Устройство для автоматического регулирования частоты и активной мощности

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЖРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ И АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, содержащее формирователь прямоугольных импульсов, счетчик импульсов, генератор имиульсо в эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу счетчика импульсов, первый одновибратор,R5 Триггер ,5 -вход которого подключен к выходу переполнения счетчика импульсов , а R-вход - к входу начальной установки счетчика импульсов к выходу первого одновибратора, управляемый одновибратор импульсов, дополнительный генератор импульсов, три логических элемента И, входы первого КЗ которых подключены соответственно к выходам управляемого одновибратора и формирователя прямоугольных импульсов , инвертор, выход которого подключен к первому входу второго логического элемента И, а вход соединен с первым входом третьего логического элемента И, при этом второй вход второго логического элемента И подсоединен к инверсному вьгходуКбтриггера , второй вход третьего логического элемента И - к прямому выходу R5 -триггера, третьи входы второго и третьего элементов И объединены и подключены к выходу дополнительного генератора импульсов, а выходы второго и третьего элементов И подключены через соответствующие дополнительные счетчики импульсов к выходным расширителям импульсов, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности по.ддержания заданной частота и распределения ак- . тивных нагрузок, устройство снабжено тремя логическими элементами ИЛИ, вторым итретьим одновибраторами, четвертым и пятым логическими элемента (Я ми И, измерителем отклонения загрузки генератора от равномерной, вьшолненным по схеме многолучевой звезды или многоугольника, компаратором напряжения , выпрямителем, причем выход |измерителя отклонения загрузки генератора от равномерной соединен с входами компаратора напряжения и со ел выпрямителя, выход которого подключен к входу управления управляемого одновибратора, выход компаратора насо пряжения подключен к первому входу со ;о - четвертого логического элемента И и первоьгу, выполненному инвертирующим, входу пятого логического элемента И, выходы четвертого и пятого логических элементов И подключены к соответствующим входам первого логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу инвертора, выходы второго и третьего одновибраторов подключены через второй логический элемент ИЖ к входу запуска управляемого одновибратора , выход которого подключен

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) g 1) Н 02 Р 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3489237 /24-07 (22) 13.09.82 .(46) 30.05.84. Бюл. № 20 (72) В.А. Бабушкин и N.ß. Каплан (71) Всесоюзный научно-исследовательский. и проектно-конструкторский институт электроагрегатов и передвижных электростанций (53) 621-316.728(088.8) (56) .1. Авторское свидетельства СССР № 928594, кл. Н 02 Р 9/04, 1980.

2 ° Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 3348070/24-07, кл. Н 02 Р 9/04, 1981. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ И АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, содержащее формирователь прямоугольных импульсов, счетчик импульсов, генератор импульсов эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу счетчика импульсов, первый одновибратор, х5— триггер, 5 -вход которого подключен к выходу переполнения счетчика импульсов, а -вход — к входу начальной установки счетчика импульсов к выходу первого одновибратора, управляемый адновибратор импульсов, дополнительный генератор импульсов, три логических элемента И, входы первого из которых подключены соответственно к выходам управляемого одновибратора и формирователя прямоугольных импульсов, инвертор, выход которого подключен к первому входу второго логического элемента И, а вход соединен с первым входом третьего логического элемента И, при этом второй вход второго логического элемента И подсоединен к инверсному выходуЯ5— триггера, второй вход третьего логического элемента И вЂ” к прямому выходу R5 -триггера, третьи входы второго и третьега. элементов И объединены и подключены к выходу дополнительного генератора импульсов, а выходы второго и третьего элементов И подключены через соответствующие дополнительные счетчики импульсов к выходным расширителям импульсов, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности поддержания заданной частоты и распределения активных нагрузок, устройство снабжена тремя логическими элементами ИЛИ, Р вторым и третьим одновибраторами, чет- ф вертым и пятым логическими элементами И, измерителем отклонения загрузки генератора от равномерной, выполненным по схеме мнаголучевой звезды или многоугольника, компаратаром напряжения, выпрямителем, причем выход ,измерителя отклонения загрузки генератора от равномерной соединен с входами компаратора напряжения и выпрямителя, выход которого подключен к входу управления управляемого адновибратора, выход компаратора напряжения подключен к первому входу четвертого логического элемента И и первому, выполненному инвертирующим, входу пятого логического элемента И, выходы четвертого и пятого логических элементов И подключены к соответствующим входам первого логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу инвертора, выходы второго и третьего одновибраторов подключены через второй логический элемент ИЛИ к входу запуска управляемого одновибратора, выход которого подключен

