Цифроаналоговый синхронизатор

(5)5 Н 02 Л 3/4 ИЗОБРЕТЕНИЯ ОП СВИДЕТЕЛ ВТОРСКО юл, %32твенное обьединение "Сою А,З арова, Л,И.Мовмпульсный синхронио, 1973, МЗ.тельство СССР(57) Использование: в электроэнергетике, в устройствах автоматического включения синхронных генераторов на параллельную работу с сетью, Сущность изобретения: цифроаналоговый синхронизатор, содержащий формирователи напряжения сети и геИзобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам автоматического включения синхронных генераторов на параллельную работу с сетью,Известны синхронизаторы. Формирующие команду на включение генератора на параллельную работу с сетью при достижении допустимой разности частот, напряжений и допустимой разности фэз между напряжением сети и генератора.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является синхронизатор, содержащий формирователи напряжения сети и генератора, блоки измерения периодов сети и генератора, генератор высокой частоты, цифроаналоговые преобра сь 3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(56) Бобров И,И. Итоо, - ЭлектричествАвторское свидеМ 1288821, кл. Н 02 нератора, блок выделения несовпадающих импульсов, генератор высокой частоты, блок управления счетчиком, реверсивный счетчик, регистр, цифроаналоговый преобразователь, задатчик нижнего и верхнего допусков оборотов генератора, первый и второй компараторы, механизмы изменения оборотов генератора и напряжения генератора, задатчик угла опережения, генератор пилообразного напряжения, третий, четвертый и пятый компараторы, О- триггер, измерители напряжения сети и генератора, вычитающее устройство, задатчик верхнего и нижнего допусков напряжения генератора, схему И и выходную цепь включения генератора, Цель - повышение точности и надежности за счет введения блоков выделения несовпадающих импульсов, управления реверсивным счетчиком, реверсивного счетчика и регистра, 3 .фл. зователи, вычитающий блок, задатчики верхнего и нижнего допусков разности частот и напряжений, компараторы, генератор пилообразного напряжения. задатчик угла опережения, О-триггер, измерители напряжений сети и генератора, механизмы изменения напряжения и оборотов генератора, элемент И и выходную цепь включения генератора,Сигнал на включение генератора на параллельную работу с сетью выдается только тогда, когда разность частот и разность напряжений нежит в зоне допуска,Недостаток известного устройства состоит в том, что наличие двух цифроаналоговых. преобразователей дает дополнительную погрешность эа счет сло 175876710 15 20 30 35 40 45 50 55 жения погрешностей каждого из преобразователей,На механизмы изменения оборотов и напряжения генератора подается сигнал "Включить" или "Выключить", когда напряжение или обороты вышли за границы допуска. Отсутствие сигнала на выходах механизмов, пропорционального величине отклонения напряжения и частоты генератора от частоты и напряжения системы, ухудшает динамику регулирования.Цель изобретения - повышение точности, надежности и улучшение динамики регулирования за счет, изменения связей с введением новых блоков,Поставленная цель достигается тем. что синхронизатор содержит блоки выделения несовпадающих импульсов и управления реверсивным счетчиком, реверсивный счетчик и регистр, причем выходы формирователей напряжения сети и генератора подключены соответственно к первому и второму входам блока выделения несовпадающих импульсов, два выхода блока не- совпадающих импульсов подключены к первым двум входам блока управления счетчиком. третий вход которого соединен с генератором высокой частоты, при этом первый, второй, третий и четвертый выходы блока управления реверсивным счетчиком соединены соответственно с обратным и прямым входами реверсивного счетчика, с С-входом регистра и входом В сброса реверсивного счетчика, выходы которого через регистр подключены к входам цифроаналогового преобразователя. выход которого соединен с задатчиком угла опережения, с прямым входом первого компаратора и входом блока изменения оборотов, шестой вход элемента И подключен к инвертируемому выходу отрицательной разности реверсивного счетчика, причем блок выделения несовпадающих импульсов содержит элемент НЕ, делитель частоты на два, О-триггер, первый и второй элементы И, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами блока, первые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с выходом 0- триггера и с инверсным выходом делителя частоты на два, второй вход первого элемента И соединен с С-выходом О-триггера