Импульсный синхронизатор

 

1. ИМПУЛЬСНЫЙ СИНХРОНИЗАТОР , содержащий блок управляющих импульсов с входами для подключения к напряжениям сети и генератора, состоящий из формирователей импульсов на входах и элемента И, и блок включения, выполненный на формирователе вспомогательных импульсов , трех элементах И и цифровом компараторе , причем в блоке управл-яющих импульсов выходы формирователей импульсов подключены на вход элемента И, в блоке включения выход формирователя вспомогательных импульсов подключен к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к основному входу цифрового компаратора, а выход - к первому входу третьего элемента И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены выявитель знака скольжения и переключатель каналов с выходами большей и меньшей частоты, которые включены последовательно между блоком управляющих импульсов и блоком включения, в блок включения введены формирователь основных импульсов и элемент задержки, причем формирователь основных импульсов подключен к выходу меньшей частоты переключателя каналов, а выход формирователя основных импульсов - к первому входу первого элемента И и к входу формирователя вспомогательных импульсов, вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходу больщей частоты переключателя каналов, выход первого элемента И (Л подключен к второму входу третьего элемента И, а также через элемент задержки - на сбрасывающий вход цифрового компаратора , выход третьего элемента И блока включения подключен в цепь включения выключателя генератора. го О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ1072176

Здц Н 02 J 3/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю 3

К) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3440780/24-07 (22) 21.05.82 (46) 07.02.84. Бюл. № 5 (72) В. В. Гайдамашко, H. И. Григоров, Б. Т. Кононов и А. Е. Церковный (53) 621.316.729 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 438080, кл. Н 02 J 3/42, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 739688, кл. Н 02 J 3/42, 1977. (54) (57) 1. ИМПУЛЬСНЫЙ СИНХРОНИЗАТОР, содержащий блок управляющих импульсов с входами для подключения к напряжениям сети и генератора, состоящий из формирователей импульсов на входах и элемента И, и блок включения, выполненный на формирователе вспомогательных импульсов, трех элементах И и цифровом компараторе, причем в блоке управляющих импульсов выходы формирователей импульсов подключены на вход элемента И, в блоке включения выход формирователя вспомогательных импульсов подключен к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к основному входу цифрового компаратора, а выход — к первому входу третьего элемента И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены выявитель знака скольжения и переключатель каналов с выходами большей и меньшей частоты, которые включены последовательно между блоком управляющих импульсов и блоком включения, в блок включения введены формирователь основных импульсов и элемент задержки, причем формирователь основных импульсов подключен к выходу меньшей частоты переключателя каналов, а выход формирователя основных импульсов — к первому входу первого элемента И и к входу формирователя вспомогательных импульсов, вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходу большей частоты переклю- I чателя каналов, выход первого элемента И подключен к второму входу третьего элемента И, а также через элемент задержки— на сбрасывающий вход цифрового компара- % тора, выход третьего элемента И блока включения подключен в цепь включения выклю- Я чателя генератора.

М

1072176

2. Синхронизатор по п. 1, отличаюшийся тем, что выявитель знака скольжения выполнен на двух триггерах, элементе задерж. ки, двух элементах И и элементе ИЛИ, единичный вход первого триггера подключен к выходу элемента И блока управляющих импульсов, нулевой вход — к выходу элемента ИЛИ и единичный выход через элемент задержки включен на второй вход первого и первый вход второго элементов И, при этом первый вход первого и второй вход второго элеменов И подключены к формирователям импульсов сети и генератора соответственно блока управляющих импульсоц выход первого элемента И включен на первый вход элемента ИЛИ и на единичный вход второго триггера, а выход второго элемента И включен на второй вход элемента

ИЛИ и на первый вход второго триггера, единичный и нулевой выходы которого подключены к входам переключателя каналов.

3. Синхронизатор по п. 1, отличающийся тем, что переключатель каналов выполИзобретение относится к электроэнергет; ке, в частности, к автоматической синхронизации синхронных генераторов, и может быть использовано для включения их на параллельную работу между собой и сетью.

Известно устройство для автоматической синхронизации генераторов переменного тока, содержашее формирователи импульсов, триггеры, элементы И, ИЛИ и реле времени и формирующее команду на включение генераторного выключателя с постоянным углом опережения (1).