1095339 к первому входу третьего логического элемента ИЛИ, второй вход которого . объединен с входом второго одновибратора, выполненным инвертирующим, и входом третьего одновибратора и подключен к выходу формирователя,прямоугольных импульсов, причем выход инвертора подключен к входу первого одновибратора, выход третьего логиИзобретение относится к автомати ческому управлению режимами работы электрических систем и может быть использовано для астатического автоматического регулирования частоты при автономной работе и астатического регулирования частоты и активной мощности при параллельной работе.

Известно устройство для автоматического регулирования частоты по 10 астатическому закону, содержащее формирователь прямоугольных импульсов, два логических элемента И, генератор импульсов эталонной частоты, 05-триггер, одновибратор, генератор И импульсов, два счетчика и два расшиРителв импульсов (1) .

Это устройство не выполняет функций распределения активных нагрузок.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для автоматического регулирования частоты и активной мощности, содержащее формирователь прямоугольных импулЬсов, счетчик импульсов, генератор импульсов эталон,ной частоты, выход которого подключен к счетному входу счетчика импульсов, одновибратор, g5 -триггер,5—

&op, которого подключен к выходу пе30 реполнения счетчика импульсов, а

Я-вход к входу начальной установки счетчика импульсов и выходу одновибратора, управляемый одновибратор импульсов, дополнительный генератор импульсов, три логических элемента

И, выходы первого из которых подключены соответственно к выходу управляемого одновибратора и к выходу формирователя прямоугольных импульсов, 40 ,выход которого подключен к первому входу второго логического элемента И, ческого элемента ИЛИ подсоединен к второму входу пятого логического ,элемента И, выход первого логического элемента И вЂ” к второму входу четвертого логического элемента И, а первый вход первого логического элемента И, подключ нный к выходу управляемого одновибратора, выполнен инвертирующим. а вход соединен с первым входом третьего логического элемента И, при этом второй вход второго логического элемента И подсоединен к инверсному выходу R5-òðèããåðà, второй вход третьего логического элемента И к прямому выходу RS --триггера, третьи входы второго и третьего элементов И объединены и подключены к выходу дополнительного генератора импульсов, а выходы второго и третьего элементов И подключены через соответствующие дополнительные счетчики импульсов к выходным расширителям импульсов (2) .

Известное устройство осуществляет регулирование частоты и распределение активных нагрузок по статическим нагрузочным характеристикам, в связи с чем имеет невысокую точность распределения нагрузок.

Цель изобретения — повышение точности поддержания заданной частоты и распределения нагрузок путем обеспечения астатического закона регулирования частоты и активной нагрузки..

Поставленная цель достигается тем, что устройство для автоматического регулирования частоты и активной мощности, содержащее формирователь прямоугольных импульсов, счетчик импульсов, генератор импульсов эталонной частоты, выход которого подключен к счетному входу счетчика импульсов, первый одновибратор, gQ— триггер, 5 -вход которого подключен к выходу переполнения счетчика импульсов, а -вход — к входу начальной установки счетчика импульсов и выходу первого одновибратора, управляемый одновибратор импульсов, дополни. тельный генератор импульсов, три

10953

3 логических элемента И, входы первого из которых подключены соответственно к выходам управляемого одновибратора и формирователя прямоугольных импульсов, инвертор, выход которого подключен к первом„ входу второго логи.ческого элемента И, а вход соединен с первым входом третьего логического элемента И, при этом второй вход второго логического "лемента И подсоединен к инверсному входу R5-триггера, второй вход третьего логического элемента И вЂ” к прямому выходу

36-триггера, третьи входы второго и третьего элементов И объединены и подключены к выходу дополнительного генератора импульсов, а выходы второго и третьего элементов И подключежения подключен к первому входу четвертого логического элемента Ии первому, выполненному инвертирующим, входу пятого логического элемента И, выходы четвертого и пятого логических элементов И подключены к соответствующим входам первого логического элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу инвертора, выходы второго и третьего одновибраторов подключены через второй логический элемент ИЛИ к входу запуска управляемого одновибратор, выход которого подключен к первому входу третьего логического элемента ИЛИ, второй вход которого объединен с входом второго одновибратора, выполненным инвертирующим, и входом третьего одновибратора и подключен к выходу формирователя прямоугольных импульсов, при этом выход инвертора подключен к входу первого одновибратора, выход третьего логического элемента

