Автоматический регулятор частоты генерируемого напряжения

 

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ЧАСТОта ГЕНЕРИРУЕМОГО НАПРЯХ(ЕНИЯ, содержащий формирователь прямоугольных импульсов, соответствующих регулируемой частоте, генератор импульсов эталонной частоты, к выходу котррого подключена первая логическая схема И, второй вход которой соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, а выход подключен к взсоду прямого счета счетчика импульсов, вторую логическую схему И, выходную логическую схему И, отлич ающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, он снабжен схемой анализа состояний счетчика, делителем эталонной частоты и одновибратором , а счетчик снабжен дополнительным входом обратного счета, подключенным к выходу второй логической схемы И, к второму входу которой подключен делитель эталонной частоты, соединенный с генератором импульсов эталонной частоты, к первому входу второй логической схемы И подключен формирователь прямоугольных импульсов , выход которого через одновибратор соединен с входом начальной уста (Л новки счетчика импульсов, вызсоды которого подключены к входам схемы анализа состояний счетчика, выход которой подключен к одному из входов выходной логической схемы И, другой вход которой соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, о а выход выходной логической схемы И является выходом устройства. X) ND ;о о

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11);

3(511 Н 02 P 9 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3378196/24-07 (22) 29.12.81 (46) 15.05.84. Вюл. 11 18 (72) В.А.Бабушкин и М.Я.Каплан (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электроагрегатов и передвижных электростанций (53) 621.313 ° 322.072.6 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 443450, кл. Н 02 Р 9/04, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 525218, кл. Н 02 Р 9/04, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

В 562050, кл. Н 02 P 9/04, 1977 ° (54) (57) АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР

ЧАСТОТИ ГЕНЕРИРУЕМОГО НАНРЯКЕНИЯ, содержащий формирователь прямоугольных импульсов, соответствующих регулируемой частоте, генератор импульсов эталонной частоты, к выходу которого подключена первая логическая схема И, второй вход которой соединен с выходом Формирователя прямоугольных импульсов, а выход подключен к входу прямого счета счетчика импульсов, вторую логическую схему И, выходную логическую схему И, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, он снабжен схемой анализа состояний счетчика, делителем эталонной частоты и одновибратором, а счетчик снабжен дополнительным входом обратного счета, подключенным к выходу второй логической схемы И, к второму входу которой подключен делитель эталонной частоты, соединенный с генератором импульсов эталонной частоты, к первому входу второй логической схемы И подключен формирователь прямоугольных импульсов, выход которого через одновибра- щ

С тор соединен с входом начальной установки счетчика импульсов, выходы которого подключены к входам схемы анализа состояний счетчика, выход ко- С. торой подключен к одному из входов выходной логической схемы И, другой Я вход которой соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, а выход выходной логической схемы И является выходом устройства.

1092690

Изобретение относится к автоматизации режимов работы электроагрегатов переменного тока и может быть использовано для стабилизации частоты передвижных электроагрегатов, в частности с приводом генератора от карбюраторных двигателей внутреннего сгорания.

Известны автоматические регуляторы частоты, реагирующие на отклонение частоты от номинальной, но имеющие недостаточную чувствительность и быстродействие за счет использования аналоговых принципов . измерения отклонения частоты от заданной (l) и (2), 15

Наиболее близким по технической сущности.к изобретению является регулятор частоты, в котором определение отклонение частоты от номинальНоА производится с IIQMQ+bI0 TQBHbIz цифровых принципов.

Известный регулятор частоты содержит формирователь прямоугольных импульсов, соответствующих регули-. руемой частоте, генератор. импульсов эталонной частоты, к выходу которого подключена первая логическая схема

И, второй вход которого соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, .а выход подключен ко входу прямого счета счетчика импульсов, вторая логическая схема И, выходная логическая схема И (3).

Однако этот регулятор частоты не может обеспечить высокую чувстви-! . тельность к отклонению частоты, точ-. З5 ность ее поддержания и быстродействие, так как скважность импульсов, IIo ступающих со схем совпадения на аналОговый преобразователь при малых отклонениях частоты, очень велика: 40 при отклонении частоты от номинальной на 1% скважность импульсов равна

100„ при отклонении на 2% скважность импульсов равна 50 и т.д . Исполнительное устройство, например электро-45 магнит регулятора частоты, не может обеспечить качественное регулирование при такой большой скважности импульсов. Поэтому необходимо вводить в регулятор частоты еще аналоговый преобразователь, который уменьшает точность и быстродействие системы ,регулирования.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия автоматического регулятора частоты.