и является вторым входом блока, первый вход которого соединен с вторым входом второго элемента И и через элемент НЕ с входом делителя частоты на два, прямой выход которого подключен к О-входу О-триггера, блок управления реверсивным счетчиком содержит формирователи установки и сброса реверса счета, триггер реверса счета,первый и второй элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, формирователь записи в регистр. элемент задержки и формирователь сброса счетчика, при этом первым входом блока является первый вход элементаИ, который через формирователь установки триггера соединен с Я-входом триггера, В- вход которого через формирователь сброса триггера соединен с первым входом второгоэлемента И, который является вторым входом блока. выход второго элемента И подключен к первому входувторого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с инверсным выходом триггера реверса и входом элемента задержки, которыйсоответственно через формирователи записи в регистр и сброса счетчика соединен с третьим и четвертым выходами блока, прямой выход триггера реверса соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым выходом блока, второй выход блока - с выходом второго элемента ИЛИ, третий вход соединен с вторыми входами первого и второго элементовИ блока управления.Кроме того, введенный блок выделения несовпадающих импульсов включает в себя элемент НЕ, делитель частоты на два. Ртриггер, первый и второй элементы ИВведенный блок управления счетчиком включает в себя формирователи установки и сброса триггера реверса счета, первый и второй элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, формирователь записи в регистр, элемент задержки и формирователь сброса счетчика, триггер реверса реверсивного счетчика.На фиг, 1 дана блок-схема цифроаналогового синхронизатора: на фиг, 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу,Цифроаналоговый синхронизатор включает в себя формирователь 1 напряжения сети, формирователь 2 напряжения генератора, блок 3 выделения несовпадающих импульсов, генератор 4 высокой частоты, блок 5 управления реверсивным счетчиком, реверсивный счетчик 6, регистр 7, цифроаналоговый преобразователь 8, задатчик нижнего 9 и верхнего 12 допусков оборотов генератора, первый компаратор 10, второй компаратор 11, блок 13 изменения оборотов генератора, задатчик 14 угла опережения, генератор 15 пилообразного напряжения, третий компаратор 16.Р-триггер 17, измерители 18 и 19 напряжения системы и напряжения генератора, вычитающее устройство 20, задатчики 21 и 22 верхнего допуска и нижнего допуска напряжения генератора, четвертый компаратор23, пятый компаратор 24, блок 25 изменения напряжения генератора, элемент И 26 и выходную цепь 27 включения генератора.Блок выделения несовпадающих импульсов состоит из элемента НЕ 28, делителя 29 частоты на два, 0-триггера 30, первогоэлемента И 31 и второго элемента И 32.Блок 5 управления реверсивным счетчиком включает в себя формирователь 33 установки триггера реверса счета, первыйэлемент И 34, второй элемент И 35, формирователь 36 сброса триггера. формирователь 37 записи в регистр, элемент 38 задержки, формирователь 42 сброса счетчика, первый элемент ИЛИ 39, второй элементИЛИ 40, триггер 41 реверса счетчика 6.Условиями включения синхронизируемого генератора на параллельную работу являются: выполнение условийтген басист., в ы и о л н е н и е у сл о в и яЛдоп.мин ген. - сист,одоп.макснижняя и верхняя границы допуска разности частот; выполнение условияОген=Осист.ЛО; наличие разрешения ОтО-триггера в момент, когда сдвиг по фаземежду напряжением генератора и сети равен углу опережения на включение выключателя генератора при фактическойразности частот бен, и басист,Регулирование оборотов и напряжениягенератора ведется непрерывно, причеминтенсивность воздействия на блоки изменения оборотов и частоты генератора пропорциональна сигналам отклонения отзаданных значений Ю и ЛО, Так как измерение низких частот, к примеру 50 Гц, свысокой точностью и быстродействием достаточно сложно, то в описываемом синхронизаторе осуществляется измерение неразности частот, а разности периодов генератора и системы,Для уменьшения погрешности измерения используется один и тот же реверсивный счетчик 6, который сначала суммируетчисло импульсов высокой частоты, поданных на его суммирующий вход, е течениепериода Тсист., потом после окончания измерения Тсист. вычитает из записанного числачисло импульсов высокойчастоты, поданных на его вычитающий вход в течение времени, равного Тген,После этого в реверсивном счетчике 6записано число, равное разности числа импульСов, поданных на входы сложения и вычитания реверсивного счетчика 6. Это число пропорционально разности периодов Тсист. и Тген., а так как синхронизатор работает в узкой полосе частот (45-50 Гц), а зона Ю лежит в пределах 0,05-0,2 Гц, то можно считать, что число, зафиксированное в счетчи.