Импульсный синхронизатор

 

1. ИМПУЛЬСНЫЙ СИНХРОНИЗАТОР, содержащий входные формирователи напряжений сети и генератора, элемент ИЛИ и выходную цепь включения синхронного генератора на параллель .ную работу с сетью, о т л и ч а ющ и и 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 введенй 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 формирсшатели напряжений сети и генератсгра подключены каждый к своему входу блока формирования знака разности частот и временного интервала измерения, выход Знак разностикоторого соединен с перВБМ входом э лемента И и с первьм инвертирующим входом элемента ИЛИ, а второй выход - с первьм ; входом блока задания сколв сения и уг ,па 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 подклЕСУчён к первому выходу ;блока формирования команд управления и к второму входу элетлента ИЛИ, а четвертый вход блока задания скольжения и угла вкл(очения выключателя re нератора соединен с третьим вьаизяом блока формирования команд управления и вторым входе механизма управления оборотами генератора, своим первым входом подключенного к выходу элемента или, при этом второй выход блока фосмирования ксманд управления соединен с вторым входе элемента И, подключенного выходе к ли- Я 2. Синхронизатор по п.1, отличаю щ и и 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 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 формирователя напряжения сети , а второй через вторую диффереициальную RC-цепь к выходу формирователя напряжения генератора, при этом вход R ИЗг-триггера соединен с выходом второго элемента И-НЕ, первым входом подключенного к выходу .

СОКИ СОВЕТСКИХ

ОВИ Л Ю и

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСтВЕННЫй НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЖ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВЪ (21) 3305210/24-07. (22) 22.06.81 (46.) 15,. 06. 83. Бюл. 9 22 . (72) Д.Б. Баумштейн, P.A. Гареев, .. М.Л.Альтшулер, A.М.Хазанов и Б.М.Борисов (71) Государственный союзный производственный трест передвижных электростанций .(53).621.316.729(088.8) (56) 1. Бобров И.И. Импульсный синхронизатор. — Электричество, 1967, Р 3..

2. Авторское свидетельство СССР

Р 739688, кл. Н 02 Т 3/42, 1978. (54) (57) 1. ИИПУЛЬСНЫЙ СИНХРОНИЗАТОР, содержащий входные формирователи напряжений сети и генератора, элемент

ИЛИ и выходную цепь включения синхронного генератора на параллель,ную работу с сетью, о т л и ч а ю-шийся тем,что, с целью повышения точности включения генератора, улучшения качества переходного процесса, получения зависимости интенсивности воздействия йа 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 подклю-. чены каждый к своему входу блока формирования знака разности частот и временного интервала измерения, выход Знак разности которого соединен с первьм входом элемента И и с первьм инвертирукщим входом элемента ИЛИ, а второй выход — с первым .входом блока задания скольжения и уг-: ,ла включения выключателя генератора, второй вход которого подключен к выходу формирователя напряжения сети и..Я0„„1023525 А к второму входу блока формирования команд управления, первый и четвертый.входы которого соединены соответственно с первым и вторьм выхода-"

I ми блока задания скольжения,и угла вкзпочения 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 ге" нератора соединен с третьим выходом блока формирования команд управления Я и вторым входом механизма управления оборотами генератора, своим первна входом подключенного к выходу элемента ИЛИ,; лри этом второй выхсФ блока формирования команд управления соединен с вторыми входом элемента И, подключенного выходом к ли 2. Синхронизатор по п.1, о тл и ч à io шийся 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

Щ-триггера, вход В которого соединен с выходом первого элемента

И-НЕ, один вход которого -.подключен через последовательно соединенные элемент НЕ и первую RC-.öåëü к выходу формирователя напряжения сети, а второй через вторую дифферен-циальную ЯС-цепь к выходу формирователя напряжения генератора, при этом вход % RS-триггера соединен с выходом второго элемента И-НЕ, первьи входом подключенного к выходу

l 023525

Ф второй дифференцирующей RC -цепи, а вторим через первую дифференцирующую РС-цепь к выходу формирователя напряжения сети, при этом вход

3 3-триггера соединен с входом вто!

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам автоматического включения синхронных генераторов на параллельную работу с сетью. 5

Известном импульсные синхронизаторы, формирующие команду на включение генератора на параллельную работу с сетью при достижении допустимой величины скольжения и допусти- 10 мой разности фаз между напряжениями сети и генератора .13

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является синхроНН3аТор содержащий входные Фор- 5 мирователи напряжений сети и генератора, элемент И, блоки контроля частоты сети и генератора, включаемого на параллельную работу, элемент ИЛИ и выходную цепь включения генератора. При достижении допустимой разности частот напряжений сети и генератора с выхода блока контроля частоты сети или блока контроля частоты генератора снимается сигнал,,2 проходящий через элемент ИЛИ на выходную цепь включения генератора 1.2).

