SU866647A1 - Устройство дл автоматической синхронизации генераторов переменного тока - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к электроэнергетике и может быть использовано дл  синхронизаиии генераторов переменного тока например авиационных , а точнее в тех случа х, когда требуетс  автоматическое сведение частот и точна  синхронизаци  .

Известны устройства дл  автоматической синхронизации генераторов переменного.тока, работа которых основана на выделении напр жени  биений Til.

Однако такие устройства недостаточно надежны и точны. Кроме того, большие габариты и вес таких устройств ограничрГвают их применение.

Известны также импульсные синхронизаторы , осуществл ющие преобразовани  разности фаз напр жений генератора и сети в напр жение с помощью фазовых детекторов Г2 .

Однако применение таких синхронизаторов в авиационном электрооборудовании ограничено из-за их узкого температурного диапазона работы, так как большинство элементов синхронизатора работают в линейном режиме . Кроме того, габариты -и вес таких устройств достаточно велики

из-за наличи  мощных фильтров на выходе детекторов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  устройство дл  автоматической синхронизации генераторов переменного тока , содержащее входной блок, в состав которого вход т формирователи пр моугольных импульсов, канал урав10 нивани  частот с триггером на выходе и канал, формирующий команду на включение выключател  генератора с триггером на выходе Гз1 .

Известное устройство имеет р д

15 недостатков, ограничивающих их область применени , а именно: устройство может примен тьс  только дл  синхронизации трехфазных генераторов , угол опережени  его фиксирован, кратен 30° и не может быть проигзволь

20 но изменен.

Кроме того при отношении частот генератора и сети равном иррациональ

25 ному числу работа синхронизатора нарушаетс , так как совпадени  фронтов импульсов напр жений генератора и сети происходить н,е будет. Помехоустойчивость устройства сравнитель30 но низка  из-за наличи  в схеме

преобразователей сигналов в короткий импульс.

Цель изобретени  - упрощение устройства и повышение его надежности и точности.

Цель достигаетс  тем, что в устройстве , содержащем входной блок, в- состав которого вход т формировате ли пр моугольных импульсов, канал уравнивани  частот с триггером на выходе и кансш, формирующий команду на включение выключател  генератора с триггером на выходе, входной блок снабжен схемой антисовпадени , в канале уравнивани  частот в качестве триггера на выходе использован 3 Ктриггер , а канал снабжен дополнительным 3К-триггером, в канале, формирующем команду на включение выключател  в качестве триггера на выходе использован DV-триггер, тактируемый фронтом, а канал снабжен двухступенчатым одновиОратором и регистром с последовательно-параллельной записью причем входы схемы антисовпадени  и DK, входы упом нутых ;j К-триггеров / подключены к выходам формирователей импульсов, выход cxeNffif антисовпадени  подключен, к тактирующим входам 3К-триггеров, OV-триггера и регистра и к входу одновибратора, при этом выход второй ступени одновибратора подключен к информационному входу регистра, а выход первой ступени к информационному входу OV-триггера, разрешающий вход которого соединен с выходом последнего разр да регистра .

Кроме того упом нутый регистр выполнен в виде последовательно соединенных D-триггеров, тактируемых фронтом, тактирующие входы которых объединены, а установочные входы триггеров последующих разр дов подключены к выходу триггера предыдущего , разр да.

На фиг. 1 представлена функционална  схема устройства; на фиг. 2 диаграмма переходов регистра; на фиг. 3 - вариант выполнени  указанного регистра; на фиг. 4 - диаграммы сигналов в различных точках схемы , обеспечивающей уравнивание частот при синхронизации; на фиг. 5 диaгpaм /и сигналов в разлкчньт точках схемы, определ ющей момент включени  контактора параллельной работы; на фиг. 6 - диаграмма сигналов , по сн юща  принцип работы синхронизатора .

Напр жени  генератора и сети.с одноименных фаз поступают на входы формирователей 1 и 2 импульсов соответственно (фиг.1). Выходы указанных формирователей подключены к входам схемы 3 антисовпадени  и входам 3 и К триггеров 4 и 5.

Тактирующие входы 3 К-триггеров 4 и 5 подключены к выходу схемы 3,

куда также подключены тактирующие входы регистра 6 и 0 /-триггера 7, а также вход двухступенчатого одновибратора 8, который показан в виде последовательно соединенных одновибраторов 9 и 10.

