SU1023525A1 - Импульсный синхронизатор - Google Patents

Abstract

1. ИМПУЛЬСНЫЙ СИНХРОНИЗАТОР, содержащий входные формирователи напр жений сети и генератора, элемент ИЛИ и выходную цепь включени  синхронного генератора на параллель .ную работу с сетью, о т л и ч а ю- щ и и с   тем,что, с целью повышени  точности включени  генератора, улучшени  качества переходного процесса , получени  зависимости интенсивности воздействи  на частоту генератора в зависимости от разности частот, в него введенй блок формировани  знака разности частот и временного интервала измерени , блок задани  скольжени  и угла включени  выключател  генератора, блок формировани  команд управлени  и элемент И, при этом входные формирсшатели напр жений сети и генератсгра подключены каждый к своему входу блока формировани  знака разности частот и временного интервала измерени , выход Знак разностикоторого соединен с перВБМ входом э лемента И и с первьм инвертирующим входом элемента ИЛИ, а второй выход - с первьм ; входом блока задани  сколв сени  и уг ,па включени  выключател  генератора, Второй вход которого подключен к выходу формировател  напр жени  сети и к второму входу блока формировани  команд управлени , первый и четвертый , входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока задани  скольжени .и угла : включени  выключател  генератора, а третий - с выходом формировател  напр жени  генератора, при этом третий вход блока задани  скольжени  и угла включени  выключател  генератора подклЕСУчён к первому выходу ;блока формировани  команд управлени  и к второму входу элетлента ИЛИ, а четвертый вход блока задани  скольжени  и угла вкл(очени  выключател  re нератора соединен с третьим вьаиз ом блока формировани  команд управлени  и вторым входе механизма управлени  оборотами генератора, своим первым входом подключенного к выходу элемента или, при этом второй выход блока фосмировани  ксманд управлени  соединен с вторым входе элемента И, подключенного выходе к ли- Я 2. Синхронизатор по п.1, отличаю щ и и с   тем, что блок формировани  знака разности частот и временного интервала измерени  ;включает в себ  узел равнозначности, выход которого соединен с выходом Знака разности блока а.два входа подключены один - к вьрсоду Т -триггера, а второй - к выходу R.S-триггера, вход S которого соединен с выходом первого элемента И-НЕ, один вход которого подключен через последовательно соединенные элемент НЕ и первую к выходу формировател  напр жени  сети , а второй через вторую диффереи- циальную RC-цепь к выходу формировател  напр жени  генератора, при этом вход R ИЗг-триггера соединен с выходом второго элемента И-НЕ, первым входом подключенного к выходу .

Description

второй дифференцирующей RC-цвпи, а вторым через первую дифференцирующую ЯС-цепь к выходу формировател  напр жени  .сети, при этом вход Т) 3)-триггера соединен с входом второй дифференцирующей RC-цепи, а вход С - с входами элемен а НЕ и третьей дифференцируищей RC-цепи, а выход RS-триггера соединен с выходом Интервал измерени  блока.