Основным недостатком известного устройства является неизменная уставка (30 эл. град) по углу опережения при частоте генератора больше частоты сети — угол строится в сторону запаздывания, что существенно сужает область применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является импульсный синхронизатор, состояший из блока управляющих импульсов, содержащего два формирователя основных импульсов, которые включены на напряжение генератора и сети соответственно, и элемент И, и блока включения, содержащего два субблока контроля частоты и. элемент ИЛИ, причем в состав каждого субблока контрдля частоты входит формирователь вспомогательных

I5

25 нен Hd четырех элементах И и двух элементах ИЛИ, первый вход второго и второй вход .третьего элементов И подключены на единичный выход второго триггера выявителя знака скольжения, второи вход первого и первый вход четвертого элементов И подключены на нулевой выход этого же триггера, при этом, первые входы первого и третьего элементов И подключены к выходу формирователя импульсов сети блока управляющих импульсов, а вторые входы второго и четвертого элементов И вЂ” к выходу формирователя импульсов генератора блока управляющих импульсов, выходы первого и второго элементов И подключены через первый элемент ИЛИ к блоку включения на вход формирователя основных импульсов и образуют выход меньшей частоты переключателя каналов, а выходы третьего и четвертого элементов И через второй элемент

ИЛИ подключены к блоку включения на вторые входы его первого и второго элементов И и образуют выход большей частоты переключателя каналов. импульсов, подключенный выходом к промежуточному элементу И, выход которого подключен к входу цифрового компаратора, и выходной элемент И, вход которого подключен к выходу цифрового компаратора (2).

Основным недостатком импульсного синхронизатора является низкая точность. Этот недостаток связан со сложностью настройки на расчетную длительность импульсов на выходе двух формирователей основных и двух формирователей вспомогательных импульсов. Кроме того, недостатком является также сложность блока включения, который содержит два одинаковых субблока контроля частоты.

Цель изобретения — повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что импульсный синхронизатор, содержащий блок управляющих импульсов с входами для подключения к напряжениям сети и генератора, состоящий из формирователей импульсов на входах и элемента И, и блок включения, выполненный на формирователе вспомогательных импульсов, трех элементах

И и цифровом компараторе, причем в блоке управляюших импульсов выходы формирователей импульсов подключены на вхол элемента И, в блоке включения выход фор1072176 мирователя вспомогательных импульсов подключен к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к основному вхо-, ду цифрового компаратора, а его выход подключен к первому входу третьего элемента, снабжен выявителем знака скольжения и переключателем каналов с выходами большей и меньшей частоты, которые включены последовательно между блоком управляющих импульсов и блоком включения, в блок включения введены формирователь основных импульсов и элемент задержки, причем формирователь основных импульсов подключен к выходу меньшей частоты переключателя каналов, а выход формирователя основных импульсов — к первому входу пер-, вого элемента И и к входу формирователя вспомогательных импульсов, вторые входы первого и второго элементов И подключены к выходу большей частоты переключателя каналов, выход первого элемента И подключен к второму входу третьего элемента

И, а также через элемент задержки — на сбрасывающий вход цифрового компаратора, выход третьего элемента И блока включения подключен в цепь выключателя генератора.

Выявитель знака скольжения выполнен на двух триггерах, элементе задержки, двух элементах И и элементе ИЛИ, единичный вход первого триггера подключен к выходу элемента И блока управляющих имя ьсов, нулевой вход — к выходу элемента ViJIH u единичный выход через элемент задержки включен на второй вход первого и на первый вход второго элементов И, при этом первый вход первого и второй вход второго элементов И подключены к формирователям импульсов сети и генератора соответственно блока управляющих импульсов, выход первого элемента И включен на первый вход элемента ИЛИ и на единичный вход второго триггера, а выход второго элемента И вклю чен на" второй вход элемента ИЛИ и на нулевой вход второго триггера, единичный и нулевой выходы которого подключены к 40 входам переключателя каналов.

Переключатель каналов выполнен на, четырех элементах И и двух элементах ИЛИ, первый вход второго и второй вход третьего элементов И подключены на единичный вы- ход второго триггера выявителя знака сколь45 жения, второй вход первого и первый вход четвертого элементов И подключены на ну-, левой выход этого же триггера, при этом первые входы первого и третьего элементов

И подключены к выходу формирователя им- о пульсов сети блока управляющих импульсов, а вторые входы второго и четвертого элементов И вЂ”. к выходу формирователя импульсов генератора блока управляющих импульсов,, выходы первого и второго элементов И подключены через первый элемент ИЛИ к бло- 55 ку включения на вход формирователя основных импульсов, образуя выход меньшей частоты переключателя каналов, а выходы третьего и четвертого элементов И через второй элемент ИЛИ подключены к блоку включения на вторые входы его первого и второго элементов И, образуя выход большей частоты переключателя каналов.

