SU1642580A1 - Устройство дл стабилизации частоты выходного напр жени генератора - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к автономным генераторным источникам электропитани . Целью изобретени   вл етс  уменьшение массы и габаритов устройства. Устройство содержит генератор 1, узлы балластной нагрузки 2-4, нуль-органы 11-13, генератор тактовых импульсов 14, счетчик пр мого счета 15, счетчик обратного счета 19, реверсивный счетчик 20, логический элемент сравнени  21, запоминающие устройства 17,18. Блок управлени  балластными нагрузками выполнен на элементах 11-25. Особенность функционировани  устройства состоит в том. что переключение резистнвных элементов 5-7 ключами 8-10 (аналогично и в других узлах балластной нагрузки) осуществл етс  в момент перехода напр жени  на резистивных элементах через нуль, а за половину периода выходного напр жени  генератора отключаетс  или включаетс  не более одного резистнв- ного элемента в узле балластной нагрузки . 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к автономным генераторным источникам электропитани , и может быть использовано в малых ГЭС, ветроэлектрических станци х, работающих в услови х измен ющейс  нагрузки, в автономных электростанци х малой мощности.

Целью изобретени   вл етс  уменьшение массы и габаритов устройства.

На фиг.1 представлена принципиальна  электрическа  схема устройства дл  стабилизации частоты выходного напр жени  генератора; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие преобразование фазового сдвига в цифровой код.

Устройство дл  стабилизации частоты выходного напр жени  генератора 1 содержит узлы 2,3,4 балластной нагрузки каждой фазы генератора, выполненные в виде параллельно соединенных цепей из последовательно соединенных резистивного элемента 5,6, 7 и управл емого ключа 8,9,10, формирователи синхронизирующих импульсов 11,12,13 в количестве, равном числу фаз генератора, св занные входами с силовыми цеп ми соответствующих балластных нагрузок, генератор (ГТИ) 14

с 

Јъ (С

сл

оо

10

1$

20

25

тактовых импульсов стабильной частоты , подключенный к счетному входу счетчика 15 пр мого счета.

Кроме того, устройство содержит RS-триггер 16, запоминающие устройства 17,18 в количестве на один меньшем числа фаз генератора, счетчик обратного счета 19, реверсивный счетчик 20, логический элемент 21 сравнени  на больше-меньше, три логические элемента И-НЕ 22,23,24, логический элемент ИЛИ-НЕ 25.

Формирователи синхронизирующих импульсов 11-13 выполнены в виде нуль-органа. Причем, R-вход BS-триггера 16 подключен к R-входу счетчика 15 пр мого счета и к выходу первого нуль-органа 11, S-вход - к выходу счетчика 15 пр мого счета, пр мой выход - к одному из входов первого логического элемента И-НЕ 22, второй вход которого подключен к выходу ГТИ 14 стабильной частоты. Счетчик обрат- счета 19 подсоединен входами начальной установки к источнику питани  счетчика обратного счета, вычитающим входом - к выходу первого логического элемента И-НЕ 22, входом записи - к выходу первого нуль-органа 11, а выходами - к первой группе входов логического элемента 21 сравнени  на больше-меньше, втора  группа входов которого соединена с выходами реверсивного счетчика 20, выходы число по первой группе вхо- дов-В больше, чем число по второй группе входов-А0 и В А - соответственно с первыми входами второго 23 и третьего 24 логических элементов И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу первого нуль-органа 11, а выходы - соответственно к входам суммировани  и вычитани  реверсивного счетчика 20 с выходами, подключен- 4$ ными к управл ющим входам ключей 8,9, 10 первой балластной нагрузки 2, св  занной силовыми цеп ми с входом первого нуль-органа 11 и с информационными входами всех запоминающих устройств 17,18, выходы которых подключены к управл ющим входам ключей всех балластных нагрузок 3,4, кроме первой, а входы перезаписи запоминающих устройств св заны соответственно

о 1 4 rt J

к выходу займа счетчика 19 обратного счета, а выходом - к R-входу счетчика обратного счета.

Проводимости резистивных элементов каждого из узлов балластной нагрузки имеют соотношение 5:2:4...:2

Устройство работает следующий образом.