Недостаток этого устройства состоит в том, что команда на включение генератора на параллельную работу может быть сформирована и в томЗО случае, когда частота генератора ниже частоты сети, хотя разность частот сети и генератора лежит в допустимых пределах. Кроме того,. указанный импульсный синхронизатор толь-35 ко Формирует команду на включение генератора при достижении допустимой разности Фаз и частот, но не воздействует на исполнительный механизм, изменяющий частоту вращения 4р генератора.

Целью изобретения является повьыение точности включения генератора, улучшение качества переходного процесса, возникающего при включении 45 синхронного генератора на параллельную работу с сетью, получения необходимой зависимости интенсивности воздействия на частоту генератора в зависимости от разности частот.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсный синхронизатор, содержащий входные Формирователи напряжений сети и генератора, элемент ИЛИ, рой дифференцирующей RC-цепи, а вход С - с входами элемента НЕ и тре тьей дифференцирующей RC-цепи, а выход RS-триггера соединен с выходом Интервал измерения блока.

2 выходную цепь включения синхронного геНератора на параллельную работу с . сетью, 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 подключены каждый к своему входу блока формирования знака разности частот и временного интервала измерения, выход Знак разности которого соединен с первьм входом элемента И и с первым инвертирующим входом элемента

ИЛИ, а второй выход - c 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 вторьж вы- . ходами 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 вьключателя генератора соединен с третьим выходом ,блока Формирования команд управления и вторым входом механизма управления оборотами генератора, своим первьи входом подключенного к выходу элемента ИЛИ, при Этои второй выход блока фо жированця команд управления соединен с вторыми входом элемента И, подключенного выходом к линии включения генератора.

Поставленная цель достигается также тем, что блок Формирования знака разности частот и временного интер« вала измерения включает в себя узел равнозначности, выход которого соединен с выходом Знак разности блока, а два входа подключены один к выходу D-триггера, а другой — к выходу RS-триггера, вход S которОго

1023525 ка 7, что соответствует случаю, когда отклонение величины скольжения от заданной лежит в пределах допуска и сдвиг па фазе между насоединен с выходом первого элемента

И-НЕ, один .вход которого подключен через последовательно соединенные элемент НЕ и первую дифференцирующую RC-öåïü к выходу Формирователя пряжениями сети и генератора, соот-. ветствующий моменту включения выключателя генератора, соответствует фактической величине скольжения.

При отклонении скольжения от заданной величины или от заданного угла включения выключателя генератора б,блоком формирования команд уп5

1О напряжения сети, à второй через вторую дифференцирукщую йс -цепь к выходу формирователя напряжения генератора, при этом вход. R Ю-триггера соединен с выходом второго элемента

-HE, первым. входом подключенного к выходу второй дифференцирующей RCцени, а втор м — через первую дифференцирукщую КС-цепь к выходу формирователя напряжения сети, при этом вход D П-триггера. соединен с входом второй дифференцирующей КС-цепи„ а:вход С -.с входами элемента НЕ и третьей дифференцирующей RC-цепи, а выход RS-три гера соединен с выходом Интервал измерения" блока.

На фиг.1 представлена блок-схема импульсного синхронизатора, на фиг 2 (о Ь), 3 (а ЬЮ), 4 (с1 Ь):— временные диаграммы, поясняющие принцип работы блоков формирования знака разности частот и временного интерзала измерения, задания скольжения и угла включения выключателя генератора, формирования команд управлейия. имйульсиый синхронизатор включает в .себя (фиг.l) входные форми рователи напряжения сети 1 и генератора 2, блок. 3 формирования знамомент совпадения фаз импульсы положительной"полярности U и 0, сиика разности частот н временного интервала иэмерения, элемент И 4, элемент ИЛИ 5, блок 6 задания скольмаемые с выходов дифференцирукщих

RC-цепей 11 и 12 совпадают по врежения и угла включения генератора, блок 7 формирования команд уаравлеменн и на выходе элементов И-НЕ 15 формируется потенциал логического 4(1 нуля.В моменты времени t4 и Ф9.,когда сдвиг фаз между напряжениями Е34 и U2 равен 180,потенциал логического ну-. ля Формируется на выхсще элемента.

