхронизированного с напряжением электро- агрегата. Выходы первого счетчика импульсов подключены к входам первого элемента 6 совпадения, инверсный выход которого подключен к 7-входу разрешения счета первого счетчика 3 импульсов и к первому инверсному входу первого четырехвходового логичес кого элемента И , второй вход которого связан с первым входом второго четырехвходового логического элемента И 8, объединенным с выходом формирователя 5 прямоугольных импульсов, третий вход - с вторым входом второго логического элемента И и подключен к одному из выходов второго счетчика 9 импульсов или через дополнительный делитель 10 частоты к выходу геустойчивость регулирования и снижает количество перемещений механических элементов системы регулирования подачи топлива и тем самым повышает на" дежность работы, 1 з.п, ф-лы, 5 ил. нератора 1 эталонных импульсов, четвертый вход через логический элементИЕ 11 - с выходами реверсивногосчетчика 12, а выход - с входом прямого счета (+Т) реверсивного счетчи-.ка, выход второго логического элемента. И связан с входом обратного счета(.Т) реверсивного счетчика, а еготретий вход через первый логическийэлемент. ИЛИ ;3 соединен с выходами реверсивного счетчика и с первымивходами логического блока 14 совпадения.,Выход генератора импульсовэталонной частоты подключен к счетному Т-входу второго счетчика 9 импульсов, выходами соединенного с вторыми входами логического блока 14совпадения, выходом старшего разрядачерез второй одновибратор 15 - сБ-входом первого ББ-триггера 16, Ввход которого подсоединен к выходулогического блока совпадения, а выходпредназначен для связи с управляющимвходом привода электроагрегата. Входы второго элемента 1 совпадения подключены к выходам первого счетчика 3 импульсов, а выход - к Б-входу второго Ю-триггера 18 с Р-входами подсоединенным к выходу первого одновибратора 4, и инверсным ьыходом, подключенным к четвертому входу второго логического элемента ИЙ, первый вход которого выполнен инверсным и подсоединен к второму входу первого логического элемента И, а выход - к В-входу нулевой установки четвертого сче-,чика 19 импульсов и к счетному Т-входу третьего счетчика 20 импульсов, выходом связанногс с входом обратного счета реверсивного счетчика, а Б-входом нулевой установки - с выходом первого логического элемента И, объединенным со счетным Т-входом четвертогосчетчика 19 импульсов, выход которого связан с входом прямого счета реверсивного счетчика, Пятый счетчик 21импульсов подключен счетным Т-входомчерез второй логический элемент ИЛИ 522 к счетным входам третьего и четвертого счетчиков импульсов, В-входомнулевой установки через элемент 23задержки - к выходу первого одновибратора и С-входу Р-триггера 24, 7- Овходом разрешения счета - к Р-входуР-триггера и инверсному выходу третьего элемента 25 совпадения, входыкоторого соединены с выходами пятогосчетчика импульсов, первые входы первого 26 и второго 27 мультиплексоровподключены к выходам, а вторые - ксчетным входам соответственно третьего 20 и четвертого 9 счетчиков импульсов, управляющие входы - к выходу Р-триггера 24, а их выходы -соответственно к входам обратного ипрямого счета реверсивного счетчика.Каждый мультиплексор выполнен ввиде первого 28 и второго 29 входныхлогических элементов И, первые входы которых подключены соответственнок первому и второму входам мультиплексора, выходы через выходной логический элемент ИЛИ 30 - к выходумультиплексора, а второй прямой входпервого входного логического элемента И 28 и второй .инверсный вход второго логического элемента И 29 соединены с управляющим входом мультиплексора,Регулятор частоты работает следующим образом,Электроагрегат вырабатывает напря-.жениес частотой(периодом Т=1/),40которое преобразовывается формирователем прямоугольных импульсов в видетриггера-Формирователя в импульсы .длительностью Т и периодом 2 Т. В последнем случае сначала Формируются 45импульсы с длительностью Т/2 и периодом Т и затем делятся на два триггером, в результате чего триггер-формирователь отформировывает импульсыдлительностью Т и периодом 2 Т. 50 По переднему Фронту импульсов с выхода формирователя 5 прямоугольных импульсов первый одновибратор 4 формирует короткий импульс, устанавливающий первый счетчик 3 импульсов и второй ВЯ-триггер 18 в нулевое состояние, после чего первый счетчик 3 ичпульсов начинает осуществлять отсчет импульсов длительностью 1 с1генератораимпул.