Устройство для автоматической синхронизации генераторов переменного тока

о 866647 Союз Советскик Социалмстическик Реслублнк(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 230981(5 РОИСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИНХРОНИЗАЦИ ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ьт ов на 5 хро 0 достатого, 15 устение.синхро- бразогене помощью о Кроме того пр генератора и сет ному числу работ рушается, так ка импульсов напряж сети происходить устойчивость уст но низкая из-за от наль нантов и о- льотношении част равном иррацио синхронизатора совпадения фро ний генератора не будет. Помех ойства сравните аличия в схеме Изобретение относится к электро- энергетике и может быть использованодля синхронизации генераторов переменного тока, например авиационных, а точнее в тех случаях, когда требуется автоматическое сведение частот и точная синхронизация.Известны устройства для автоМатической синхронизации генераторов переменного. тока, работа которых основана на выделении напряжения биений Г 11. Однако такие устройства не точно надежны и точны. Кроме большие габариты и вес таких ройств ограничивают их применИзвестны также импульсные низаторы, осуществляюцие прео вания разности фаз напряжений ратора и сети в напряжение с фазовых детекторов 23 .Однако применение таких синхронизаторов в авиационном электрооборудовании ограничено из-за их узкого 2 температурного диапазона работы, так как большинство элементов синхронизатора работают в линейном режиме. Кроме того, габариты и вес таких устройств достаточно велики 3 из-за наличия мощных ил р выходе детекторов.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для автоматической син низаиии генераторов переменного тока, содержащее входной блок, в состав которого входят формирователи прямоугольных импульсов, канал уравниваниячастот с триггером на выходе и канал, формирующий команду на включение выключателя генератора с триггером на выходе ГЗЗ .Известное устройство имеет ряд недостатков, ограничивающих их область применения, а именно: устройство может применяться только для синхронизации трехфазных генераторов, угол опережения его фиксирован, кратен 30 и не может быть произволь н изменен.преобразователей сигналов в короткийимпульс.Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его надежностии точности.Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем входной блок,в состав которого входят Формирователи прямоугольных импульсов, каналуравнивания частот с триггером навыходе и канал, формирующий командуна включение выключателя генератора.с триггером на выходе, входной блокснабжен схемой антисовпадения, в канале уравнивания частот в качестветриггера на выходе использован Э Ктриггер, а канал снабжен дополнительным 3 К-триггером, в канале, Формируюцем команду на включение выключателя в качестве триггера на выходеиспользован ОЧ-триггер, тактируемыйфронтом, а канал снабжен двухступенчатым одновибратором и регистром споследовательно-параллельной записью,причем входы схемы антисовпадения иЭ К, входы упомянутых Д К-триггеровподключены к выходам Формирователейимпульсов, выход схемы антисовпадения подключен к тактирующим входамЭ К-триггеров, ОЧ-триггера и регистраи к входу одновибратора, при этом выход второй ступени одновибратораподключен к информационному входурегистра, а выход первой ступеник информационному входу ОЧ-триггера,разрешающий вход которого соединенс выходом последнего разряда регистра.Кроме того упомянутый регистр выполнен в виде последовательно соединенных О-триггеров, тактируемыхфронтом, тактирующие входы которыхобъединены, а установочные входытриггеров последующих разрядов подключены к выходу триггера предыдущего. разряда,На Фиг. 1 представлена Функциональная схема устройства; на Фиг. 2диаграмма переходов регистра; нафиг. 3 - вариант выполнения указанного регистра; на Фиг. 4 - диаграммы сигналов в различных точках схемы, обеспечивающей уравнивание частот при синхронизации; на фиг. 5диаграммы сигналов в различных точках схемы, определяющей моментвключения контактора параллельнойработы; на фиг. б - диаграмма сигналов, поясняющая принцип работы синхронизатора.Напряжения генератора и сети содноименных Фаэ поступают на входыформирователей 1 и 2 импульсов соответственно (фиг.1). Выходы укаэанных формирователей подключены квходам схемы 3 антисовпадения и входам 3 и К триггеров 4 и 5.