Выход одновибратора 10 подключен к информационному входу регистра б, а выход одновибратора 9 - к информационному входу DV-триггера 7, причем его разрещающий вход V соединен с выходом последнего разр да регист ,ра 6.

Выход триггера 7 - выход устройства , управл ющий включением контактора параллельной работы. Выходы триггера 5 - выходы устройства, обеспечивающего сведение частот при синхронизации.

Схема 3 антисовпадени  выполн ет функцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ..

Триггеры 4 и 5 - ЗК-триггеры, тактируемые фронтом. Сигналы на выходах таких триггеров записываютс  перепадом 1-0 ,на входе Ср, ричем если выполн лось условие GСр 1, то на выходе запишетс  1, если выполн лось условие К-Со 1 - на . выход запишетс  О.

Триггер 7 - DV-триггер, тактируемый фронтом. Сигнал на выходе такого триггера повтор ет сигнал на его информационном- входе О в момент изменени  сигнала с 1 на О на его тактирующем входе Ср, если имеетс  сигнал на его разрешающем входе V. При V О триггер сохран ет свое состо ние неизменным.

Регистр 6 должен обеспечивать последовательную запись 1 и параллельную запись О.

На фиг. 2 состо ни  регистра показаны кружкг1ми. Около каждого состо ни  записаны состо ни  выходов на различных разр дах регистра (младшие разр ды записаны слева). Переход из одного состо ни  в другое показан дугами со стрелками, соедин ющими кружки. Над каждой стрелкой записано значение входов, при которы происходит переход из одного состо ни  в другое. Регистр содержит два входа информационный О и тактируквдий Ср, поэтому над дугами записываютс  значени  этих входов:

В- dCp означает, что переход происходит при изменении сигнала на Ср с 1 на О, когда на входе о сигнал равен 1 ,

&dCp означает, что переход происходит при изменении сигнала на Ср с 1 на О, когда на входе D сигнал равен О.

