CN2218987Y - 一种发电机并列运行自动控制模块 - Google Patents

Abstract

一种发电机并列运行自动控制模块，属于发电机并列运行系统。它由瞬时电压差检测电路、电气隔离元件、启动电路、频率差控制电路、阈值比较、驱动电路、解列控制电路组成，能对发电机与系统的相序、电压、相位、频率进行综合检测，当其符合并列合闸条件时，给出并列信号。本模块内部电路的设计方法独特，线路简单，成本低廉，控制特性良好。它可广泛用于发电机半自动准同期并列控制装置中。

Description

一种发电机并列运行自动控制模块

本发明属于发电机并列运行系统。

发电机并列的方法有两种：一种是准同期法；另一种是自同期法。准同期法的优点在于并列时发电机和系统不受或仅受极轻微的冲击，目前已被较多地采用。由于该法多为手工操作，要求操作者技术熟练，小心谨慎，而且比较费时间，因此，也有采用自动装置或微机控制并列操作的，但其装置比较复杂，价格昂贵，如ZZQ-3型自动准同期装置，售价数千元，也只是一种半自动控制模块。

本发明的任务是提出一个电路更为简单，设计方法独特，而且与现有技术比较成本特别低廉、控制性能良好的发电机准同期并列运行自动控制模块，以它为核心制作的并列装置，线路简单，并可免去人工操作必备的同期指示装置。

本发明的构思如下：设发电机和系统电压的初相差为φ，有效值近以相等，为U，频率略有不同，分别为f₁、f₂，则发电机与系统的瞬时电压差Δu是一个(f₁＋f₂)/2频率的交流电，而其幅值以|f₁－f₂|/2拍频在

之间往复变化，用数学式可表示为： $\mathrm{\Δu}=\sqrt{2}U\sin 2\mathrm{\π}{f}_{1}t-\sqrt{2}U\sin (2\mathrm{\π}{f}_{2}t-\mathrm{\φ})$ $=2\sqrt{2}U\sin [2\mathrm{\π}\·\left(\frac{f_1-f_2}{2}\right)t+\frac{\mathrm{\φ}}{2}]\cos [2\mathrm{\π}\·\left(\frac{f_1+f_2}{2}\right)t-\frac{\mathrm{\φ}}{2}]$

因(f₁＋f₂)≥100|f₁－f₂|时才允许并列操作，故采用类似低通滤波器的线路，适当选择电路的时间常数，就可将两种频率的电压信号分离开来。我们需要的是在拍频正弦波的零值附近执行并列操作，因而，可通过简单的电子线路检测出拍频的零值，给出并列信号。

本发明是按照上述构思使用六种主要部件组合而成的、应用于发电机准同期并列装置中的自动控制模块，参看图1.一组(一个或多个)电气隔离元件[2]，它分别与一组对应的瞬时电压差检测电路[1]及启动电路[3]，频率差控制电路[4]相连接；一个阈值比较、驱动电路[5]，它分别与解列控制电路[6]及上述的频率差控制电路[4]相连接。其中：瞬时电压差检测电路[1]是将发电机与系统对应相的电压通过电阻送给电气隔离元件[2]；电气隔离元件[2]是光或磁耦合器，它们的输出端在电气上是并联的；频率差控制电路[4]中的电容C₂与上述的电气隔离元件[2]的输出端构成电气连接；阈值比较、驱动电路[5]的输入电路是双阈值比较电路，具有滞后特性，可以由施密特门电路或其它双阈值电路构成。

本发明的优点是电路简单、成本低廉、功耗小，能对并列条件进行综合检测，它可广泛用于发电机半自动准同期并列控制装置中。

附图的图面说明如下：

图1是模块内部电路的方框图

图2是模块内部电路的原理图

图3是模块的一种应用电路

图4是并列装置与系统的一种接线原理图

本发明的一个具体实施例是一种采用光耦合器作为电气隔离元件，并用NE555集成电路作为阈值比较、驱动电路，引出8个接线端子的模块，本模块所用的电子元件少、价格低廉、体积小、重量轻、控制性能良好，详细的电路结构说明如下：