Изменение частоты выходного напр жени  fr и-сравнение ее с эталонной f9 осуществл етс  дважды за период, т.е. каждые полпериода. Частота выходного напр жени  генератора определ етс  его нагрузкой, при номинальной нагрузке частота устанавливаетс  равной номинальной f0. При отсутствии балластной нагрузки и отключении основной частота выходного напр жени ,  вл юща с  функцией 1вханичес- кой (моментной) характеристики приводного (первичного) двигател , повышаетс . Величину балластной нагрузки выбирают из услови  замещени  мощд ности полезной нагрузки. В случае, если мощность полезной нагрузки измен етс  на 100%, то полную мощность балластной нагрузки выбирают такой, чтобы частота выходного напр жени  генератора была выше номинальной на величину &f « 0,4 - 1,5% от f0 (верхн   граница диапазона стабилизации частоты). Таким образом, при изменении полезной нагрузки от 100% до О частота выходного напр жени  будет находитьс  в пределах:

fr fQ-f0 + &f

Эталонную частоту f выбирают равной частоте верхней границы диа- 40 пазона стабилизации:

f0 &f

Снижение частоты выходного напр жени  генератора, временна  д иаграм- ма которого показана на фиг.2, а, соответствует увеличению интервала Ј (Тг - Т5)/2, интервал Ј содержит информацию о соотношении частот. Измерение длительности интервала Г сводитс  к определению мгновенного сдвига фаз между окончани ми полупериодов эталонной частоты Т$/-2 и выход30

35

50

Тг

ного напр жени  генератора -к-. Приведенные на фиг«2 диаграммы показыс выходами нуль-органов 12,13. Логи- вают, как формируетс  импульс % ПУ

ческий элемент ИЛИ-НЕ 25 подключен первым входом к инвертирующему выходу RS-триггера 16, вторым входом Тэ Т

тем подсчета счетчиком 15 пр мого счета тактовых импульсов стабильной

0

$

0

5

4$

к выходу займа счетчика 19 обратного счета, а выходом - к R-входу счетчика обратного счета.

Проводимости резистивных элементов каждого из узлов балластной нагрузки имеют соотношение 5:2:4...:2 .

Устройство работает следующий образом.

Изменение частоты выходного напр жени  fr и-сравнение ее с эталонной f9 осуществл етс  дважды за период, т.е. каждые полпериода. Частота выходного напр жени  генератора определ етс  его нагрузкой, при номинальной нагрузке частота устанавливаетс  равной номинальной f0. При отсутствии балластной нагрузки и отключении основной частота выходного напр жени ,  вл юща с  функцией 1вханичес- кой (моментной) характеристики приводного (первичного) двигател , повышаетс . Величину балластной нагрузки выбирают из услови  замещени  мощд ности полезной нагрузки. В случае, если мощность полезной нагрузки измен етс  на 100%, то полную мощность балластной нагрузки выбирают такой, чтобы частота выходного напр жени  генератора была выше номинальной на величину &f « 0,4 - 1,5% от f0 (верхн   граница диапазона стабилизации частоты). Таким образом, при изменении полезной нагрузки от 100% до О частота выходного напр жени  будет находитьс  в пределах:

fr fQ-f0 + &f

Эталонную частоту f выбирают равной частоте верхней границы диа- 0 пазона стабилизации:

f0 &f

Снижение частоты выходного напр жени  генератора, временна  д иаграм- ма которого показана на фиг.2, а, соответствует увеличению интервала Ј (Тг - Т5)/2, интервал Ј содержит информацию о соотношении частот. Измерение длительности интервала Г сводитс  к определению мгновенного сдвига фаз между окончани ми полупериодов эталонной частоты Т$/-2 и выход0

5

50

Тг

ного напр жени  генератора -к-. Приведенные на фиг«2 диаграммы показы%

Тэ Т

тем подсчета счетчиком 15 пр мого счета тактовых импульсов стабильной

и старт-импульс не вырабаты5

частоты с периодом То (фиг.2,в), поступающих с ГТИ 14, счетчик 15 пр мого счета обнул етс  сигналом с нуль-органа 11, временна  диаграмма , которого показана на фиг.2,б. Интервал $ начинаетс  после прихода старт- импульса (фиг,2,г) с выхода счетчика 15 пр мого счета. Старт-импульс за- .. пускает в работу счетчик 19 обратного счета (фиг.2,д), в котором предыдущим синхронизирующим импульсом (стоп- импульсом) во всех разр дах были установлены единицы ( записано максимальное число). В зависимости от длительности интервала С и от периода тактовых импульсов Т о в счетчике 19 к моменту прихода очередного синхронизирующего импульса (стоп-импульса) остаетс  записанным некоторое число от 0 (когда интервал достаточно большой ) до 2 (когда С 0, т.е. когда

livlr

2 - 2

ваетс ). Таким образом, величина балластной нагрузки устанавливаетс  пропорциональной числу, записанному в счетчике 9 обратного счета (т.е. пропорциональной ь), чем обеспечиваетс  стабилизаци  частоты выходного напр жени  генератора в заданном диапазоне .