сов эталонной частоты, поступающих на счетный Т-входпервого счетчика 3 импульсов черезпервый делитель 2. После отсчета первым счетчиком 3 импульсов числа импульсов, соответствующих первому заданному интервалу Тна выходевторого элемента 17 совпадения формируется импульс длительностью 1,который устанавливает ВБ-триггер 18в единичное состояние. Таким образом,на выходе ВЯ-триггера 18 имеются потенциалы, диаграммы которых приведены на фиг. 4 (диаграммы потенциаловв точках а,А,б,в,г,д,е,Г, обозначенных на фиг. 1 и 2). После отсчетапервым счетчиком 3 импульсов числаимпульсов, соответствующих второмузаданному интервалу Т , на выходепервого элемента 6 совпадения появляется уровень логического нуля, по которому запрещается дальнейший отсчетимпульсов первым счетчиком 3 импульсов по его 7-входу разрешения счетадо следующего сброса указанного счетчика в момент начала нового периода.Таким образом, на выходе первого элемента 6 совпадения отформировываетсяинтервал Т эт ,Элементы 6 и 17 совпадения могут быть выполнены в виде логических элементов И. В этом случае для получения заданных интервалов Тэт, и Тэ к входам элементов 7 и 6 совпадения подключаются только те входы разрядов первого счетчика 3 импульсов, которые принимают состояние логической единицы при достижении заданного числа, обусловленного соответственно значениями Тэт, и Тэт. Интервал Т -Т представляет собой заданную зону нечувствительности. При этом номинальное значение частоты Г связано с Тэт, и .Тэт очевидными соотношениями (для случая использования триггера- формирователя)Т=1/;Ь Т,таТэтэт этнеТэт 1 + Тэтэт ТэтЛогические элементы И 8 и 7 выделяют соответственно интервалы отклонения Т от Т , и Тэт . При этом в случае ТсТвторой логический элемент И 8 выделяет интервал с, =Тэ -Т, 1288891а в случае ТТпервый логический элемент И 7 выделяет интервал ь = =Т -Т.Интервалы с и ь с помощью тех яе логических элементов И 7 и 8 стра бируются счетными импульсами, полученными делением дополнительным делителем 10 частоты или вторым счетчиком 9 импульсов, периодом следованияФормируемыми генератором 1 им пульсов эталонной частоты. На выходах логических элементов И 8 и 7 получаются, таким образом,пачки импульсов с числом счетных импульсов, соответствующих временным интервалам 15 , или 7 . Эти пачки импульсов поступают на соответствующий счетный вход (+Т или -Т) реверсивного счетчика 12 с помощью мультиплексоров 2 и 26 либо непосредственно, либо через 20 счетчики 19 и 20 импульсов в зависимости от того, какой канал мультиплексора открыт, Управление мультиплексорами осуществляется от Р-триггера 24, выход которого указывает, превышает текущее значение отклонения ЬТ заданную величину ЬТ или нет (т.е. атклоенние велико или мало).30Для этого пачки импульсов с логических элементов И 8 или 7 через вто- .рой логический элемент ИЛИ 22 поступают на счетный вход пятого счетчика 21 импульсов, предварительно установ- З 5 ленного в ноль по ега Н-входу импульсом с первого однавибратара 4, В случае, если ЬТЬТэс, фиг. 5, диаграммы в точках А,Г,Н,Д,З, обозначенных на фиг. 1 и 2), пятый счетчик 21 40 импульсов достигает состояния, соответствующего Ь Тз , и на выходе третьего элемента 25 совпадения формируется в этот момент уровень логического нуля, запрещающего дальнейший 45 счет импульсов пятым счетчиком 21 импульсов да очередного ега сброса.Если третий элемент сравнения выполняется в виде логического элемента И-НЕ, та ан подключается при этом к выходам тех разрядов пятого счетчика импульсов, которые при величине Ь Т=ЬТ с, имеют единичные сигналы, Перед очередным сбросом пятого счетчика 21 импульсов состояние выхода третьего элемента 25 совпадения записывается в Р-триггер 24 импульсом с первого однавибратара 4, Для надежной записи информации в Р-триггер 24 импульс на сброс пятого счетчика.21 импульсов поступает через элемент 23 задержки. В случае, если Ь ТЬТ, на выходе Р-триггера 24 имеет место уровень логической единицы, по которому мультиплексоры 26 и 27 прапус" кают на реверсивный счетчик 12 импульсы пониженной частоты через счетчики 20 и 19 импульсов, а в случае Ь Т Ь Т А на выходе Р-триггера 24 - уровень логического