На фиг. 1 представлена структурная схе/ ма предлагаемого синхронизатора; на фиг. 2временные диаграммы, поясняющие принцип действия предлагаемого синзронизатора.

Устройство (фиг. 1) содержит блок 1.1 управляющих импульсов, выявитель 1.2, знака скольжения, переключатель 1.3, каналов блок 2 включения, зажимы 3 и 4 для подключения на напряжения сети и генератора, соответственно, формирователи 5 и 6 импульсов сети и генератора блока управляющих импульсов соответственно, элемент И

7 блока управляющих импульсов, первый триггер 8 выявителя знака скольжения, элемент 9 задержки входного блока, первый и второй элементы И 10 и 1 выявителя знака, скольжения, элемент ИЛИ 12 выявителя знака скольжения, второй триггер 13 выявителя знака скольжения, первый, второй третий и четвертый элементы И 14, 15, 16 и 17 переключателя каналов, первый и второй элементы ИЛИ 18 и 19 переключателя каналов, формирователи 20 и 21 основных и вспомогательных импульсов соответственно, первый и второй элементы И 22 и 23 блока включения, элемент 24 задержки блока включения, цифровой компаратор 25, третий элемент И 26 блока включения, зажимы 28 и 29 для подачи сигналов на изменение уставок по углу опережения и ио допустимой разности частот соответственно.

Формирователи 5 и 6 импульсов сети и генератора соответственно и элемент И образуют блок 1.1 управляющих импульсов.

В состав выявителя 1.2 знака скольжения входят первый 8 и второй 13 триггеры, элемент 9 задержки, первый 10 и второй 11 элементы И, элемент ИЛИ !3.

Переключатель 1. 3 каналов состоит из первого 14, второго 15, третьего 16 и четвертого 17 элементов И, первого 18 и второго 19 элементов ИЛИ.

Блок 2 включения включает в себя формирователь 20 основных импульсов, формирователь 21 вспомогательных импульсов, первый 22, второй 23 и третий 26 элементы И, элемент 24 задержки, цифровой компаратор 25.

Напряжение сети 3 и генератора 4 подается в блок 11 управляющих импульсов на входы формирователей 5 и 6 импульсов сети и генератора соответственно. В блоке

1.1 управляющих импульсов формирователь

5 импульсов сети своим выходом подключен

1072176 на первые входы элемента И 7 блока 1.1 управляющих импульсов, первого 10 элемента И выявителя 1.2 знака скольжения, первого 14 и третьего 16 элементов И переключателя 1.3 каналов, а формирователь 6 импульсов генератора своим выходом подключен на вторые входы элемента И 7 блока

1.1 управляющих импульсов, второго 11 и четвертого 17 элементов И выявителя 1.2 знака скольжения, четвертого 17 элемента И переключателя 1.3 каналов. Выход элемента

И 7 блока управляющих импульсов подключен на единичный вход первого триггера 8 выявителя 1.2 знака скольжения, единичный выход триггера 8 через элемент 9 задержки подключен на второй вход первого 10 и первый вход второго 11 элементов И выявителя 1.2 знака скольжения. Выходы первого

10 и второго 11 элементов И включены непосредственно на единичный и нулевой соответственно входы второго триггера 13, а через элемент ИЛИ 12 выявителя 1.2 знака скольжения на нулевой вход первого триггера 8. Единичный выход второго триггера 13 включен на первый вход второго 15 и второй вход третьего 16 элементов И переключателя 1.3 каналов, а нулевой выход второго триггера 13 включен на второй вход первого

14 и первый вход четвертого 17 элементов И переключателя каналов. Выходы первого 14 и второго 15 элементов И через первый 18 элемент ИЛИ переключателя каналов подключен к блоку 2 включения на вход формирователя 20 основных импульсов, Выходы третьего 16 и четвертого 17 элементов И через второй элемент 19 ИЛИ выявителя знака скольжения подключены к блоку включения на вторые входы его первого 22 и второго 23 элементов И.