Устройство представл ет собой систему автоматического регулировани  (САР), дл  обеспечени  устойчивой работы которой требуетс  наличие корректирующего звена, позвол ющего получить устойчивую работу в динамических режимах. Роль корректирующего звена САР выполн ют реверсивный счетчик 20, логическа  схема 21 сравнени  на больше-меньше, логические элементы И-НЕ 23,24. Принцип действи  корректирующего звена сводитс  к сравнению состо ний счетчиков 19 обратного счета и реверсивного счет- чика 20, логической схемой сравнени  21 на больше-меньше : в случае, если в реверсивном счетчике 20 записано число, меньше, чем в счетчике 19 обратного счета, то следующим скнхро- низирующим импульсом к числу, записанному в реверсивный счетчик, добавл етс  единица и наоборот. Таким образом, корректирующее звено при резком изменении возмущающего сигнала (рассогласовани  частот &fгъ обеспечивает ступенчатое изменение 1 раз за 1/2 периода Тг) сигнала уп-.

16

20

25

42580е

равлени , а следовательно, проводимости балластной нагрузки.

Поскольку, изменение состо ни  реверсивного счетчика 20 происходит i в момент прихода синхронизирующего импульса, вырабатываемого при переходах напр жени  первой фазы (А) генератора 1 iчерез нуль, сигналы с выходов счетjgl чика 20 через усилительные каскады (либо непосредственно при использовании оптотиристоров) подаютс  на управл ющие входы ключей 8-10. Включение балластной нагрузки в других

15 фазах 3,4 происходит в моменты перехода напр жени  через нуль, определ емые нуль-органами 12,13. В моменты прихода синхронизирующих импульсов с нуль-органов 12-13 происходит перезапись состо ни  реверсивного счетчика 20 в запоминающие устройства 17,18, с которых сигналы управлени  подаютс  на управл ющие входы ключей узлов балластной нагрузки 3,4.

Переключение ключей в узлах 2-4 балластной нагрузки в моменты, когда напр жение на этих узлах равно нулю, обеспечивает хорошую форму выходного напр жени  генератора. Выбор прово- димостей резистивных элементов 5-7 узлов балластной нагрузки 2-4 в соотношении 1: 2:4 :....: 2 , обоснованный принципом построени  схемы

35 управлени  этими узлами, позвол ет существенно уменьшить количество резистивных элементов, а соответственно и управл емых ключей в узлах балластной нагрузки. Это, а также ис40 пользование запоминающих устройств 17,18 вместо сложной схемы управлени  узлами балластной нагрузки, аналогичной схеме управлени  узлом балластной нагрузки 2, позвол ет уменъ45 шить массу и габариты устройства.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  стабилизации часто- 50 ты выходного напр жени  генератора, содержащее узлы балластной нагрузки каждой фазы генератора, выполненные в виде параллельно соединенных цепей из последовательно соединенных ре- 55 зистивного элемента и управл емого ключа, формирователи синхронизирующих импульсов в количестве, равном числу фаз генератора, св занные входами с силовыми цеп ми соответствующих бал30

   ластных нагрузок, генератор тактовых импульсов стабильной частоты, подключенный к счетному входу счетчика пр мого счета, выход которого соединен с одним из входов RS-триггера, отличающеес  тем, что, с целью уменьшени  масс и габаритов, введены запоминающие устройства в количестве на один меньше числа фаз генератора, счетчик обратного счета, реверсивный счетчик, логический элемент сравнени  на больше-меньше, три логических элемента И-НЕг формирователи синхронизирующих импульсов выполнены в виде нуль-органов, причем , R-вход RS-триггера подключен к R-входу счетчика пр мого счета и выходу первого нуль-органа, S-вход - к выходу счетчика пр мого счета, пр мой выход - к одному из входов первого логического элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов стабильной частоты, счетчик обратно- го счета подсоединен входами начальной установки к источнику питани  счетчика обратного счета, вычитающим входом - к выходу первого логическог элемента И-НЕ, входом записи - к вы- ходу первого нуль-органа, а выходами - к первой группе входов логического элемента сравнени  на больше- меньше, втора  группа входов которого соединена с выходами реверсивного счетчика, выходы число по первой группе выходов больше, чем число по второй группе входов и число по первой группе входов меньше, чем число по второй группе входов соответственно с первыми входами второго и третьего логических элементов И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу первого нуль-органа, а выходы соответственно к входам суммировани  и вычитани  реверсивного счетчика с выходами, подключенными к уп- равл ющим входам ключей первой балластной нагрузки, св занной силовыми цеп ми с входом первого нуль-органа, и с информационными входами всех запоминающих устройств, выходы которых подключены к управл ющим входам ключей всех балластных нагрузок, кроме первой, а входы перезаписи запоминающих устройств св заны соответственно с выходами тех нуль-органов, входы которых св заны с силовыми цеп ми тех же балластных нагрузок, что и выходы нуль-органов.

   Синхроимп.

   Ill

   в

   «- Старт.

   Tab пульса

   /

   Синхро

   Uff/1.

   t)t

   II

   at

   Стоп s utf/ту/гьс.

   tit

   Ц

   at

   Фиг.2