И-НЕ 14, так как в этом .случае сов45 падают во вРемени положительные импульсы U и U 3 с выходом дифференцирукицих RC-цейочек 12 и 13. Элемент.

8Е 10 необходим для формирования импульса П„р, передний Фронт которого по времени совпадает с задним фрон- том импульса U .

RS-триггер 16 по входам К н з уп " равляется потенциалами, соответствующими логическому О . При подаче, потенциала логического О на установочный . вход S напряжение U« aa выходе триггера 16 соответствует на пряжению логической 1 . Если же потенциал логического 0 подан на вход возBprròcr R To напряжение U на параллельную работу с сетью являеъ60 соответствует логическому 0 .

Как видно нз фиг.2ц триггер 16 занимает строго определенные положения. Когда сдвиг по фазе между напряжениями U4 н 0 меняется от 0 до

65 180, напряжение П соответствует ния, механизм & управления частотой генератора и линию 9 .включения генератора. Блок формирования знака разности частот и временного интервала измерения состоит из элемента ся наличие сигнала на выходе Знак разности блока 3, что соответствует случаю, когда f 7 fr; наличие сигнала на втором, разрешакщем включение генератора, выходе блоНЕ 10,. дифференцирукщих 9С-цепей 11, 12 и 13, элементов И-НЕ 14 и 15, Щ-триггера 16, 0-триггера 17 и узла равнозначности 18. Блок задания скольжения и угла включения генератора состоит as генераторов 19 и 20 линейно изменяющегося напряжения, компаратора 21, фильтров 22 и 23, сумматора 24, сравнивакщего устройства 25, задатчика 26 длительности ющульса. Блок Формирования команд управления состоит иэ элементов

НЕ 27 и 28, схемы И 29, элемента

И 30, расширителей 31 и 32, ждущих мультнвибраторов 33 и 34 и элемента И 35, Условием включения генератора равления 7 формируется запрет на вклю; чение генератора на параллельную работу с сетью и в зависимости от (5 знака рассогласования па величине скольжения блоком 7 формируется команда управления на исполнительный механизм, управляющий частотой генератора, причем длительность команды зависит от величины Рассогласования по скольжению.

Принцип работы блока формирования знака разности частот и временного интервала измерения 3 поясняется фиг.2.

Прямоугольные импульсы напряже-. ний с частотой сети и генератора U< и U поступают на входы блока 3. На фиг.2а даны временные диаграммы для случая,: когда f +fr.. В моменты вре-ЗО мени tо и t сдвиг rro фазе между напряженйями U4 и U< равен О, в момент времени Q и - сдвиг по. Фазе между напряжениями Uq и 0 равен l80 . В

1023525 логическому О, а при изменении фазы от 180 до 0 — логической 1 .

На фиг.2с даны временные диаграммы, соответствующие случаю, когда

f, тЙ . Очевидно, что независимо от знака разности частот f -f напряГ жение 0<<,на выходе триггера 16 сохраняет значение логической 1 при изменении фазы между U„ и 0 от 180О до О и значение логического Π— при изменении фазы от О до 10

18О

Состояние тактируемого фронтом

В -триггера 17 зависит от того, как сдвинуты во времени передние . Фронты импульсов 15

На Фиг.2а (случай f.

Как видно из фиг.2а при fi-«f> напряжения Оь и Uq на выходе тригге» ров 16 и 17 не принимают одинаковых значений для любого интервала времени, поэтому напряжение 0 на выходе узла равнозначности 18 равыо О.

Узел 18 равнозначности формирует на своем выходе напряжение логической 1 ™ только в том случае, когда на его входах есть одновременно или напряжения логического О или логической 1 .

При fry fe (фиг.2 д ) D-триггер в 40 интервалах времени от to go t и от t до t меняет свое состояние по сравнению со случаем f„«. fo, и напряжения 0,6 и 0<>, подаваемйе на входы узла Равноэначностй, одновремен- 45 но принимают значения или логического О или логической 1 .. Таким образом, напряжение .U

f

В течение длительности импульса 0® производится измерение текущей разности частот и осуществляется регулирование частоты генератора до заданного значения. Принцип задания величины скольжения блоком б ноясняется на фиг.ЗО .

Импульсы напряжения 0< поступающие на второй вход блока 6, эапус- 6О кают своим передним фронтом генера« тор линейно изменяющегося напряжения 20, который в течение каждой половины. периода частоты f формирует напряжение 0 . По.переднему ФРон-Я ту импульса 0„, поступаккцему на первый вход блока 6, запускается вто рой генератор линейно изменяющегося напряжения 19, формирующий напряжение U< .