Поставлеиная цель достигается тем, что автоматический регулятор частоты, генерируемого напряжения, содержавший Формирователь прямоугольных импульсов, соответствующих ре- 60 гулируемой частоте, генератор импульсов эталонной частотм, к выходу которого подключена первая логическая схема И, второй вход которой соединен с выходом форвеирователя пря-65 моугольных импульсов, а выход подключен ко входу прямого счета счетчика импульсов, вторую логическую схему И, выходную логическую схему И, снабжен схемой анализа состояний счетчика, делителем эталонной частоты и одновибратором, а счетчик снабжен дополнительным входом обратного счета, подключенным к выходу второй логической схемы И, к второму входу которой подключен делитель эталонной частоты, соединенный с генератором импульсов эталонной частоты, к первому входу второй логической схемы И подключен формирователь прямоугольных импульсов, выход которого через одновибратор соединен с входом начальной установки счетчика импульсов, выходы которого подключены к входам схемы анализа состояний счетчика, выход которой подключен к одному из входов выходной логической схемы И, другой вход которой соединен с выходом формирователя прямоугольных импульсов, а выход выходной логической схемы И является выходом устройства. !

На фиг. 1 приведена структурная схема автоматического регулятора частоты; на фиг. 2 †.временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства. устройство содержит формирователь прямоугольных импульсов 1, преобра зовывающий синусоидальное напряжение с частотой, генерируемой объектом управления, в прямоугольные импульсы (фиг.2), генератор импульсов эталонной частоты 2, включенный через делитель 3 и логические схемы И 4 и 5 на входы прямого счета +1 и обратного счета -1 счетчика импульсов б, и логическую схему 7 анализа состояний счетчика 6, а такие одновибратор 8, являющийся схемой начальной установки счетчика б, подключенный к входу начальной установки (НУ) счетчика и выходную логическую схему И 9. Выходом устройства является выход логической схемы И 9.

Электроагрегат вырабатывает напряжение с частотой f, которое подается на вход формирователя прямоугольных импульсов 1 °

По переходу синусоиды напряжения через нулевое значение формирователь 1 формирует прямоугольные импульсы с периодом Т = 1/f, поступающие на входы схем И 4 и 5, управляя их состоянием.

В течение одной полуволны входного сигнала, соответствующей первой половине периода Т (фиг.2) схема И 4 пропускает счетные импульсы от генератора 2 на вход +1 реверсивного счетчика 6. В этот момент схема И открыта управляющим сигна лом с формирователя 1, а схема И 5 1092690 закрыта. Для э =ого, например, вход схемы И 5 инвертирует управляющий сигнал (подобное состояние логических схем И можно получить имея два выхода формирователя 1, импульсы йа которых проинвертиронаны друг отно- 5 сительно друга) . Во второй половине периода Т наоборот сигналом с формирователя 1 открыта схема И 5, а схема И 4 закрыта, т.е. схема

И 5 пропускает импульсы с делителя 3 на вход -1 реверсивного счетчика б. Одновременно по началу периода Т (по переднему фронту прямоуголь. ного управляющего импульса с формирователя 1) одновибратор 8 формирует короткий импульс, поступающий на вход НУ счетчика 6 и осуществляющий установку его в исходное состояние. С той же целью (в качестве схемы начальной установки счетчика б) могут использоваться другие устройства такие, как худущий мультивибратор, формирователь коротких импульсов и т.п.

На вход прямого счета +1 в первой половине периода Т поступают с генератора эталонной частоты 2 импульсы с периодом То через открытый логический элемент Й 4, и к началу второй половины периода T счетчик б отсчитывает от исходного состояния 30 (що) количество импульсов, равное

Т/2То. В первой половине периода Т логический сигнал на выходе устройства не зависит от состояний счетчика б, которые определяют значение 35 выходного сигнала схемы анализа 7, так как логическая схема И 9 по ее инвертирующему входу закрыта логическим сигналом (единичным) с формирователя 1.

Во второй половине периода Т логическая схема И 4 закрыта, схема

И 5 открыта и выходная схема И 9 также открыта. Счетные импульсы с генератора 2 в этом случае, пройдя через делитель частоты 3, расширяются в К раз (К равно коэффициенту деления делителя 3) и через логическую схему И 5 поступают на вход обратного счета -1 счетчика б и вычитаются из отсчитанного по входу +1 числа Т/2То, т.е. с учетом исходного состоянйя mо из состояния счетчика mo+Т/2То.