КЕ, ПРОПОРЦИОНаЛЬНО РаЗНОСтИ Чаетст,Так как положительные и отрицательНЫЕ ПОЛУПЕРИОДЫ НаПРЯжЕНИй Осист. И Оген 5 могут совпадать по времени, то процессысложения и вычитания в счетчике нужно разнести во времени, т.е, выделить несовпадающие положительные и отрицательные ПОЛУПЕРИОДЫ НаПРЯжЕНИй Осист И Оген, 10 Временные диаграммы на фиг. 2 поясняют принципы получения разности перио- ДОВ Тсист И, Тген. СИНУСОИДдЛЬНЫЕ НаПРяжЕНИЯ Осист СИСТЕМЫ И Оген ГЕНЕРато ра подаются на входы формирователей 1 и 15 2, С выходов этих формирователей снимаются прямоугольные импульсы 01 и 02, передние и задние фронты которых соответствуют моментам перехода синусои- ДаЛЬНЫХ НаПРЯжЕНИй Осист И Оген ЧЕРЕЗ НОЛЬ.20 Блок 3 выделения несовпадающих импульсов позволяет получить на своих выходах разнесенные во времени импульсы Оз 2 и.Оз 1, длительность которых соответственно равна длительности импульсов 01 и 02.25 Принято, что на нечетных периодахТсист, считая от момента совпадения фаэ, импульсов 01 и Ор, будет осуществляться сложение в счетчике 6, а на цетных - вычитание.30 Импульсы 02 д и 02 д, соответствующиеНЕЧЕТНЫМ И ЧЕТНЫМ ПЕРИОДаМ Тсист фОРМИ- руются на прямом и инверсном выходах делителя 29 частоты на два.Начало периода Теист ведется от заднего 35 фронта импульса 01, а так как в реальномслучае делитель 29 срабатывает по передним фронтам импульсов на его входе, то необходимо применение элемента НЕ 28.Импульсы 02 д и 02 д тактируют интервалы 40 измерений длительности импульса,. но недают информации о том, можно ли начинать измерение длительности импульса 01. Например, на периоде Тд будет измерена только часть длительности импульса 02.45 Разнести во времени импульсы От и 02 даетвозможность комбинация тактируемого фронтом О-триггера и элементов И 31 и 32.Информация на входе 0 0-триггера записывается в триггер передним фронтом 50 импульсов на входе.Как видно из диаграммы, на входах блока 3 получены несовпадающие во времени импульсы Оз 1 и Оз 2. гтодлительности равныеимпульсам Ог и Оь55 Реверсиеный счетчик б выполняет операцию сложения в том случае, если на его Обратный вход "-1" подана "1", а импульсысчета поданы на прямой вход "+1".При вычитании "1" должна присутствовать на прямом входе +1", а импульсы счетаподаются на вход "-1".Обнуление счетчика происходит по входу Й сброса положительным импульсом.Если на обратный вход "-1" будет подано большее число импульсов, чем записанопо входу "+1", то на инверсном выходе отрицательной разности счетчика появится "0",а результат будет выдан в инверсном коде.Блок 5 управления реверсивным счетчиком по сигналам от блока 3 осуществляеттребуемый алгоритм работы счетчика 6.По задним фронтам импульсов Оз 1 и Оз 2формирователи 33 и 36 установки и сбросаформируют короткие импульсы установкиОзз и сброса Озб, управляющие триггером 41реверса, Число импульсов высокой частотыот генератора 4, пропорциональное длительностям импульсов От и О 2, снимается свыходов элементов И 35 и 34, Комбинациятриггера реверса и схем ИЛИ 39 и 40 позволяет тактировать операции сложения и вычитания по импульсам ОЗ 2 и ОЗ 1. Так,импульсы О 41 и Озя. совпадают по времени ив течение этих импульсов на входе "-1" счетчика 6 удерживается "1", идет суммирование числа импульсов с выхода элемента И35 через элемент ИЛИ 40 (длительность импульса О 1). На втором входе элемента ИЛИ40 в зто время присутствует "0".Импульсы Оо и О 41 также совпадают повремени, и в течение длительности импульса идет вычитание числа импульсов с выхода элемента ИЛИ 39 (длительностьимпульса О 2).На втором входе элемента ИЛИ 39 в этовремя присутствует "0".Чтобы разнести во времени моментыокончания счета и переноса содержимогосчетчика в регистр 7 после операции вычитания использован формирователь 38 задержки, на выходе которого формируетсяимпульс Оза по заднему фронту импульсаОе (конец операции вычитания).Задним фронтом импульса задержки Озвзапускается формирователь 37 импульса записи содержимого счетчика в регистр 7.После того, как запись в регистр 7 произведена, счетчик обнуляется импульсамиО 42 с выхода формирователя 42 сброса счетчика 6.