Тактирующие входы Э К-триггеров 4и 5 подключены к выходу схемы 3,куда также подключены тактирующиевходы регистра б и ОЧ-триггера 7, атакже вход двухступенчатого одновибратора 8, который показан в видепоследовательно соединенных одновибраторов 9 и 10.Выход одновибратора 10 подключенк информационному входу регистра б,а выход одновибратора 9 - к информационному входу ОЧ-триггера 7, причем его разрешающий вход Ч соединенс выходом последнего разряда регист,ра б.Выход триггера 7 - выход устройства, управлякюаий включением контактора параллельной работы, Выходы15 триггера 5 - выходы устройства,обеспечивающего сведение частот присинхронизации.Схема 3 антисовпадения выполняетфункцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,Щ Триггеры 4 и 5 - 3 К-триггеры,тактируемые фронтом. Сигналы на выходах таких триггеров записываютсяперепадом 1-0 на входе Ср, яричемесли выполнялось условие 3 Ср = 1,то на выходе запишется "1", есливыполнялось условие К- С = 1 - наРвыход э апишется "0" .Триггер 7 - ОН-триггер, тактируемый Фронтом. Сигнал на выходе такоготриггера повторяет сигнал на егоинформационном входе О в моментизменения сигнала с "1" на "0" наего тактирующем входе Ср, если имеется сигнал на его разрешающем входеЧ. При Ч = 0 триггер сохраняет своесостояние неизменным.Регистр б должен обеспечиватьпоследовательную запись "1" и параллельную запись "0".На Фиг. 2 состояния регистра по 49 казаны кружками. Около каждого состояния записаны состояния выходов наразличных разрядах регистра (младшие разряды записаны слева) . Переход из одного состояния в другое по 4 казан дугами со стрелками, соединяющими кружки, Над каждой стрелкойзаписано значение входов, при которыхпроисходит переход иэ одного состояния в друГое. Регистр содержитдва входа информационный 0 и такти рующий Ср, поэтому над дугами записываются значения этих входов:.Ъ дСр означает, что переход происходит при изменении сигнала на Сс 1 на О, когда на входе О сигнал.равен 1,ВО 1 означает, что переход происходит йри изменении сигнала на С с1 на О, когда на входе 0 сигнал равен О.щ При появлении на входе Ср регистра перепада 1-0 происходит запись"1" в следующий разряд регистра, если в этот момент времени сигнал на0 = 1. В противном случае при нали 65 чии сигнала О на входе О регистрапроисходит его обнуление, т.е. сигналы со всех выходов снимаются. Сигнал на последнем разряде й регистрапоявится только в том случае, еслисигнал на входе Ср изменится с 1 на0 не менее й раз в моменты времени,когда на входе О сигнал равен 1.й-разрядный регистр (фиг.5) содержит й триггеров 11, тактируемыхфронтом, т.е. перепадом 1-0 на входеСр, включенных последовательно. Всетактирующие входы О-триггеров объединены, а установочные входы каждого.триггера последующего разряда соединены с выходом триггера предыдущегоразряда.Если н момент изменения 1-0. на Ср 15на входе О первого триггера сигналотсутствует, т.е. равен О, то этотсигнал устанавливает следующий триггер в состояние "0" на прямом выходеВ свою очередь этот триггер устанавливает последующий триггер в состояние "0" на прямом выходе и т.д.Если в момент изменения 1-0 наСр на входе О первого триггера сигнал ранен 1, 1 записывается на выход 2первого триггера и разрешает работувторого. Следующая единица записывается но второй разряд при перепаде 1-0 и т.д.Если в какой-то момент временипри перепаде 1-0 на входе Ср на входе О сигнал становится ранен О,происходит последовательное обнуление всех разрядов регистра.Работа устройства в режиме уравнивания частот. На фиг. 4 показаныдиаграммы сигналов в различных точках схемы при частоте генератора ниже (О) и выше (б) частоты сети;Иэ фиг. 4 видно, что сигнал навыходе триггера 4 измечяет свое 40значение на каждый импульс, приходищий от схемы 3. При этом, если наего входе Э сигнал равен 1, на прямомвыходе устанавливается "1". В протинном случае на выходе устанавлинается "0". Сигнал на выходе триггера 5 может измениться только привтором импульсе, так как по первомуимпульсу ему мешает измениться отсутствие сигнала на ныходе триггера 4. уНо два импульса подряд, которые неизменят состояние триггера 4, могутпоявиться только в том случае, когда за время полупериода напряжения,генератора уложится полпериода напряжения сети (или наоборот) Этотслучай отвечает пониженной или повышенной частоте генератора.