Изобретение относитс  к электроэнергетике , в частности к устройствам автоматического включени  синхронных генераторов на параллельную работу с сетью. Известно импульсные синхронизаторы , фору1ирукхцие команду на включение генератора на параллельную ра боту с сетью при достижении допустимой величины скольжени  и допусти мой разности фаз между напр жени ми сети и генератора .. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  син хронизатор, содержащий входные формирователй напр жений сети и генератора , элемент И, блоки контрол  частоты сети и генератора/ включаемого на параллельную работу, элемент ИЛИ и выходную цепь включени  генератора. При достижении допустим разности частот напр жений сетии генератора с выхода блока контрол  частоты сети или блока контрол  частоты генератора снимаетс  сигнал проход щий через элемент ИЛИ на выходную цепь включени  генератора t2 Недостаток этого устройства состоит в том, что команда на включение генератора на параллельную работу может быть сформирована и в т случае, когда частота генератора ни же частоты сети, хот  разность час тот сети и генератора лежит в допустимых пределах. Кроме того, указанный импульсный синхронизатор тол ко формирует команду на включение генератора при достижении допустимой разности фаз и частот, но не воздействует на исполнительныймеханизм , измен ющий частоту вращени  генератора. ЦелЁю изобретени   вл етс  повьви ние точности вклнзчени  генератора, улучшение качества переходного процесса , возникающего при включении синхронного генератора на параллель ную работу с сетью, получени  необходимой зависимости интенсивности воздействи  на частоту генератора в зависимости от разности частот. Поставленна  цель достигаетс  те что в импульсный синхронизатор, содержал1Ий входные формирователи напр жений сети и генератора, элемент ИЛ выходную цепь включени  синхронного генератора на параллельную работу с . сетью, введены блок формировани  знака разности частот и временного интервала измерени , блок задани  скольжени  и угла включени  выключател  генератора, блок формировани  команд управлени  и элемент И, при этом входные формирователи напр жений сети и генератора подключены каждый к своему входу блока формировани  знака разности частот и временного интервала измерени , выход Знак разности которого соединен с первым входом элемента И и с первым инвертирунц1 1 входом элемента ИЛИ, а второй выход - с первьм входом блока задани  скольжени  и угла включени  выключател  генератора, второй вход которого подключен к выходу формировател  напр жени  сети и к второму входу блока формировани  команд управлени , первый и четвертый входы которого соединены соответственно с первым и вторьм выходами блока задани  скольжени  и угла включени  выключател  генератора , а третий - с выходом формировател  напр жени  генератора, при эгсм третий вход блока задани  скольжени  и угла вкхночеии  выключател  ,. генератора подключен к первому выходу блока формировани  команд управлени  и к второму входу элемента ИЛИ, а четвертый вход блока задани  скольжени  и угла включени  вьключател  генератора соединен с третьим выход .блока формировани  команд управлени  И ntoptiM входом механизма управлени  оборотами генератора, своим первым входом подключенного к выходу элемента ИЛИ, при дтсж второй выход блока формирован команд управлени  соединен с вторьм входом элемента И, подключенного выходом к линии включени  генератора. Поставленна  цель достигаетс  также тем, что блок формировани  знака разности частот и временного интервала измерени  включает в себ  узел равнозначности, выход которого соединен с выходом разности блока, а два входа подключены один к ВЕКоду D-триггера, а другой - к выходу RS-триггера, вход S которого

соединен с выходом первого элемента И-НБ, один .вход которого подключен через последовательно соединенные элемент НЕ и первую дифференцирующую RC -цепь к выходу формировател  напр жени  сети, а второй через вторую дифференцирующую RC -цепь к выходу формировател  напр жени  генератора , при этом вход R RS-триггера соединен с выходом второго элемента И-НЕ, первым входом подключенного к выходу второй дифференцируквдей RCцепи , а вторым - через первую дифференцирующую КС-цепь к выходу фор-г мировател  напр жени  сети, при этсм вход D D-триггера еоодинен с входсм второй дифференцируюадей КС-цепи, а вход С - с входами элойёнта НЕ и тр1зтьёй диффедренцирующей RC-цепи, а выход RS-триггера соединен с выходом Интервал измерени  блока.

На фиг.I представлена блОк-схема импульсного синхройиэатора; на Фиг.2 (0,5) , 3 (в,8,в), 4 («1,8)аременные диаграммы, по сн ющие прицип работы блоков фогмировани  знака разности частот и временного интервала измерени , задани  скольжен и угла включ&ни  выключател  генератора , формировани  команд управлени .

Импульсный синхронизатор включает в себ  (фиг.и входные формирователи Н1айр жени  сети 1 и генёра тора 2, блок 3 Формировани  знака разности частот и временного интервала иэмереки ,эпемвйт И 4, элемент ИЛИ 5, блок 6 задани  скольженк  и угла включени  г енератора, блок 7 формировайн  команд управлени , механизм 8 управлени  частотой .генератора и линию 9 .включени  гевератора . Блок формировани  знака разности частот и временного интервала измерени  состоит из элемента НЕ 10, дифференцирующих RC-цепей 11 12 и 13, элементов И-НЕ 14 и 15, ftS-триггера 16, D-триггера 17 и узла равнозначности 18. Блок задани  скольжени  и угла включени  генератора состоит из генераторов 19 и 20 линейно измен ющегос  напр жени , ксиипаратора 21, фильтров 22 и 23, сумматора 24, сравнива 0111его устройства 25, задатчика 26 длительности шшульса. Блок фо{Я4Ировани  команд управлени  состоит из элементов НЕ 27 и 28, схемы И 29, элемента и 30, расширителей 31 и 32, ждущих к ультйвибраторов 33 и 34 и элемента И 35,