Формирователь 42 сброса запускаетсязадним фронтом импульса Озт.Описанный процесс повторяется накаждом периоде импульсов О 41 от триггера41 реверса,Временные диаграммы на фиг, 2 даныдля случая 1 ген басист. Когда 1 ген басист, описанные процессы будут протекать аналогичным образом, но результат на выходе счетчика будет в инверсном коде, а на инвертирующем выходе счетчика будет "0", чтоявляется запретом на включение генерато 5 ра на параллельную работу,С выхода регистра 7 код счетчика, проПОРЦИОНаЛЬНЫЙ РаэНОСтИ Тсист Тген ПОДается на входы цифроаналоговогопреобразователя 8, напряжение на выхо 10 де которого пропорционально разностиТсист Тген= ЛТ,Это напряжение подается на входы компараторов.10 и 11, где сравнивается с напряжением от задатчиков нижнего и15 верхнего допуска разности ЛТ. Если ЛТне выходит за границы допуска, то с компараторов 10 и 11 снимаются "1" (разрешение)на первый и второй входы элемента И 26.Напряжение с выхода цифроаналогово 20 го преобразователя подается на вход блока13 изменения оборотов.Блок изменения оборотов генератора.должен включать в себя задатчик значенияМ и вычитающее устройство, с выхода кото 25 рого будет снят сигнал, пропорциональныйотклонению М от уставки.Этот сигнал с учетом знака отклоненияи будет управлять блоком изменения оборотов,30 Напряжения Осист и Оген, измеренныеизмерителями 18 и 19, подаются на вычитающее устройство 20, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональноеРаЗНОСтИ Осист О ген= ЛО. ЗНаК ЭТОГО НЗПРР 35 жения зависит от знака ЬО, На компараторах 23 и 24 осуществляется сравнениенапряжения с выхода вычитающего устройства 20 с напряжением от задатчика верхнего и нижнего допуска,40 Если ЛО в допуске, то с компараторов23 и 24 снимаются "1" (разрешение по напряжению Оген)на входы элемента И 26.Управление блоком изменения напряжениягенератора аналогично управлению блоком45 изменения оборотов.Угол опережения-на включение выключателя генератора регулируется в зависимости от значения ЛТ, т,е, от напряжения навыходе цифроаналогового преобразователя50 Я. Задатчик 14 времени опережения даетнапряжение Ои, устанавливаемое в зависимости от времени включения конкретногомасляного выключателя генератора,Напряжение с выхода задатчика тем55 больше, чем больше ЬТ, и наоборот.В начале каждого периода Осист передним фронтом импульса О 1 от формирователя 1 запускается генератор 15пилообразного напряжения, с выхода кото 1758767 1055 рого снимается линейно нарастающее напряжение 015, до тех пор, пока это напряжение не сравняется с напряжением задатчи ка О 14, на входе ком паратора 16 удерживается "1",В момент равенства О 15=О 14 компаратор меняет свое состояние и на его выходе . присутствует "0".Разрешение на включение генератора по углу опережения формируется на О-триггере 17, на входе которого появляется "1" в тот момент, когда передний фронт импульса О 2 попадает в импульс О 16.Таким образом, угол опережения, отсчитываемый от переднего фронта импульса О 2, регулируется так, что время от момента выдачи команды на включение выключателя генератора до момента совпадения фаз Осист и Оген остается постоянным и равным времени включения выключателя во всем диапазоне допустимых значений ЛТ,Предлагаемый синхронизатор по сравнению с известным имеет следующие преимущества:вместо двух независимых каналов измерения периодов системы и генератора со своими цифроаналоговыми преобразовате-, лями в каждом канале использован один поочередно переключаемый канал с одним цифроаналоговым преобразователем, что позволяет уменьшить погрешность при определении разности периодов системы и генератора;обеспечена необходимая точность измерения разности периодов за счет применения генератора высокой частоты с частотой импульсов в несколько мегагерц и многоразрядных счетчиков, поэтому применение одного канала, на выходе которого фиксируется разность периодов, существенно уменьшает число элементов в синхрониэаторе и увеличивает его надежность;возможность пропорционального регулирования по отклонению заданных значений разности частот и напряжений генератора и системы улучшает динамику регулирования оборотов и напряжения генератора.