Логическая схема анализа состояний счетчика 7, представляющая собой 55 в простейшем исполнении схему совпадения с иньертирующим выходом, включенную на определенное число (от Ь до и) последних выходов (() ...Я„) счетчика б, анализирует две области 60 состояния счетчика m > 1 и m (1, где m - -текущее состояние счетчика.

Граница областей 1 равна числу

+ 2п-"+ ... 2 (фиг. 1), где Ь и n - целые числа, обозначающие ноЯ мера выходов счетчика в порядке возрастания их несон.

Количество последних выходов счетчика 6, подключенных к схеме совпадения (n-b) зависит от значения

1+m, =1, где 1 — фиксированная величйна, а m начальное состояние счетчика и определяется из соотношения 2" + 2" + ... + 2 = 1 + m..

Например, при 1=1=3072..: (щ =О). Из соотношения 2 + 2" + ... + 2 =3072 определяем и 3072=2"" +2 о, следовательно n=ll, n-l=b 10. Из этого следует, что к схеме совпадения должны быть подключены 10-igA и 11-ый выходы двенадцатиразрядного счетчика с нумерацией от 0 до 11 разряда, а в качестве схемы анализа состояния счетчика может быть использована двухвходовая схема совпадения. Когда m>1 на выходе схемы 7 одно значение логического сигнала (нулевой уронень), а прн m <1 — другое (единичный уровень) .

На выход устройства логический сигнал со схемы 7 проходит через схему И 9, которая пропускает снгнал со схемы 7 только но второй полонине периода Т.

Параметры регулятора частоты (частота эталонного генератора 2, коэффициент деления делителя 3, емкость счетчика б, значение що) выбираются такими, чтобы при номинальной частоте напряжения, поступающего на вход формирователя 1, момент m=1 приходился на середину второй половины периода Т. Как видно величина 1

1 параметры элементов регулятора при этом связаны соотношением 1 =

Т1 T o

= —" — — + m, где К вЂ” коэффи2То 4КТо о циент деленйя делителя частоты 3.

Тогда при отклонении регулируемой частоты в сторону ее уменьшения (длительность T и число Т/2То увеличиваются) состояния счетчика т (1 могут быть (н зависимости от величины отклонения) от середины нторого полупериода Т до его конца, а длительность импульса на выходе схемы 7, соответственно от Т =Т/4 до ". ==0 °

При отклонении регулируемой частоты в сторону ее увеличения (длительность Т и число T/2Tö уменьшаются) состояния счетчика m (1 .могут быть от начала второго полупериода до его середины, а длительность импульса на выходе 7, соответственно от =Т/2 до =T/4 °

При =-0 осущестнляется максимальное воздействие на механизм подачи энергоносителя с целью увеличения частоты (например, за счет сжатия пружины), а при =T/2 - максимальное воздействие с целью уменьшения частоты (например электромагнитом, растягивающим пружину).

1092690 дых. р У Уи

Ba/х. прпг Уw 7у

Рык.

apl4 f>> jl

Составитель O.Наказная

Редактор T.ÏàðÔåíoâà Техред О.Неце

Корректор А.Дзятко

Эаказ 3273/4 2 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Гасударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

При отклонениях частоты, близких к нулю, с выхода схемы 7 один раз за период на механизм топливоподачи энергоносителя поступают импульсы длительностью, близкой к =T/4 (ошибка дискретности, равная величине К То, ничтожна, так как Т р> Т ) .

Меняя коэффициент деления делителя частоты 3, можно выбрать любой диапазон отклонения частоты, в котором изменяется от 0 до Т/2, например в зоне л f=+1%f„. В выбранном диапазоне сохраняется линейность зависимости =2(аТ) . Вне выбранного диапазона длительность импульсов равна длительности на соответствующей границе диапазона, т.е. t =0 или i=Т/2.

Таким образом, предлагаемый автоматический регулятор частоты позволяет повысить быстродействие ре5 гулирующего воздействия (за счет исключения запаздывания аналогового преобразователя) до величины одного периода генерируемого напряжения, а также точность поддержания номи10 нальной частоты за счет линейной зависимости t =f(дТ) в заданной зоне, причем крутизна этой зависимости одинакова как при положительном, так и при отрицательном знаке отклонения частоты от номинальной, что позволяет обеспечить высокое качество переходных процессов.