Условием включени  генератора на параллельную рабОту с сетью  вл е р  наличие сигнала на выходе Знак разности блока 3, что соответствует случаю, когда наличие сигнала на втором, разрешающем включение генератора, выходе блока 7, что соответствует случаю, когда отклонение величины скольжени  от заданной лежит в пределах допуска и сдвиг по фазе между напр жени ми сети и генератора, соответствующий моменту включени  выключател  генератора соответствует фактической величине скольжени .

При отклонении скольжени  от заданной величинБ1 или от заданного угла включени  выключател  генератора 6,блоком формировани  команд управлени  7 фо1 1Ируётс  запрет на вкл чение генератора на цараллельную работу с сетью и в завис1 ости от зйака рассогласовани  по величине скольжени  блоком 7 формируетс  команда управлени  на исполнительный механизм, управл ющий частотой генератора , причем длительность команды зависит от величины рассотласовани  по скольжению.

Принцип работы блока формировани  знака разности частот и временного интервала измерени  3 по сн етс  фиг.2.

Пр моугольные импульсы напр жений с частотой сети и генератора U и Uj поступают на входы блока 3. На фиг.2а даны временные диаграммы дл  случа , когда f,.fj.. В момеиты времени tp и tq; сдвиг по фазе между напр жени ми и и Од равеи О, в момент времени t, и t j - сдвиг по. фазе межд напр жени ми U и U равен 180. В момент совпадени  фаз И1 шульсы лоложительиой пол риости U и Цд, сиимаемые с выходов дифф1ареицирую аих ЯС-цепей 11 и 12 совпадают по времени и на въвсоде элементов И-Ш 15 фоЕадируетс  потенциал логического нул . в мокюнты времени t и t. , когда сдвиг фаз между иапр жени ми 0 и О равен 180,Потенциал логического нул  фОрмир уетс  иа выходе элемента И-НЕ 14, так как в зтсм .случае совпадают во времени положите ль ш: импульсы U| и с выходом диффереи цирующих RC-цепочек 12 и 13. Элетлеит НЕ 10 необходим дл  формировани  импульса , передний фроит которого по времени совпадает с эадиим фрон-i том импульса Ov|.

RS-триггер 16 по входам R и S уп равл етс  потенциалами, соответствуюсцими логическому О . При подаче , потенциала логического О на устаиовочный вход S иапр жение U на выходе триггера 16 соответствует напр жёиию логической . Если же потенциал логического О подан иа вход возвратаR, то иапр жение U соответствует логическому О.

как видио из фиг.2Q триггер 16 занимает строго определенные положеии . Когда сдвиг по фазе между, напр жени ми и и и.} мен етс  от О до 180, иапр жеиие и., соответствует

- - то

логическому О , а при изменении фазы от 180 до О - логической

На фиг.2ИГ даны временные диаграммы , соотватствукнцие случаю, когда f... Очевидно, что независимо от знака разности частот напр жение U-( .на выходе триггера 16 сохран ет значение логической i при изменений фазы между 0 и U, от 180 до О и значение логического О - при изменении фазы от О до 180.

Состо ние тактируемого фронтом D -триггера 17 зависит от того, как сдвинуты во времени передние фронты импульсов и и и .

На фиг. 2о (случай f,:) от момента времени t|}Дo t передний фронт импульса и, подаваемого на вход С, не попадает в паузы между импульсами- и на входе D, и напр жение Ufj на инвертирующем выходе триггера 17 дл  этого случа  соответствует логической 1. В интервале времени от tj до t передний фронт Ц, попадает в импульс и и дл  этого интервала напр жение U на инвертируккцем выходе триггера 17 соответствует логическому О .

Как видно из фиг. 2а при напр жени  и на выходе триггеров 16 и 17 не принимают одинаковых значений дл  любого интервала времени , поэтому напр жение на выходе узла равнозначности 18 равно 0.