В блоке включения выход формирователя 20 основных импульсов включен непосредственно на первый вход первого элемента 22 И, а через формирователь 21 вспомогательных импульсов — на первый вход второго элемента 23 И. Выход первого элемента 22 И включен через элемент 24 задержки на сбрасывающий вход цифрового компаратора 25 и непосредственно на второй вход третьего элемента 26 И. Выход второго элемента 23 И через основной вход цифрового компаратора 25 включен на первый вход третьего элемента 26 И, сигнал

27 с выхода которого подается на включение генератор ного вы кл юч ател я.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы, на которых индексы напряжений соответствуют номерам блоков.

В блоке управляющих импульсов формирователи 5 и 6 импульсов сети и генератора вырабатывают на своих выходах короткие прямоугольные импульсы Uq и U< в момент перехода соответствующих синусоид напряжения через фазовый угол 2,к. СинхронизаЕсли же частота сети f больше частоты генератора У, то в блоке управляющих импульсов на выходах формирователей 5 и 6 первым появится импульс сети U на первом входе первого элемента 10 И, обеспечивая появление импульса U,ð„на его выходе. Импульсом U> устанавливается в нулевое состояние первый триггер 8 и в единичное состоян ие второй тр и гге р 13: пер вый — через элемент ИЛИ 12, а второй — непосредственно.

Переход в нулевое состояние первого триггера 8, спустя время Г,, приведет к запиранию первого 10 и второго ll элементов

И, а высокий потенциал U<> на единичном выходе второго триггера 13 обеспечит прохождение в блок включения импульсов Uq меньшей частоты на вход формирователя 20 основных импульсов через второй элемент

15 И и первый элемент 18 ИЛИ переключателя каналов. тор начинает работать после совпадения импульсов Uq и U, на входе элемента И 7, который в момент совпадения своим выходным сигналом U устанавливает в единичное состояние первый триггер 8 выявителя знака скольжения. Спустя время"1 „определяемое элементом 9 задержки, разрешающий сигнал UI с выхода первого триггера 8 поступит в виде напряжения U> на второй

10 вход первого 10 и первый вход второго 11 элементов И выявителя знака скольжения.

Если часота сети f, меньше частоты генератора, на выходе формирователей 5 и 6 первым появится импульс генератора на втором входе второго элемента 11 И выявителя знака скольжения, обеспечивая появление импульса на его выходе. Импульсом уста. навливаются в нулевое состояние первый 8 и второй 13 триггеры: первый — через элемент ИЛИ 12, а второй — непосредственно.

Переход в нулевое состояние первого триг20 гера 8,спустя время, приведет к исчезновению разрешающего потенциала U с выхода элемента 9 задержки на входах первого 10 и второго 11 элементов И и их запиранию. Высокий потенциал с нулевого выхода второго триггера 13 выявителя знака скольжения (на фиг. 2 ему соответствует низкий потенциал U

35 переключателя каналов на вторые входы первого 22 и второго 23 элементов И блока включения в виде сигналов.

1072176

1 7

При этом импульсы Ug большей частоты попадут в блок включения через третий элемент 16 И и второй элемент 19 ИЛИ переключения каналов на вход первого 2 и второго 23 элементов И блока включения.

Таким образом, независимо от знака неравенства f, 4 f, больше или меньше, в блок включения на вход формирователя

20 импульсов проходят импульсы меньц)ей частоты, а на входы первого 22 и второго 22 элементов И вЂ” импульсы большей частоты.

Длительность е импульсов Цв на выходе формирователя, 20 основных импульсов устанавливается путем изменения уставки 28 так, чтобы обеспечивался требуемый угол опережения в в соответствии с выраженимо (1) гдеГ„ — длительность периода меньшей частоты.

По заднему фронту основных импульсов

Uqq запускается формирователь 21 вспомогательных импульсов. Длительность вспомогательных импульсов U устанавливается путем изменения уставки так, чтобы синхронизатор срабатывал только при допустимых значениях разности частот

Ь|=/6- Д<д „,„ ()

Оценку разности частот производит в блоке включения цифровой компаратор 25 путем подсчета числа совпадения вспомогательных импульсов Uq>, имеющих меньшую из частот fc и и поступающих на первый вход второго элемента 23 И, с импульсами U

f, и f, и поступающих на второй вход этого элемента И. С течением времени импульсы Цв как бы «шагают» по вспомогательным импульсам Uq от их заднего фронта к переднему. Так как величина одного шага определяется длительностями периодов меньшей Т«и большей Тд частот т =Т вЂ” Т= — "=, (3)