参看图2，模块①、②端为一组电压信号的输入端；③、④端为另一组电压信号的输入端；⑤端为解列信号输入端，正脉冲有效；⑥、⑧端分别为模块工作电源的正负端，采用9-16V单电源供电；⑦端为并列信号输出端，低电平有效。

瞬时电压差检测电路[1]有两个：一个由电阻R₁、二极管VD₁、VD₂及光耦合器V₁成电气连接构成；另一个由电阻R₂、二极管VD₃、VD₄及光耦合器V₂成电气连接构成，R₁、R₂起限流作用，改变R₁、R₂的阻值，可改变允许并列合闸时的电压差和相位差，当增大R₁、R₂的阻值时，允许在较大的电压差或相位差下合闸并列，VD₁、VD₂是根据光耦合器中发光二极管的单向导电性设置的，并可起到降低R₁、R₂功耗的作用，VD₂、VD₄是保护光耦合器的。

两只光耦合器V₁、V₂的输出端并联后与二极管VD₅、VD₆成电气连接。

启动电路[3]是防止光耦合器或瞬时电压差检测电路中有关元件损坏而发生误合闸的一种保险电路，它由三极管V₃及电阻R₃、R₄、R₅、电容C₁、二极管VD₅成电气连接构成，工作原理是：当光耦合器V₁或V₂的输出电阻降至一定数值时，三极管V₃导通，集电极电流向C₁充电，为频率差控制电路[4]中的电容C₂提供充电电源，在模块加上工作电压后，若①-④端无电压信号输入，三极管V₃就不会导通，电容C₁上就不会有电压。

频率差控制电路[4]由电阻R₆、电容C₂、二极管VD₆组成，它们与启动电路[3]、解列控制电路[6]、集成电路N₁成电气连接。改变R₆和C₂的充放电时间常数就可改变允许并列操作时发电机与系统之间的频率差，R₆、C₂的数值增大时，允许并列时的频率差变小。因此，R₆可用一只固定电阻和一只可变电阻串联构成。

阈值比较、驱动电路[5]采用NE555时基集成电路，C₃为抗干扰电容。当N₁的2、6脚输入高电平时，输出端3脚(即模块⑦端)为低电平，此低电平即为并列信号，由它控制模块外部的执行元件进行并列操作；当N₁的2、6脚输入低电平时，输出端3脚为高电平，此为解列操作信号，并列装置执行解列操作。

发电机与系统并列后，模块的①、②端及③、④端的两组电压均为0，光耦合器V₁、V₂的输出端呈开路态，此时，N₁的第7脚为低电平，使启动电路[3]中的三极管V₃保持导通。

解列控制电路[6]在本模块中起可控硅的作用，并有比可控硅更为优越的使用特性。它由电阻R₇—R₁₁、三极管V₄、V₅、二极管VD₇抗干扰电容C₄成电气连接构成。工作原理是：外电路提供的解列信号为一正脉冲，送入模块⑤端后，三极管V₄饱和导通，继而导致三极管V₅饱和导通，V₅集电极电流又为V₄基极提供正向电流，此后，即使解列信号消失，三极管V₄、V₅之间存在的正反馈作用仍然使V₄饱和导通，电路进入自锁状态，V₄集电极为低电位，二极管VD₇导通，电容C₂快速放电至低电平，集成电路N₁的3脚输出高电平，并列运行的发电机被解列。输入模块⑤端的解列信号可以是逆功信号、失步信号或其它控制信号。