нуля и мультиплексоры 26 и 27 пропускают на реверсивный счетчик 12 импульсы непосредственно с выходов логических элементов Ии 8, Таким образом формируются две зоны пропорциональной зависимости между отклонением частоты и крутизной скорости изменения управляющего воздействия.1(аэффициент деления частоты импульсов счетчиками 9 и 20 импульсов определяет, во сколько раз изменяется эта зависимость, В случае наличия отклонения Ь ТЬТ , независима от величины этого отклонения, на вход (+Т или -Т) реверсивного счетчика 12 поступают счетные импульсы непосредственно с выходов логических элементов И 7 и 8. При одном знаке юТ числа на выходе реверсивного счетчика 12 увеличивается са скоростью, пропорциональной величине ЬТ, частоте генератора 1, а в случае ЬТсЬТ также и коэффициенту деления. При противоположном знаке Ь Т число на выходе реверсивного счетчика 2 аналогичным образом уменьшается. При этом скорость изменения состояния реверсивного счетчика 12 при переходе из области отклонений Ь ТсЬТ в область ЬТЬТ Ь изменяется в число раз, соответствующее коэффициенту деления. Увеличение или уменьшение скорости изменения состояния счетчика происходит да тех пор, пока не наступит ситуация, когда Т=ОЖ, =О,=0), т,е, отклонение частоты ат номинальногозначения не выходит за заданную зону нечувствительности, либо пока реверсивный счетчик 12 не достигнет одного из своих предельных состояний - максимального или минимального (когда все ега выходы находятся соответственно в единичном или в нулевом состоянии),При достижении реверсивным счетчикам максимальнога предельного состояния логический элемент И-НЕ 11 выдаетна выходе уровень логического нуля, запрещая прохождение счетного импульса, .обнуляющего реверсивный счетчик, через логический элемент И 7.При достижении минимального предельного состояния реверсивного счетчика 12 логический элемент ИЛИ 13выдает на выходе уровень логическогонуля, запрещая прохождение импульса,переводящего реверсный счетчик в минимальное предельное состояние, черезвторой логический элемент И 8,Для полного исключения влиянияна работу регулятора частоты малыхпопеременно меняющих знак колебанийчастоты, вызванных, например, несовершенством аппаратуры топливоподачиили колебательными процессами, обусловленныминаличием обратной связи,счетчики 20 и 19 импульсов выполненыс взаимным сбросом. В случае возникновения колебательного процесса, невыходящего за заданную зону нечувст-вительности, как с одной стороны,так и с другой, счетчики 20 и 19 импульсов попеременно сбрасываются, неуспевая выдать на своем выходе счетного импульса, и устройство прекращает изменение выходного воздействия,по существу отключая тем самым обрат Оную связь до .успокоения колебательного процесса.Элементы 9,14,15 и 16 выполняютфункцию получения на выходе импульсов достаточно высокой частоты следо. вания (например, 300-500 Гц), с постоянным периодом следования и длительностью импульса, пропорциональнойчислу на выходе реверсивного счетчика 12. Для этого импульсы с выхода фгенератора эталонной частоты делятсядо получения заданной частоты еледования. Второй одновибратор 15 формирует короткие импульсы, устанавливающие ВБ-триггер 16 в единичное состояние. Второй счетчик 9 импульсов отсчитывает счетные импульсы, и в .момент, когда состояния выходов второго счет- о чика 9 импульсов полностью совпадают с состояниями выходов реверсивного счетчика 12, логический блок совпадения устанавливает ВБ-триггер 16 в нулевое состояние. Таким образом, на прямом выходе ВБ-триггера формируется импульс, длительность которого пропорциональна состоянию реверсивне го счетчика 12, причем чем большему числу соответствует состояние реверсивного счетчика, тем больше длительность полученного импульса, и при максимальном предельном его состоянии этот импульс превращается в,постоянный уровень логической единицы, а при минимальном - в постоянный уровень логического нуля. При использовании инверсного выхода зависимость получается обратной.Сигнал с выхода ВБ-триггера 16 поступает через усилитель на исполнительный электромагнит.Таким образом, устройство обеспечивает отработку отклонения генерируемой частоты до тех пор, пока это отклонение не войдет в заданную зону, обусловленную требуемой точностью поддержания частоты, При этом обеспечивается повышенная скорость отработки больших отклонений частоты, что обеспечивает высокое быстродействие устройства.