Напряжения 0>о и U подаются на входы компаратора 21 изменяющего свое состояние в момент времени, когда напряжение 0 9 становится равным напряжению 0„ . В результате на выходе компаратора 21 появляются импульсы напряжения U<<, длительность которых убывает с темпом, определяе" мым скоростью изменения (наклоном) напряжений U и U

Наклон напряжений 0(9 H Ugo IIpHHHT постоянным, но амплитуда U z зависит .от частоты сети. Чем больше период напряжения сети, тем большей амплитуды напряжение U . Интегратор 20 выдает на выходе напряжение треугольной формы при постоянном наклоне (крутизне). Крутизна напряжений U> и 0 выбирается следующим образом: принимается fc =

= 50 5 Гц, в момент временй t когда Uqq = 0 (фиг.За), должно выполняться условие 0 os, период биений остается неизменным.

Скорость изменения длительности импульса 0 < определяет скорость, с которой передний фронт импульса U генератора должен приближаться к йередиему фронту импульса U напряжения сети, начиная со сдвига по фазе в 180 и до О, В случае, если передний фронт импульса напряжения генератора U опережает в. своем движении задний фронт импульса 0 (фиг ° ЗЮ) что означает превышение заданной величины скольжения, на выходе элемента И 30 блока формирования команд УПравления 7 формируется импульс

0 о, длительность которого определяется сдвигом во времени между перед ним фронтом импульса U< и задним фрон", том импульса Ug . Временные диаграммы на Фиг.3 даны s произвольном масштабе.

Измерение и подгонка частоты синхронизируемого генератора начинается.при сдвиге фаз между напряжениями сети U и генератора Я2, равном ,1800 .

Поэтому на первый вход элемента

И 30 подается импульс напряжения сети 0 . Интенсивность управляющего воздействия да изменение оборотов синхронизируемого генератора со.стороны механизма 8 в данном случае пропорциональна длительности импульса с выхода элемента И 30.

Для получения необходимбй интенсив-. ности управляющего воздействия на изменение оборотов импульс 0 О расширяется расширителем 32 в К раз до длительности импульса 0 и по1023525 дается на второй вход механизма "изменения оборотов генератора 8..

Случай, рассмотренный на фиг.Зо .соответствует формированию команды на уменьшение оборотов генератора.

Если передний фронт импульса на пряжения генератора Ug отстает от заднего фронта импульса Ug„, то в этом случае импульс, длительность которого пропорциональна отклонению от заданной величины скольжения, fO формируется на выхсще расширителя 31 и подается на первый вход механизма изменения оборотов генератора 8.

B этом случае обороты генератора увеличены. 15

Для получения импульса на выходе схемы И 29, длительность кото-. рого определяешься сдвигом во време,ни между передним фронтом импульса генератора U и эаданньм фронтом им- 2() пульса 0 {фкг.34), импульсы -0< и

Ugq необходимо подать на входы схе,мы И 29 соответственно через схе мы НЕ 28 и 27. Расширители 31 и 32, . в частности, могут включать в себя два генератора линейно изменяющихся напряжений и компаратор. По переднему фронту импульса 0 (или Ь 9) (фиг.ЗД и 8 ) запускается первый-генератор линейно изменяющегося напря.жения, который формирует напряже- ЗО ние. О к {или 0Ц ) . По окончании импульса 0, (U ). напряжение 0y+

{UQ ) запоминается, Задним фронтом импульса 0 р (0 9) запускается второй генератор линейно измеиякщегося N напряжения, формирующий на выходе напряженке 0, (0 ).. В момент равенства напряжений 05< и 0 компара тор расширителя мейяет свое состояние.

Таким образом, передний фронт им- 4() пульса 0 (U ) расширителя соответствует началу разворота напряжения

0 .{ а задний — моменту равенства нан пряжейий 0 и 0 а. По заднему фронту импульса 09< (09 ) оба генератора 45 линейно изменякщихся напряжений расширителя возвращаются в исходные сос тояния.

Меняя скорость иэменекия (наклон) напряжений 0 (0, ), можно регулировать коэффициент расширения К, а значит к интенсивность управлякщего воздействия на изменение оборотов синхронизируемого генератора.

Команда на увеличение оборотов ге-. нератора на первый вход механизма изменения оборотов 8 снимается с выхода схемы ИЛИ 5 в том случае, когда .й.с f e и в случае, когда фактическая величина скольжения ниже заданной, что соответствует наличию 9) импульса на первом выходе блока формирования команд управления 7.