Узел 18 равнозначности формирует на своем выходе напр жение логической только в том случае, когда на его входах есть одновременно или напр жени  логического С или логической 1.

При f|- fg (фиг.ЗсГ) D-триггер в интервалах времени от t до tj и от t до t мен ет свое состо ние по сравнению со случаем (., и напр жени  и, и и , подаваемые на входы узла равнозначности, одновременно принимают значени  илилогическоили логической

. Таким

го

образом, напр жение на выходе узла равнозначности 18 равно,нулю при и, логической при ., что в конечном итоге и определ ет знак разности частот В течение длительности импульса ILпроизводитсй измерение текущей разности частот и осуществл етс  регулирование частоты генератора до заданного значени . Принцип задани  величины скольжени  блоком 6 по сн етс  на фиг.За.

Импульсы напр жени  U;j, поступающие на второй вход блока 6, запускают бвРИМ передним фронтсмл генератор лииейно измен ющегос  напр жени  20, который в каждой половины периода частоты f формирует напр жение . По переднему фрон

ту импульса U,/ поступающему на первый вход блока 6, запускаетс  генератор линейно измен ющегос  напр жени  19, формирующий напр жение и .

Напр жени  и 13. подаютс  на входы компаратора 21, измен ющего свое состо ние в момент времени, когда напр жение U становитс  равньвл напр жению U. В результате на выходе компаратора 21 по вл ютс  импульсы напр жени  U, длительность которых убывает с темпом, определ емьм скоростью изменени  (наклоном) напр жений Ц} и

Наклон напр жений U и U прин  1осто нн ду1, но амплитуда зависит ют частоты сети. Чем больше период напр жени  сети, тем большей амплитуды напр жение U-p. Интегратор 20 выдает на выходе напр жение треугольной при посто нном на,клоне (крутизне). Крутизна напр жений t|jg и и выбираетс  следующим образе : принимаетс  f 50t5 Га, в момент времени t, когда (фиг.За), должно выполн тьс  условие U2omox период биений, остаетс  неизменным.

Скорость изменени  длительности импульса Uj определ ет скорость, С которой передний фронт импульса Uj генератора должен приближатьс  к переднему фронту импульса IJj напр жени  сети/ начина  со сдвига по фазе в 180 и до 0. В случае, если передний фронт импульса напр жени  генератора и опережает в. своем движении задний фронт импульса 0 (фиг.З что означает превышение заданной величины скольжени , на выходе элемента И 30 блока формировани  команд управлени  7 формируетс  импуль длительность которого определ етс  сдвигом во времени между пере1 ним фронтом «тульса U,j и задним фро; том импульса Ujjf . Времен пае диаграммы на фиг.3 даны s произвольном масштабе .

Измерение и подгонка частоты синхронизируемого генератора начинаетс  при сдвиге фаз между напр жеии .  ми сети Uj и генератора UU , равиом Д80°.

Поэтому на первый вход элемента И 30 подаетс  импульс напр жени  сети 0. Интенсивность управл ющего воздействи  иа изменение оборотов синхронизируемого генератора со.стороны механизма 8 в даииом случае пропорциональна длительности импульса с выхода элемента И 30.