В то же время снижена чувствительность устройства к кратковременным малым отклонениям частоты, что позволяет повысить устойчивость регулирования, а также значительно снизить количество перемещений механических элементов системы регулирования подачи топлива и тем самым повысить.надежность работы системы.Формула изобретения 1. Регулятор частоты электроагрегата, содержащий генератор импульсов эталонной частоты, выход которого через первый делитель частоты связан со счетным входом первого счетчика импульсов, вход нулевой установки которого подсоединен через первый одновибратор к выходу формирователя прямоугольных импульсов, синхронизированного с напряжением электроагрегата, выходы первого счетчика импульсов подключены к входам первого элемента совпадения, инверсный выход которого подключен к входу разрешения счета первого счетчика импульсов и к первому инверсному входу первого четырехвходового логического элемента И, второй вход которого связан с первым входом второго четырехвходового логического элемента И, объединенным с выходом формирователя прямоугольных импульсов, третий вход - с вторым входом второго логического элемента И и подключен к одному128889из выходов второго счетчика импульсов или через дополнительный дели- .тель частоты к выходу генератораэталонных импульсов, четвертый вход через логический элемент И-НЕ - с выходами реверсивного счетчика, а выход - с входом прямого счета реверсивного счетчика, выход второго логического элемента И связан с входом обратного счета реверсивного 10 счетчика, а его третий вход через первый логический элемент ИЛИ соединен с выходами реверсивного счетчика и с первыми выходами логического блока совпадения, выход генератора импульсов эталонной частоты подключен к счетному входу второго счетчика импульсов, выходами соединенного с вторыми входами логического блока совпадения, выходом старшего разряда через второй одновибратор - с Я-входомпервого ВЯ-триггера , В-вход которого подсоединен к выходу логического блока совпадения, а выход предназначен для связи с управляющим входом привода электроагрегата, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и устойчивости регулирования, в него дополнительно введены второй БЯ-триггер, третий и четвертый счетчики импульсов, второй элемент совпадения, причем входы второго элемента совпадения подключены к выходам первого счетчика импульсов, а выход - к Я-входу второго ВЯ-тригге ра с В-входом, подсоединенным к выходу первого одновибратора, и инверсным выходом, подключенным к четвертому входу второго логического элемента И, первыи вход которого выполнен инверсным и подсоединен к второму вхо оду первого логического элемента И, а выход - к входу нулевой установки четвертого счетчика импульсов и к счетному входу третьего счетчика импульсов, выходом связанного с входом обратного счета реверсивного счетчика, а вход нулевой установки - с выходом . первого логического элемента И, объединенным со счетным входом четвертого счетчика импульсов, выход которого связан с входом прямого счета реверсивного счетчика.2. Регулятор по п, 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения быстродействия регулирования при больших отклонениях частоты, в него дополнительно введены Р-триггер, пятый счетчик импульсов, третий элемент совпадения, второй логический элемент ИЛИ, два мультиплексора, элемент задержки, причем пятый счетчик импульсов подключен счетным входом через второй логический элемент ИЛИ к счетным входам третьего и четвертого счетчиковимпульсов, входом нулевой установки через элемент задержки - к выходу первого одновибратора, и С-входу Р-триггера, входом разрешения счета - к В-входу В-триггера и инверсному выходу третьего элемента совпадения, входы которого соединены с выходами пятого счетчика импульсов, первые входы первого и второго мультиплексоров подключены к выходам, а вторые - к счетным входам соответственно третьего и четвертого счетчиков импульсов, управляющие входы - к выходу Р-триггера, а их выходы - соответственно к входу обратного и прямого счета реверсивного счетчика.Пта СССР аказ 7 1/57 Тираж 683 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж"35, Р