Формула изобретения Цифроаналоговый синхронизатор, содержащий формирователи напряжения сети и генератора, генератор высокой частоты, задатчики нижнего и верхнего допусков разности частот генератора и сети, пять компараторов. блок изменения оборотов генератора, измерители напряжений сети и генератора, вычитающий блок, задатчики нижнего и верхнего допусков разности напряжений генератора и сети, блок изменения напряжения генератора, 10152030354050 блока управления реверсивным счетчиком соединены соответственно с обратным и прямым входами реверсивного счетчика, С- входом регистра и входом В сброса реверсивного счетчика, выходы которых черезрегистр подключены к входам цифроаналогового преобразователя, выход которого социфроаналоговый преобразователь, генератор пилообразного напряжения, задатчик угла опережения, О-триггер, элемент И и цепь включения генератора, при этом измерители напряжений сети и генератора, входами подключенные к соответствующим напряжениям, выходами подключены к вычитающему блоку, выход которого подключен к блоку изменения напряжения генератора и первым входам четвертого ипятого компаратороэ, к вторым входам которых подключены выходы задатчиков соответственно верхнего и нижнего допусков напряжения генератора, выходы четвертого и пятого компараторов подключены соответственно к четвертому и пятому входам элемента И, выход которого подключен к цепи включения генератора, выход формирователя напряжения генератора подключен к С-входу О-триггера, к другому входукоторого подключен выход третьего компаратора, первый вход которого подключен к выходу генератора пилообразного напряжения, вход которого подключен к выходу формирователя напряжения сети, второйвход третьего компаратора подключен к выходу задатчика угла опережения, выход О- триггера подключен к третьему входу элемента И, прямой вход первого компаратора соединен с инверсным входом второгокомпаратора, к инверсному входу первого компаратора подключен задатчик нижнего допуска оборотов генератора, к прямому входу второго компаратора подключен задатчик верхнего допуска оборотов генератора, выходы первого и второго компараторов подключены соответственно к первому и второму входам элемента И, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности синхронизатора и повышения его надежности, в него введены блоки выделения несовпадающих импульсов и управления реверсивным счетчиком, реверсивный счетчик и регистр, причем выходы формирователей напряжения сети игенератора подключены соответственно к первому и второму входам блока выделения несовпадающих импульсов, два выхода блока несовпадающих импульсов подключены к первым двумя входам блока управлениясчетчиком, третий вход которого соединен с генератором высокой частоты, при этомпервый. второй, третий и четвертый выходыединен с задатчиком угла опережения, с прямым входом первого компаратора и входом блока изменения оборотов, шестой вход элемента И подключен к инвертируемому выходу отрицательной разности реверсивного счетчика, причем блок выделения несовпадающих импульсов содержит элемент НЕ, делитель частоты на два, О-триггер, первый и второй элементы ,И, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами блока; первые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с выходом О- триггера и инверсным выходом делителя частоты на два, второй вход первого элемента И соединен с С-входом О-триггера и я вляется вторым входом блока, первый вход которого соединен с вторым входом второго элемента И и через элемент НЕ с входом делителя частоты на два, прямой выход которого подключен к О-входу О-триггера, блок управления реверсивным счетчиком содержит формирователи установки и сброса триггера реверса счета, триггер реверса счета, первый и второй элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, формирователь записи в регистр, элемент задержки и форми- .рователь сброса счетчика, при этом первымвходом блока является первый вход первого5 элемента И, который через формировательустановки триггера соединен с Я-входомтриггера, Й-вход которого через формирователь сброса триггера соединен с первымвходом второго элемента И, который явля 10 ется вторым входом блока, выход второгоэлемента И подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которогосоединен .с инверсным выходом триггерареверса и входом элемента задержки. кото 15 рый соответственно через формирователизаписи в регистр и сброса счетчика соединен с третьим и четвертым выходами блока,прямой выход триггера реверса соединен свторым входом первого элемента ИЛИ, вы 20 ход которого соединен с первым входомблока, второй выход блока - с выходом второго элемента ИЛИ, третий вход соединен свторыми входами первого и второго элементов И блока управления,25. Ога дакт ктор И. Шмакова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 эказ 3007 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5