发电机解列后，如需要重新并列，可采取两种方法：

1、将模块的工作电源断开5秒钟后再加上电源，重新进行并列操作。

2、在模块⑤端输入一负极性脉冲，模块重新执行并列操作。

本模块内部设置了两个瞬时电压差检测电路，当它们分别接在发电机与系统的两根相线上时，因光耦合器输出端是并联的，在发电机与系统的相序不同时，两个电路输入的拍频电压零点不同步，电容C₂上的电压始终达不到高电平，模块不会给出并列信号。

本模块内部电路各元件使用下列参数时，①-④端可直接接入三相380V供电系统。R₁、R₂均为150kΩ(1W)，R₃为39kΩ，R₄为100kΩ，R₅为330kΩ，R₆为100kΩ固定电阻与200kΩ可变电阻串联，R₇—R₁₀为10kΩ，R₁₁为20kΩ；C₁为10uF/16V，C₂、C₄为0.47uF/16V，C₃为0.01uF；VD₁、VD₃为1N4007，VD₂、VD₄均为N4148；V₁、V₂均为4N25，V₃、V₅均为2N5401，V₄为2N5551；N₁为NE555。

本发明的一个具体应用例是一种发电机准同期并列自动控制装置，图3是该装置的电原理图，现说明如下：

S为电源开关，当其闭合后，变压器T输出的交流电压经VC全波整流，C₁滤波，为模块提供工作电压；发光二极管V₁作电源指示用，发光二极管V₂作并列运行工作状态指示用，KA为中间继电器。当发电机与系统的频率差、电压差、相位差及相序均符合并列运行条件时，模块⑦端输出低电平，中间继电器KA动作，发光管V₂点亮。

图4是上述并列装置与系统的一种接线原理图，其中KM为并列操作的执行元件，其主触点的容量根据发电机的电压、电流选定，H为并列状态指示灯；G₁、G₂接逆功继电器的动合触点或其它控制解列的动合触点，也可以将多组动合触点并联后接入，目的是为模块提供解列信号

并列装置的使用方法是：

1、将并列装置的八个引出端子用导线按图4接入系统；

2、调节原动机转速，使发电机频率与系统频率相近；

3、调节发电机励磁，使发电机电压与系统电压相近；

4、合上开关S，由并列装置自动选择并列的时机。

如果并列装置较长时间不给出并列信号，一般是由于发电机与系统的频率差值或电压差值超出了规定的范围，此时应细调发电机的频率和电压，当其符合要求时，装置会自动给出并列信号；也有可能是发电机与系统的相序不符，此时应重新接线后再操作。

并列装置除上述的使用方法外，还可以先合上电源开关S，再缓慢调节发电机的频率和电压，调节过程中，并列装置一旦给出并列信号，就应立即停止调节。

不管采用什么方法，并列装置均能确保合闸时发电机满足并列运行的条件，发电机并列后，便可对其作进一步的调节，使其输出一定的有功功率和无功功率。

Claims (5)

1、一种发电机并列运行自动控制模块，属于发电机并列系统，应用于发电机半自动准同期并列装置，其特征在于，它是由下列部件组合构成：

[A]、一组(一个或多个)电气隔离元件[2]，它分别与一组对应的瞬时电压差检测电路[1]及启动电路[3]，频率差控制电路[4]相连接；

[B]、一个阈值比较、驱动电路[5]，它分别与解列控制电路[6]及上述的频率差控制电路[4]相连接。

2、据权利要求1所述的模块，其特征在于所述的一组电气隔离元件[2]，是光或磁耦合器，它们的输出端在电气上是并联的。

3、据权利要求1所述的模块，其特征在于所述的瞬时电压差检测电路[1]，是将发电机与系统对应相的电压通过电阻送给电气隔离元件[2]。

4、据权利要求1所述的模块，其特征在于所述的频率差控制电路[4]中的电容C₂与上述的电气隔离元件[2]的输出端构成电气连接。

5、据权利要求1所述的模块，其特征在于所述的阈值比较、驱动电路[5]的输入电路是双阈值比较电路。

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