Ю 1и ьУ н е Гз4 1ю и то число совпадений (число шагов) N, очевидно, равно р е в е в (4)

Значит, неравенство (2) можно преобразовать к виду

N >Хдвд (5)

Если условие (5) выполняется на выходе цифрового компаратора 25, то появляется сигнал U», поступающий на первый вход третьего 26 элемента И, Команда Uqq на включение генераторного выключателя формируется в тот момент, когда импульс Ug большей частоты, «поки- нув» пределы вспомогательного импульса U вД совпадает с основным импульсом Uzz. При выполнении условия (5), эквивалентного условию (2), эта команда через третий элемент

26 И блока включения в виде импульса U < попадает на генераторный выключатель.

Через элемент 24 задержки блока включения, спустя время задержки Г, сигналом Uqq производится сброс цифрового компаратора 25.

Если разность частот af превышает допустимое значение, то условие (5) не выполняется и сигнал на выходе цифрового компаратора 25 не появляется. В результате третий элемент 26 И блока включения к моменту прихода импульса Ua оказывается

1р. неподготовленным по первому входу и команда на включение не проходит. Цифровой компаратор 25 и в этом случае сбрасывается импульсом Uqg, спустя время задержки Г Цифровой компаратор 25 может быть реализован на счетчике, дешифраторе и тригр

Предлагаемый синхронизатор может быть выполнен на базе интегральных микросхем любой серии, содержащей в своем составе триггеры, счетчики, дешифраторы и логические элементы И вЂ” НЕ, ИЛИ вЂ” НЕ.

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого импульсного синхронизатора заключается в следующем.

Применение в импульсном синхронизаторе выявителя знака скольжения и переключателя каналов, последовательно включенных с блоком управляющих импульсов, позволило выполнить блок 2 включения одноканальным, что повысило точность работы синхронизатора в целом, а также позволило уп- ростить блок 2 включения, уменьшить в два раза количество настраиваемых формирователей импульсов, и, как следствие, упростить и ускорить настройку синхронизатора.

Из выражения (!) следует, что в случае, когда длительность импульсов о на выходе формирователя 20 основных импульсов отличается от расчетного значения енес« > определяемого по формуле имеет место ошибка пб углу опережения Ь da

Величина этой ошибки определяется в соответствии с выражением 4= -ф- — (4 г — o ) (7)

У устройства автоматической синхрониза ци и, выбранного в качестве прототипа, при неточностях в настройке формирователей основных импульсов при различных знаках угловой частоты скольжения угол опережения будет отличаться по величине, что отрицательно скажется на характере протекания процесса синхронизации.

Из выражений (4) и (5) следует, что неточность в настройке формирователей вспомогательных импульсов приводит к ошибке в определении числа совпадений импульсов, а это в свою очередь может вызвать формирование команды на включение выклюЫ чателя генератора в случае, когда величина угловой частоты скольжения превышает допускаемое значение. Очевидно, что это мо1072176

V (22 2Б 21

Составитель К. Фотииа

Редактор П.Макаревич Техред И. Верес Корректор М. Демчик

Заказ 1! 584/47 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! I 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 жет повлечь за собой серьезные возмущения в системе электроснабжения и даже привести к выпадению генераторов из синхронизма.

Преимуществом изобретения является и более простая эксплуатация устройства синхронизации, особенно его настройка. В процессе настройки удается существенно снизить трудоемкость операции и уменьшить затраты времени на собственно настройку.

Обозначив длительность настройки од- 10 ного формирователя импульсов Т4 и учитывая, что формирователи основных и вспомогательных импульсов не, имеют принципиальных значений, определим величину выигрыша во времени как

10 (Тлояг+4Ту + ЗТнер + Твоа),— (T -++Тпер + Твоа) = 2Т4ю + 2T p (p) где Т,Т - время подготовки синхронизатора к измерениям и время восстановления его исходного положения после измерений, соответственно;

Тлел- время перехода от настройки одного формирователя к настройке другого формирователя.

В относительных единицах выигрыш во времени Кт составит Гщщ + 4 Еi+ 3 Таею + T вос т гва» + 2 та, + тсну 4 г воа

=2

У поскольку при использовании специальных стендов будет всегда обеспечено неравенство.