При по влении на входе Ср регистра перепада 1-0 происходит запись 1 в следующий разр д регистра, если в этот момент времени сигнал на D 1. В противном случае при наличии сигнала О на входе о регистра происходит его обнуление, т.е. сигн лы со всех выходов снимаютс . Сигнал на последнем разр де N регистра по витс  только в том случае, если сигнал на входе Ср изменитс  с 1 на О не менее N раз в моменты времени, когда на входе о сигнал равен 1. N-разр дный регистр (фиг.5) содерхсит N триггеров 11, тактируемых ФР.ОНТОМ, т.е. перепадем 1-0 на вход Ср, включенных последовательно. Все тактирующие входы D-триггеров объед нены, а установочные входы каждого, триггера последующего разр да соеди нены с выходом триггера предыдущего разр да. Если в момент изменени  1-0. на С на входе D первого триггера сигнал отсутствует, т.е. равен О, то этот сигнал устанавливает следующий триг гер в состо ние О на пр мом выход В свою очередь этот триггер устанав ливает последующий триггер в состо  ние О на пр мом выходе и т.д. Если в момент изменени  1-0 на Ср на входе О первого триггера сигнал равен 1, 1 записываетс  на выхо первого триггера и разрешает работу второго. Следующа  единица записываетс  во второй разр д при перепаде 1-0 и т.д. Если в какой-то момент времени при перепаде 1-0 на входе Ср на вхо де D сигнал становитс  равен О, происходит последовательное обнуление всех разр дов регистра. Работа устройства в режиме уравн вани  частот. На фиг. 4 показаны диаграммы сигналов в различных точках схемы при частоте генератора ни же (cs) и выше {S) частоты сети.Из фиг. 4 видно, что сигнал на выходе триггера 4 измен ет свое зн ачение на .каждый импульс, приход  щий от схемы 3. При этом, если на его входе d сигнал равен 1, на пр м выходе устанавливаетс  1. в противном случае на выходе устанавливаетс  О. Сигнал на выходе триггера 5 может изменитьс  только при втором импульсе, так как по первому импульсу ему мешает изменитьс  отсу ствие сигнала на выходе триггера 4. Но два импульса подр д, которые не измен т состо ние триггера 4, могут по витьс  только в том случае, когда за врем  по упериода напр жени  генератора уложитс  полпериода напр жени  сети (или наоборот); Этот случай пониженной или повышенной частоте генератора. Следовательно, изменение состо ни  триггера 5 происходит в моменты времени, когда осуществитс  указанное событие, т.е. один раз за период скольжени . В остальные моменты времени триггер 5 сохран ет свое состо ние, так как к моменту изменени  1-0 сигнала на его входе Ср на обоих входах триггера 3 и К сигналы равны О (сигналы с выходов триггера 4 и блоков 1 и 2 соединены на входах триггера 5. Работа устройства при-синхронизации . Сигнал на выходе 3 антисовпадени  имеет вид импульсов, дли- тельность которых 6.t сначала увеличиваетс  (до углов сдвига фаз меньше 180), а затем уменьшаетс , станов сь равной нулю при совпадении фаз напр жений генератора и сети (фиг.5). Передние фронты этих импульсов запускают одновибратор 8, который формирует временные ворота. Ширина ворот определ етс  длительностью импульсов t на выходе одновибратора 10, а интервал времени от переднего фронта импульсов схемы 3 до начала временных ворот определ етс  длительностью t -I одновибратора 9. Регистр б производит опенку взаимного положени  заднего фронта импульса с выхода схемы 3 и временных ворот, а также производит подсчет числа этих импульсов, т.е. регистр 6 выполн ет функцию схемы сравнени  длительностей импульсов. При малой разности фаз между напр жени ми генератора и сети длительность импульсов fi,t меньше длительности импульсов одновибратора 9, т.е. it t, поэтому задний фронт импульсов со схемы 3 приходит в мом/ нт времени, когда на выходе одновибратора 10 сигнал отсутствует, но имеетс  сигнал на выходе одг овибратора 9. Это приводит к тому, что сигнал на выходе регистра 6 отсутствует . Поэтому отсутствует сигнал на выходе триггера 7. Такое положение имеет место до тех- пор, пока угол между векторами напр жений меньше угла опережени  определ емого временем t. При больших углах между векторами напр жений задний фронт импульсов схемы 3 приходит в моменты времени, когда сигнал на выходе одновибратора 10 имеетс . Начинаетс  счет импульсов регистром 6. Такое положение имеет место до тех пор, пока угол между векторг ми больше угла опережени  оп. I но меньше некоторого угла иам I определ емого временем t + t,j. При угле, большем , задний фронтимпульсов со схемы 3 приходит в моменты времени, когда сигнал на выходе одновибратора 10 равен нулю , поэтому сигнал на выходе регистра 6 также равен нулю. При дальнейшем увеличении угла между векторами напр жений Ч 13Г-Чадм задний фронт импульсов схемы 3 вновь начинает попадать во временные ворота , формируемые одновибратором 8. В соответствии с этим регистр 6 начинает счет имлульсов. Счет прекратитс  , ко1да угол между векторами напр жений станет больше 2П- опЕсли за врем  счета регистр 6 не успеет переполнитьс , в момент времени , когда 27Г- , триггер 7 остаетс  в исходном состо нии, так как к моменту сн ти  импульса на выходе блока 3 сигнала на выходе регистра 6 нет. Этот случай соответствует частоте скольжени  большей допустимой .

Если за врем  счета регистр б переполнитс , в момент времени, когда 2Jr-(}f, , задний фронт импульса со схемы 3 совпадает с наличием сигналов на выходах одновибратора 9 и регистра 6. В результате этог 1 запишетс  на выход триггера 7, а регистр 6 обнулитс , произойдет включение контактора параллельной работы.

На фиг. б показана зависимость длительности импульсов на выходе схемы 3 от времени при частоте скольжени , больше допустимой, и частоте скольжени , меньше допустимой.

До момента времени t изменение сигнала 1-0 на выходе схемы 3 происходит в моменты, времени, когда на Jвыxoдe одновибратора 10 сигнал равен О. Поэтому сигнал на выходе регистра б отсутствует.

От момента времени t до tj регистр б начинает счет, однако в момеит времени t срабатывани  триггера 7 произойти не может, так как в моменты времени изменени  сигнала 1-0 на схеме 3 сигнал на информационном входе триггера равен О (сигнал на выходе одновибратора 9 равен 0).

От момента t г да t происходит сброс регистра б, так как на этом интернсше фронт импульсов схемы 3 не совпадает с временными воротами.

От момента t до 1д вновь начинаетс  счет импульсов регистром б. Так как частота скольжени  больше допустимой, за интервал времени регистр переполнитьс  не успевает и в момент времени t происходит его обнуление.