Дл  получени  необходимой интенси ности управл ющего воздействи  на изменение оборотов импульс расшир етс  расширителем 32 в К раз до длительности импульса Uj, и по ,даетс  на второй вход механизма изменени  оборотов генератора 8. . Случай, рассмотренный на фиг. .соответствует формированию ксвланды на еньшение оборотов генератора. Бели передний фронт импульса на-v пр жени  генератора Vq отстает от заднего фронта, импульса , то в этом случае импульс, длительность которого пропорциональна отклонению от заданной величины скольжени , формируетс  на выходе расширител  3 и подаетс  на первый вход механизма изменени  оборотов генератора 8. В зтом случае обороты генератора увеличены. Дл  получени  импульса на выходе схемы И 29, длительность котот рого определ етс  сдвигсж во времени между перед1ним фронтом импульса генератора и„ и заданным фронтом им путпьса и (фиг.Зв) / импульсы 0 и Uj-i необходимо подать на входы И 29 соответственно через с мы НЕ 28 И 27. Расширители 31 и 32, в частности,могут.включать в себ  два генератора линейно измен ющихс  напр жений и ксн4паратор. По переднему фронту импульса U.JJ (или U/j) (фиг. 3S   S ) запускаетс  первый ге нератор линейно измен ющегос  напр  жени , который формирует напр жение (или ). По окончании импульса Uj ( напр жение tJjjj (uVi) запоминаетс . Задним Фронтом импульса Ujo (Ui9 запускаетс  второй генератор линейно измен  мхаегос  напр жени , формирующий на выходе напр жение U{) .- В равенства напр жений и Ujg кс лпар |Toi расширител  мен ет свое состо н /Таким образом, передний фронт импульса U (иj) расширител  соотве ствует началу разворота напр жени  Щ4 а задний - моменту равенства на пр жений Uje. По заднему фрон ту импульса и, (из ) оба генератора линейно измен ющихс  напр жений рас возвращаютс  в исходные сос то ни . . Мен   скорость изменени  (наклон) напр жений Dj, (U) , можно регулировать коэффициент расширени  К, а значит и интенсивность управл ющего воздействи  на Измеиение оборотов синхронизируемого генератора. Ксманда на увеличение оборотов ге нератора иа первый вход механизма изменени  оборотов 8 снимаетс  с выхода ИЛИ 5 в том случае, ког да в случае,; когда фактическа  величина скольжени  ниже заданной ,, что соответствует наличию импульса на первом выходе блока формировани  ксжанд зшравлени  7 Соответствие допустимому отклонению фактической величины скольжени  определ етс  с помощью ждущих мультивибраторов 33 и 34. Первый из. них запускаетс  задним фроите л импульса с первого выхода блока 6, а второй - передним фронте импульса и, напр жени  генератора (фиг.4Л).. Максимальна  ширина пол  допурка равна сумле длительностей импульсов и. и ОЗА/ снимаемых с выхода мультивибраторов 33 и 34. На втором вырсоде блока формировани  ксмаид 7 формируетс  команда на включение выключател  генератора Только в том случае, если передний фронт импульса напр жени  с выхода ждущегр мультивибратора 34, который соответствует переднему фронту импульса напр жени  генератора tl, приходит на второй вход схемы И 35 в тон момент времени, когда на первом входе элемента И 35 присутствует импульс с выхода ждущего мультивибратора 33, а на Третьем входе элемента И 35 шлпульс напр жени  U со второго выхода блока 6. Длительность ллшульса . опреде|л ет сдвиг по фазе между иапр жеии ми сети и и генератора ,r при котором нужно.выдать команду на включение выключател  генератора.Длительность импульса Uj5 определ етс  собственнЕлх временем включени  выключател  генератора и дл  каждого кри кретиого значени  скольжени  должна быть строго фиксированной..Трлько в этом случае включение генератора (замыкание силовых коитактов выключател ) произойдет в мсмёит , когда сдвиг фаз между напр жени ми Ц| и и будет равен 0. Так как величина скольжени  может в допустимых Пределах отличатьс  .от заданной, то предусмотрена коррекци  длительности импульса и по величине скольже.ни  Эта коррекци  осуществл етс  с помощью фильтров 22 и 23, . сукматора 24, задатчика длительности ю пульса 26 и сравнивающего устройства 25. Пр нцип коррекции по сн етс  с пшрщью фиг.4Л, где в произвольном масштабе . дан временные диаграммы работы корректирующей , части блока 6. Фильтры 22 и 23 .позвол ют получить на выходе напр жение, пропорциональное длительности юшульсов иа вшоде расширителей 33 или 32, а значит и-отклонению от заданной величины Jcкoльжeни . Напр жени  иа выходе фильтров 22 и 23 юлеют разную пол рность. Напр жение иа выходе сумматора 24 пропорционально Откж}неиию скольжени  от зсшаиного значени . Напр жение подаетс  на один вход сравнивающего устройства , другой вход которого подключен к выходу генератора линейно измеи ющегос  напр жени  20. Передний фронт юшульса по времени совпадает с передним фронтом импульса напр жени  сети tlf, а задний формируетс  в момент времени, когда напр жение U равно фиг.4 (ЗГимпульсы 0 соответствуют случаю, когда скольжение меньше Заданного, а импульсы - случаю, когда скольжение превыщает заданное. Сфориированна  на выходе элемента И 25 команда на включение подаетс  н второй вход элемента И 4, на первый вход которой приходит сигнал, несущи информацию о знаке разности частот. Элемент И 4 вьщает команду на линию включени  9 только в том случае, если --7 fp, и отклонение скольжени  от заданного лежит в допустимых пределах . Предлагаемый синхронизатор имеет по сравнению с прототипом следующие преимущества: измерение производитс  в течение каждого периода частоты сети что повышает точность синхронизатора; быстродействие син- хронизатора повышаетс , так как регулирование оборотов генератора ведетс  непрерывно в процессе измерени  скольжени  и интенсивность воздействи  на изменение оборотов зависит от величины отклонени  скольжени  от заданного уровн } улучшаетс  сам процесс регулировани , так как введение двух расширителей позвол ет , легко получить нужную интенсивность воздействи  на изменение оборотов генератора и позвол ет существёйно 5Л«1еньшить перерегулирование ; угол включени , при котором выдаете   команда на включение выключател  генератора, корректируетс  по отклонению скольжени  от заданной величины; включение генератора на параллель ную работу освчествл етс  при fj.7 , что улучшает Kai4ecTBio переходного процессу, возникающего при включении генератора на параллельную работу; исключен 15еЖ1м зависани  , возникающий при синхронном несинфазном вращении двух генераторов, имеющих жесткие скоростные характеристики . . .