45

55 ны через соответствующие дополнительные счетчики импульсов к выходным 20 расширителям импульсов, снабжено тремя логическими элементами ИЛИ, вторым и третьим одновибраторами, четвертым и пятым логическими элементами И, измерителем отклонения загрузки гене- 25 . ратора от равномерной, выполненным по схеме многолучевой звезды или многоугольника, компаратором напряжения, выпрямителем, причем выход измерителя отклонения загрузки гене- З0 ратора от равномерной соединен с входами компаратора напряжения и выпрямителя, выход которого подключен к входу управления управляемого одновибратора, выход компаратора напря-.35

39

ИЛИ подсоединен к второму входу пятого логического элемента И, выход первого логического элемента И вЂ” к второму входу четвертого логического элемента И, а первый вход первого логического элемента И, подключенный к выходу управляемого одновибратора, выполнен инвертирующим.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 и 3 — временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство содержит измеритель 1 отклонения загрузки генератора, выполненный по схеме многолучевой звезды или многоугольника, с числом ветвей, равным количеству агрегатов, каждая ветвь которой содержит включейные последовательно измерительный преобразователь активной мощности Е и пропорциональное номинальной мощности генератора сопротивление g, которое является входным элементом усилителя 2, входящего в состав измерителя 1, компаратор напряжения 3, управляемый одновибратор 4, который может быть выполнен, например,на двух операционных усилителях с осуществляющим запуск ключевым транзистором в обратной связи первого операционного усилителя, выпрямитель 5, выполненный, например, в виде диодного выпрямительного моста, три одновибратора 6-8, второй иэ которых имеет инвертирующий вход, три логических элемента ИЛИ 9-11, выход второго из которых в приведенном на фиг. 1 варианте выполнения управляемого одновибратора 4 должен быть инвертирующим, пять логических элементов И 1216, генератор импульсов эталонной частоты 17, счетчик импульсов 18, 85-триггер 19, дополнительный генератор импульсов 20, формирователь прямоугольных импульсов 21, формирующий прямоугольные симметричные импульсы по синусоиде напряжения, инвертор

22, два дополнительных счетчика 23 и.24 с соответствующими выходными расширителями импульсов 25 и 26.

Устройство работает следующим образом.

Измеритель 1 определяет величину отклонения нагрузки генератора от средней величины в соответствии со значением номинальной мощности генератора. Измеритель 1 может быть выполнен соединением по схеме многолу1095339 п Т/2 + чевой звезды измерительных преобразователей мощнссти Е ...E> каждого генератора с пропорциональными номинальной мощности генераторов соответствующими сопротивлениями R„ ...g<. 5

В результате напряжения на сопротивлении R соответствует отклонению загрузки 0 -го генератора от равномер-ного значения /дР/. При этом этот знак напряжения соответствует знаку а Р. Усиленное усилителем 2 напряжение, соответствующее ДР, поступает на компаратор напряжения 3 и через выпрямитель 5 на управляющий вход одновибратора 4. В результате на выходе компаратора 3 формируется логический сигнал, указывающий знак дР,,а на вход управления управляемого одновибратора 4 подается напряжение, величина которого пропорциональна абсолютному значению дР (фиг. 2, ) .

Одновибратор 4 по запускающему импульсу формирует импульс(фиг. 2 д ), длительность которого пропорциональна величине управляющего напряжения, 25 т.е. g P. Для этого кратковременный запускающий импульс открывает ключевой транзистор, быстро разряжая так м образом времязадающий конденсатор. Заряжая затем постоянным током времязадающий конденсатор, операционный усилитель осуществляет интегрирование, формируя импульсы с линейным передним фронтом, которые затем, . сравниваясь с управляющим напряжением на втором операционном усилителе, отформировываются в прямоугольные импульсы с длительностью, пропорциональной управляющему напряжению. ао

Запускающие импульсы поступают на одновибратор 4 с элементами ИЛИ 10, формируясь одновибратором 8 и 7 по каждому (переднему и заднему) фронту импульсов с формирователя 21

1 фиг. 2 ). Для формирования запускающих импульсов по обоим фронтам . один из одновибраторов 7 имеет инвертирующий вход.