Следовательно, изменение состояния триггера 5 происходит в моментывремени, когда осуществится указан- ф 0ное событие, т.е, один раз за периодскольжения. В остальные моментывремени триггер 5 сохраняет сноесостояние, так как к моменту изменения 1-0 сигнала на его входе Ср на д обоих входах триггера 3 и К сигналыравны 0 (сигналы с выходов триггера4 и блоков 1 и 2 соединены на входахтриггера 5.Работа устройства при.синхронизации.Сигнал на выходе схемы 3 антисовпадения имеет вид импульсов, длительность которых ас сначала увеличивается (до углов сдвига фаз меньше180 ), а затем уменьшается, станонясьравной нулю при совпадении фаэ напряжений 1 генератора и сети (фиг.5).Передние фронты этих импульсов запускают одновибратор 8, которыйформирует временные ворота. Ширинаворот определяется длительностью импульсов с 2 на выходе одновибратора10, а интервал времени от переднегофронта импульсов схемы 3 до началавременных ворот определяется длительностью с однонибратора 9. Регистрб производит опенку взаимного положения заднего фронта импульса свыхода схемы 3 и временных ворот,а также производит подсчет числаэтих импульсов, т.е, регистр 6 выполняет функцию схемы сравнения длительностей импульсов,При малой разности фаз между напряжениями генератора и сети длительность импульсов ьс меньше длительности импульсов одновибратора 9,т.е. Асс поэтому задний фронтимпульсов со схемы 3 приходит в мому.нт времени, когда на выходе однонибратора 10 сигнал отсутствует,но имеется сигнал на выходе одцониб.ратора 9. Это приводит к тому, чтосигнал на выходе регистра б отсутствует. Поэтому отсутствует сигнал навыходе триггера 7. Такое положениеимеет место до тех пор, пока уголмежду векторами напряжений меньшеугла опережения соо . определяемоговременемПри больших углах между вектораминапряжений задний фронт импульсовсхемы 3 приходит в моменты времени,когда сигнал на ныходе одновибратора10 имеется. Начинается счет импульсов регистром б. Такое положениеимеет место до тех пор, пока уголмежду векторами больше угла опережения Ч 0 п,но меньше некоторого угла Чм, определяемого временем+ сПри угле, большем Чц, , заднийфронт импульсов со схемы 3 приходит в моменты времени, когда сигнална выходе одновибратора 10 равен нулю, поэтому сигнал на выходе регистра б также равен нулю.При дальнейшем увеличении угламежду векторами напряженийМЙУ"Мемзадний фронт импульсов схемы 3 вновьначинает попадать во временные ворота, формируемые одновибратором 8,В соответствии с этим регистр б на"чиркает счет импульсов, Счет прекратится, когда угол между вектораминапряжений станет больше 2 Л - Юр,Если за время счета регистр б неуспеет переполниться, в момент времени, когда кк = 2 Л- Чо, триггер 7остается в исходном состоянии, таккак к моменту снятия импульса на выходе блока 3 сигнала на выходе регистра б нет. Этот случай соответствует частоте скольжения большей допустимой, 10Если за время счета регистр бпереполнится, в момент времени, когда к = 2 Л- Чпп, задний фронт импульса со схемы 3 совпадает с наличием сигналов на выходах одновибрато.ра 9 и регистра б. В результате этого"1" запишется на выход триггера 7,а регистр 6 обнулится, произойдетвключение контактора параллельнойработы. 20На фиг. б показана з ависимость дли"тельности импульсов на выходе схемы3 от времени при частоте скольжения,больше допустимой, и частоте скольжения, меньше допустимой.До момента времени й изменениесигнала 1-0 на выходе схемы 3 происходит в моменты, времени, когда навыходе одновибратора 10 сигнал равен О. Поэтому сигнал на выходерегистра б отсутствует. 30От момента времени с до с регистр б начинает счет, однако в момеит времени ссрабатывания триггера 7 произойти не может, так как вмоменты времени изменения сигнала ЗЗ1-0 на схеме 3 сигнал на информационном входе триггера равен 0 (сигнална выходе одновибратора 9 равен О).От моментадо с происходитоброс регистра б, так как на этом 40интервале фронт импульсов схемы 3не совпадает с временными воротами.От моментадо 14 вновь начинается счет импульсов регистром б.Так как частота скольжения большедопустимой, за интервал времений-с регистр переполниться не успевает и в момент времени 4 происходит его обнуление.