Если частота скольжени  меньше допустимой, в момент времени t происходит переполнение регистра б и потому в момент времени t происходит срабатывание синхронизатора, т.е. по вл етс  1 на выходе триггера 7.

Дл  определени  параметров одновибраторов 9 и 10, а также параметров регистра б рассмотрим работу схемы более подробно. Обозначим напр жение, частота которого ниже,

через

и sinu) t , (1 ) а напр жение, частота которого выше . через

и и sinSi t(2)

Разность частот, равна  частоте скольжени , определ етс  по

&. г iJ-OJ.

(S)

Моменты времени t (фиг.5) определ ютс  корн ми уравнений

т.е.

О, ±1,...())

Отсюда длительность импульсов на выходе схемл 3 равна

-(-- Определим значение фаз одного напр жени  в момент нул  другого. Из уравнений (1), (2 и (4) получаем

,+-1,1а.:. (fo)

Отсюда угол сдвига фаз векторами напр жений равен

(.0142;

x(i - и

(т)

Если угол опережени  задран в электрических градусах Чоп t .

оп оп

Иэ уравнений (7) и (8) находим значение k, при котором происходит аключение контактора

К (9)

(-i-)(

где 3 ...С - ближайшее целое большое

число.

Счет импульсов регистром б начинаетс  за N импульсов до этого момента времени, т.е. при

Чзм ЧКА+ . (10)

Следовательно, разность фаз напр жений в момент начала счета определ етс  из уравнений (10) и (7)

,«-() (-)- (И)

Длительность импульсов на выходе схемы 3 а момент начала счета найдена из уравнений (5) и (10)

Hw(VA-.K-ar- (2

а в момент включени  контактора

лЧ,,,1(-). (13)

Отсюда определ етс  длительность импульсоа одновибратора 10

Claims (3)

1. ..ЧlIГ-4- - - f- () Длительность импульсов первого о новибратора 9 определ етс  из уравнений (5), (7) и (10) t МО 1- ,„жО 5 Число импульсов, переполн ющихрегистр 6, выбираетс  исход  из тре буемой точности частоты скольжени  при включении. Погрешность частоты включени  равна единице младшего ра р да регистра, т.е. . Предлагаемое устройство компактн и надежно. Точность отработки .угла опережени  может быть получена не хуже ±2%, а частоты скольжени  при включении - 5%. Формула изобретени  Устройство дл  автоматической синхронизации генераторов переменно го тока, содержащее входной блок, в состав которого вход т формирователи пр моугольных импульсов, канал уравнени  частот с триггером на выходе и канал, формирующий команду на включение выключател  генератора с триггером на выходе, отлича щ .е е. с   тем, что, с целью упрощени . устройства, повышени  его надежности и трчности, входной блок снабжен схемой антисовпадени , в ка нале уравнивани  частот в качестве триггера на выходе использован 3 Ктриггер , а канал снабжен дополнител ным О К-триггером, в канале,.формиру щем команду на включение выключател  в качестве триггера на выходе использован DV-триггер, тактируемый фронтом , а канал снабжен двухступенчатым одновибратором и регистром с последовательно-параллельной записью, причем входы схемы антисовпадени  и ЭК, входы упом нутых 3 К-триггеров подключены к выходам формирователей импульсов, выход схемы ан-тисовпадени  подключен к тактирующим входам 3 К-триггеров, регистра и DV-триггара и к входу одновибратора, при этом выход второй ступени одновибратора подключен к информаийонноглу входу регистра, а выход первой ступени к информационному входу DV-триггера, разрешающий вход которого соединен с выходом последнего разр да регистра . . 2. Устройство по П.1, отличающеес  тем, что регистр выполнен в виде последовательно соединенных О-триггеров, тактируемых фронтом , такт ируимцие входы которых объединены , а установочные входы триггеров последующих разр дов подключены к выходу триггера предыдущего разр дч1. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №441628, кл. Н 02 J 3/42, 1971.
2. 2.Гринштейн В.И., Ермолин Л.П. и Мильман М.В. Судовые бесконтактные и устройства защиты и управлеи . Л., Судостроение, 1971, с. 81-101.
3. 3.Авторское свидетельство СССР 438080, кл. Н 02 J 3/42, 1971.

   00... 0 ...).4/cp 1f4.-rfCp

   11 ff.f Л-dCp

   Ve

   е .i tsi e

   « i a i -S a

   tS