Таким образом, передние фронты

50 импульсов, пропорциональных А Р, совйадают с передними и задними фронтами импульсов с формирователя 21.

Тогда, поступая на инвертирующий вход элемента И 12, эти импульсы вырезаются из начала импульсов с

55 формирователя 21, укорачивая их, а поступая на вход элемента ИЛИ 11, добавляются к концу импульсов с формирователя 21, удлиняя их. Управляемые компаратором 3 элементы И 15. и

16 при положительном знаке (генератор недогружен) пропускают на выход элемента ИЛИ 9 (фиг. 3) импульсы, удлиненные от величины, равной полупериоду генерируемой частоты (или периоду при использовании формирователяделителя) на величину, пропорциональную недогрузке генератора (Я дР), а при отрицательном знаке (генератор перегружен) пропускают на выход элемента ИЛИ 9 импульсы, укороченные на величину, пропорциональную перегрузке генераторами АР (фиг. 2) .

Таким образом, на выходе элемента

HJIH 9 формируется импульс длительноС, bIO где 5 — коэффициент пропорциональности, Временные диаграммы формирования импульсов на выходе элемента ИЛИ 9 приведены на фиг. 2 и 3, причем на фиг. 2 приведены временные диаграммы на случай положительного знака А Р, а на фиг. 3 — отрицательного д Р.

Временные диаграммы дальнейшего прохождения импульсов после элемента

ИЛИ 9 идентичны временным диаграммам аналога (1) .

По переднему фронту импульса с выхода элемента ИЛИ 9 одновибратор 6 формирует короткий импульс, производя начальную установку счетчика 18 и RB-триггера 19. В промежутке между двумя импульсами с одновибратора 6 счетчик 18 отсчитывает количество эталонных импульсов, приходящих на его счетный вход "1=" с эталонного генератора 17, начиная с.начального состсяния, записываемого в счетчике

18 по входу начальной установки НУ импульсом с одновибратора 6. При отсчете заданного времени опт, равного Т /2, сигналом с выхода счетчика 18 R5 -триггер 19 устанавливается в состояние логической единицы. Элементами И 13 и 14 осуществляется .п и сравнение импульсов ь с а ° В случае с (сэ элемент И 13 пропускает л и счетные импульсы на интервале зт-, от конца импульса Г до установки RSтриггера 19 в состояние логической единицы, и счетчик 23 накапливает импульсы. При i >T элемент И 14 пропускает счетные импульсы на интервале - сз от установки триггера 19 в сос7 . 10953 тояние логической единицы до окончания, и счетчик 24 накапливает импульсы.

В момент достижения заданного количества импульсов, которое вместе с частотой дополнительного генератора 20 определяет крутизну регулирующего воздействия на дополнительное устройство, например электродвигагель, соответствующий счетчик 23 ц> или 24 формирует импульс, который расширяется в расширителях импульсов 25 и 26 до оптимальной для исполнительного электродвигателя величины. Этот импульс поступает на исполнительное устройство, осуществляя подгонку частоты в соответствующую сторону. Импульсы поступают с соответствующего знаку разности Ь = л г

= -t > abncopa устройства (вых.1 или вых. 2) с частотой, пропорциональной абсолютной величине,до тех пор, пока отклонение 5 l не отработается до нуля. В результате устройство осуществляет регулирование частоты по закону — = Т/2 — Т /2 ВАР = О, или КдТ +LhP = О, где К и L — коэффициенты пропорциональности, характеризующие крутизну зависимости по аТ и Р.

Выполнение этого неравенства (при одинаковых уставках частоты) на всех параллельно работающих генераторах возможно только при отработке в ноль.

В результате осуществляется астатическое регулирование частоты и равномерная загрузка генераторов. При этом осуществляется импульсное управление исполнительным устройством импульсами заданной постоянной длительности со скважностью, пропорциональной отклонению частоты от заданной и отклонению загрузки от равномерной, что обеспечивает устойчивое регулирование частоты и активной мощности с высокой точностью и быстродействием.

1095339

1095339 "

Составитель К. Фотина

Редактор Т. Веселова Техред А.Кикемезей

Корректор П. Коссей

Тираж бб7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3617/39

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4