Если частота скольжения меньшедопустимой, в момент времени с 6 происходит переполнение регистра б ипотому в момент времени с происходит срабатывание синхронизатора,т.е. появляется "1" на выходе триггера 7. 55Для определения параметров одновибраторов 9 и 10, а также параметров регистра б рассмотрим работусхемы более подробно. Обозначимнапряжение, частота которого ниже, цчерезО = О 51 пМ (1)а напряжение, частота которого выше,разность частот, равная частотескольжения, опрецеляется по ь 1 п 1 и= О, 5 ПЯ 1 щ О 1 о 7с1 кУсК 5 т,е,Отсюда длительность импульсов на выходе схемы 3 равнад=кк( в- -"-1 к)тОпределим значение фаз одного напряжения в момент нуля другого. Из уравнений (1), (2) и (4) получаемЧ= КЛ -:0+ )+ Ъ (ь)Чк-"у 9 Отсюда угол сдвига фаз между векторами напряжений равену=кк( --- ). 1) Если угол опережения задан в электрических градусах опЛОП- ОП 480Из уравнений (7) и (8) находим значение 1 к, при котором происходит включение контактора 3 ( - " -- ,)(ш+Я) где 1 Г - ближайшее целое болвшоеочисло.Счет импульсов регистром 6 начинается за й импульсов до этого момента времени, т.е. при(10) 4 ам 1 кВКЛ+ Г 4,Следовательно, разность фаз напряжений в момент начала счета определяется из уравнений (10) и (7)ИЪМ к ЭКЛ(02 )(май Длительность импульсов на выходе схемы 3 в момент начала счета найдена из уравнений (5) и (10)ь+,.(кк,+к)х(" ."), ( ю 2) а в момент включения контакторак 1 -ккк,( -- " -;Я. ( )Отсюда определяется длительность импульсов одновибратора 10 Да= ю: Я- ю. 1 Ъ)5Моменты времени к (фиг.5) определяются корнями уравнений866647 фиг. Длительность импульсов первого одновибратора 9 определяется из уравнений (5), (7) и (10) Число импульсов, переполняющих. регистр 6, выбирается исходя из требуемой точности частоты скольжения при включении. Погрешность частоты включения равна единице младшего разряда регистра, т.е.(16)ЬКЬ МАОпПредлагаемое устройство компактно и надежно. Точность отработки угла опережения может быть получена не хуже 2, а частоты скольжения при включении - 5. формула изобретения Устройство для автоматической синхронизации генераторов переменного тока, содержащее входной блок, в состав которого входят формирователи прямоугольных импульсов, каналуравнения частот с триггером иа выходе и канал, формирующий команду на включение выключателя генератора с триггером на выходе, о т л и ч а ющ е е,с я тем, что, с аелью упрощения, устройства, повышения его надежности и точности, входной блок снабжен схемой антисовкадения, и канале уравнивания частот в качестве триггера на выходе использован 3 К- триггер, а канал снабжен дополнительным Э К-триггером, в канале формирую-. щем команду на включение выключателяв качестве триггера на выходе использован ОЧ-триггер, тактируемый фронтом, а канал снабжен двухступенчатымодновибратором и регистром с последо 5вательно-параллельной записью причем входы схемы антисовпадения и 3 К,входы упомянутых 3 К-триггеров подключены к выходам Формирователейимпульсов, выход схемы антисовпадения подключен к тактирующим входам3 К-триггеров, регистра и ОН-триггеран к входу одновибратора, при этомвыход второй ступени одновибратораподключен к информапионному входурегистра, а выход первой ступени15 к информационному входу ОЧ-триггера,разрешающий вход которого соединенс выходом последнего разряда регистра.2. Устройство по п.1, о т л и -20 ч а ю щ е е с н тем, что регистр выполнен в виде последовательно соединенных О-триггеров, тактируемых фронтом, тактирующие входы которых объединены, а установочные входы триггеров последующих разрядов подключены к выходу триггера предыдущегоразряда.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе.1Авторское свидетельство СССРР 441628, кл. Н 02 3 3/42, 1971.2. Гринштейн В.И., Ермолин Л.П.и Мильман М.В. Судовые бесконтактныерале и устройства защиты и управления. Л., ффСудостроение", 1971,35 с. 81-101.3. Авторское свидетельство СССР9438080, кл. Н 02 д 3/42, 1971.866847 В.Синицкая ктор нкулич филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Закаэ 8092/7 б ВНИИПИ Госуда по делам из 113035, Москва, ЖСоставитель К,фотинаТехред С,Иигунова Коррект Тираж б 78 Подписноественного комитета СССРбретений и открытий35, Раушская наб., д. 4/5