Соответствие допустимому отклонению фактической величины скольжения определяется с.помощью ждущих мультквибраторов 33 и 34. Первый из. нкх запускается задним фронтом импульса Ug с первого выхода блока б, а второй - передним фронтом импульса

U напряжения генератора (фиг.4к):, максимальная ширина поля допускаравна сумме длительностей импульсов

U> и 0 4, снимаемых с выхода мультквибраторов 33 и 34. На втором вы- оде блока формирования команд 7 .формируется команда на включение выключателя генератора только в том случае, если передний фронт импульса напряжения с выхода ждущего мультквибратора 34, который соответствует переднему фронту импульса напряжения генератора 0к, приходит на второй вход схемы,M 35 в том момент времени, когда на кервом входе элемента И 35 присутствует импульс с выхода ждущего мультивкбратора 33, а на третьем входе элемента Н 35— импульс напряжения U со второго выхода блока б.

Длительность импульса U g опреде ляет сдвиг по фазе между напряжениями сети Щ и генератора Uy, при котором нужно. выдать команду íà включение выключателя генератора.Длительность импульса U определяется собственнык временем включения выключателя генератора к для каждого кон кретного значения скольжения должна быть строго фиксированной..Только в этом случае включение генератора (замыкание силовых контактов выключателя) произойдет в момент времени, когда сдвиг фаз между напряжениями

U< и 0 будет равен О. Так как величина скольжения может в допустимых пределах отличаться .от заданной, то предусмотрена коррекция длительности импульса 0<< по величине скольжения.

Эта коррекция осуществляется с помощьв фильтров 22 и 23,.суююатора 24, задатчика длительности импульса 2б к сравнивакщего .устройства 25. Принцип коррекции поясняется с помощью фиг.48, где в цроизволъном масштабе . дани временные диаграммы работы корректирукщей.части блока б. Фильтры 22 к 23 .позволяют получить на выходе напряжение, пропорциональное длительности импульсов íà выходе расширителей 33 илк 32, а значкт и-отклонению от заданной величины .скольжения.

Напряжения на выходе фильтров 22 к 23 имеют разную полярность. Напряжение иа выходе сумматора 24 пропорционально отклойению скольжения от заданного значения. Напряжение 0 4 подается на один вход оравнивакщего устройства, другой вход которого подключен к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения 20. Передний фронт импульса Uy+ по времени совпадает с передним фронтом импульса напряжения сети U, а задний формируется в

25 момент времени, когда напряжение U равно U<4. На фиг.4 Кимпульсы U соответствуют случаю, когда скольжение меньше заданного, а импульсы

U < — случаю, когда скольжение превышает заданное. 5

Сформированная на выходе элемента

И 25 команда на включение подается на второй вход элемента И 4, на первый вход которой приходит сигнал, несущий информацию о знаке разности частот. 10

Элемент И 4 выдает команду на линию включения 9 только в том случае, ес.ли f<> f и отклонение скольжения от заданного лежит в допустимых пределах. 15

Предлагаемый синхронизатор имеет по сравнению с прототипом следующие преимущества: измерение производится в течение каждого периода частоты сети, что повышает точность синхронизатора; быстродействие синхронизатора повышается, так как регулирование оборотов генератора ведется непрерывно в процессе измерения скольжения и интенсивность воздействия на изменение оборотов зависит от величины отклонения скольжения от заданного уровня; улучшается сам процесс регулирования, так как введение двух расширителей позволяет легко получить нужную интенсивность воздействия на изменение оборотов генератора и позволяет существейно уменьшить перерегулирование ; угол включения, при котором выдается команда на включение выключателя.генератора, корректируется по отклонению скольжения.от заданной величины; включение генератора на параллельную работу осуществляется при f > f,. что улучшает качество переходного процесса, возникающего при включении генератора на параллельную работу; исключен режим зависания, возникающий при синхронном несинфазном вращении двух генераторов, имеющих жесткие скоростные характеристики.

I!

Vlf

И ю. 2023525

С !

С

Ill

И

U1

UZ U2l

Составитель И.Мирошников

Редактор Л.Поврав Техред:И.Костик Корректор А. Ференц

Заказ 4230/43 Тираж.617 Нодаисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

113035, Москва, X-35, Раушская наб .; д. 4/5

Филйал ППП Патеит, r. Óèãîðîä, ул. Проектная, 4