ffll

ml

т

tItSi

т

т

ml

т

Claims (1)

1. ИМПУЛЬСНЫЙ СИНХРОНИЗАТОР, содержащий входные формирователи напряжений сети и генератора, элемент ИЛИ и выходную цепь включения синхронного генератора напараллель.ную работу с сетью, от л и ч а ю-щ и й с я тем,что, с целью повышения точности включения генератора, улучшения качества переходного процесса, получения зависимости интенсивности воздействия на частоту генератора в зависимости от разности частот, в него введены блок формирования знака разности частот и временного интервала измерения, блок задания скольжения и угла включения выключателя генератора, блок формирования команд управления и элемент И', при этом входные формирователи напряжений сети и генератора подклют чены каждый к своему входу блока формирования знака разности частот и временного интервала измерения, выход ’’Знак разности’’которого соединен с первым входом элемента Ии с первым инвертирующим входом элемента ИЛИ, а второй выход - с первым ;входом блока задания скольжения и угла включения выключателя генератора, •второй вход которого подключен к выходу формирователя напряжения сети и к второму входу блока формирования команд управления, первый и четвертый. входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока задания скольжения.и угла включения выключателя генератора, а третий - с выходом формирователя напряжения генератора, при этом третий вход блока задания скольжения и угла включения выключателя генератора подключен к первому выходу ;блока формирования команд управления и к второму входу элемента ИЛИ, а четвертый вход блока задания скольжения и угла включения выключателя генератора соединен с третьим выходом блока формирования команд управления и вторым входом механизма управления оборотами генератора, своим первым ' входом подключенного к выходу элемента ИЛИ, при этом второй ВЫХОД блока формирования команд управления соединен с вторым входом элемента И, подключенного выходом к ли2. Синхронизатор по п.1, о т л и ч a ίο щ и й с я тем, что блок формирования знака разности частот и временного интервала измерения ;включает в себя узел равнозначности, выход которого соединен с выходом ’’Знака разности** блока* а.два входа подключены один - к выходу D-триггера, а второй - к’выходу RS-триггера, вход S которого соединен с выходом первого элемента И-НЕ, один вход которого подключен через последовательно соединенные элемент НЕ и первую RC-цепь к выходу формирователя напряжения сети, а второй через вторую дифференциальную RC-цепь к выходу формирователя напряжения генератора, при этом вход Я RS-триггера соединен с выходом второго элемента И-НЕ, первым входом подключенного к выходу второй дифференцирующей RC-цепи, а вторым через первую дифференцирующую RC-цепь к выходу формирователя напряжения сети, при этом вход D D-триггера соединен с входом вто рой дифференцирующей RC-цепи, а вход С - с входами элемента НЕ и третьей дифференцирующей RC-цепи, а выход RS-триггера соединен с выходом ''Интервал измерения'’ блока.