Импульсный синхронизатор

 

ИМПУЛЬСНЫЙ СИНХРОНИЗАТОР по авт.св. № 862314, отличающи с я тем, что, с целью повьшения точ ности работы, единичный выход тригге ра каждого выявителя знака скольже .ния соединен с четвертым дополнитель :ным входом первой схемы И, а блок включения снабжен вторым триггером, дешифратор блока включения выполнен с вторым выходом для снятия информации о переполнении первого счетчика, причем второй триггер своим нулевым уходом подключен к выходу генератора сбрасьшающих импульсов, единичным входом подключен к второму выходу дешифратора, третий дополнительный вход схемы И блока включения подключен к нулевому выходу второго триггера , а единичный выход второго триггера подключен к зажиму для подключения к входу прибавить частоту регулятора частоты вращения первичното двигателя подключаемого генерато- 3 ра. 4 ЬшА О

СОЮЗ СОВЕТО(ИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) () 1) 4(g>) Н 02 ) 3/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 862314 (21) 3670030/24-07 ,(22) 09.12.83 (46) 23.02.85. Бюл.й 7 (72) Н.И.Григоров, В.Н,Попов и А,Е.Церковный (53) 621.316.729(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

1(862314, кл. Н 02 J 3/42, 1981. (54) (57) ИМПУЛЬСНЬЕЗ СИНХРОНИЗАТОР по авт.св. 9 862314, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точ".ности работы, единичный выход триггера каждого выявителя знака скольжения соединен с четвертым дополнительным входом первой схемы И, а блок включения снабжен вторым триггером, дешифратор блока включения выполнен с вторым выходом для снятия информа ции о переполнении первого счетчика, причем второй триггер своим нулевым входом подключен к выходу генератора сбрасывающих импульсов, единичным входом подключен к второму выходу дешифратора, третий дополнительный вход схемы И блока включения подключен к нулевому выходу второго триггера, а единичный выход второго триггера подключен к зажиму для подключения к входу "прибавить частоту" регулятора частоты вращения первично°

ro двигателя подключаемого генерато- З ра.

114151 О

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в системах электроснабжения для включения на параллельную работу синхронных генераторов. 5

По основному авт.св. Р 862314 известен импульсный синхронизатор, который содержит.два входных блока, состоящих из формирователей управляющих, прямоугольных и вспомогательных импульсов, каждый переключатель каналов, состоящий из двух выявителей знака скольжения и двух схем

ИЛИ, блок срабатывающих импульсов, состоящий из схемы ИЛИ и генератора срабатывающих импульсов и блок включения, состоящий из двух счетчиков, схемы совпадения, дешифратора, триггера, схемы ИЛИ и схемы И. Каждый из выявителей знака скольжения в переключателе каналов в свою очередь состоит из двух схем И и триггера.

1> каждом из входных блоков формирователь управляющих импульсов подк:п.1чен своим входом к соответственно-25 му синхронизируемому генератору, формирователь прямоугольных импульсов своим входом подключен к выходу формирователя управляющих импульсов, формирователь управляющих импульсов 30 своим входом подключен к выходу формирователя прямоугольных импульсо», в переключателе каналов первая схема И каждого пз выявителей знака скольжения своими входами подключена 35 к выходу формирователя прямоугольных импульсов своего канала, к выходу формирователя управляющих импульсов соседнего канала и к нулевому выходу триггера выявителя знака скольжения 40 соседнего канала,:вторая схема И каждого из выявителей знака скольжения своими входами подключена к выходу формирователя вспомогательных импульсов своего канала. к выходу 45 формирователя управляющих импульсов соседнего канала и к нулевому выходу триггера выявителя знака скольжения соседнего канала, триггер каждого из выявителей знака скольжения своим p единичным входом подключен к выходу второй схемы И своего выявителя зна" ка скольжения, а нулевым входом подключен к выходу генератора сбрасывающнх импульсов, первая схема ИЛИ 55 своими входами подключена к выходам вторых схем И выявителей знака . скольжения, а вторая схема ИЛИ своими входами подключена к выходу первых схем И выявителей знака скольжения, в блоке срабатывающих импульсов схема ИЛИ своими входами подключена к выходам первой и второй схем

ИЛИ переключателя каналов, генератор срабатьвающих импульсов своим входом подключен к выходу схемы ИЛИ, в блоке включения первый счетчик записьвающим входом подключен к выходу первой схемы ИЛИ переключателя каналов, а сбрасьвающим входом под" ключен к выходу схемы ИЛИ блока включения, второй счетчик записывающим уходом подключен к выходу второй схемы ИЛИ переключателя каналов, а срабатьвающим входом подключен к выходу генератора сбрасываюп1их импульсов, схема совпадения подключена своими входами к выходам первого и второго счетчиков, дешифратор своими входами подключен к выходам первого счетчика, триггер единичным входом подключен к выходу дешифратора, а нулевым входом подключен к выходу генератора сбрасывающих импульсов, схема ИЛИ своими входами подключена к единичному выходу триггера и к выходу генератора сбрасывающих импульсов, схема И своими входами подключена к выходу схемы совпадения и к единичному выходу

;триггера, выход схемы И подключен к входу цепи включения генераторного выключателя.

Синхронизатор вырабатывает команду на включение генераторного выключателя с постоянным временем опережения на основе анализа количества совпадений управляющих импульсов большей частоты сначала со вспомогательными, а затем с прямоугольными импульсами меньшей. частоты. Формирование команды производится при условии, что количество совпадений N управляющих импульсов со вспомогательными превышает допустимое их число N a момент очередного совпадения управляющего импульса с прямоугольным, если число предыдущих совпадений стало равным

3 йN=N"N ди. Значение й,, устанавливается при настройке синхронизатора в зависимости от допустимой разности частот бй ри (I).

Недостатком известного синхронизатора является то, что он имеет низкую точность при малых фактических разностях частот af, когда подключае1141510 мыг генератор близок к "зависанжГ IIo отношению к работающему, и малых значениях Й ои(это соответствует большим допустимым разностям частотМ9 ) .

Ошибка возникает в случае переполнения первого счетчика в блоке включения. Действительно, после переполнения счетчика, имеющего конечную емкость N дальнейшее поступление им-. пульсов на его вход приведет к запи- 10 си в счетчике числа ь N êîòoðîå в ( общем случае будет меньше истинного значения йN на величину kN< . а.N= W- И„(1=. 0,1,2...), < i) где К вЂ” количество имевших место по- 15 следовательных переполнений счетчика.

Величина ошибки будет тем больше, чем больше bN отличается отйй. При

1 этом команда на включение генераторного выключателя будет подана с "ке- 20 долетом" по углу опережения, величина которого (" недолета" ) в наиболее неблагоприятном случае (М) Ь М =0) ( будет равна углу, более соответствующему в системе отсчета генератора меньшей частоты интервалу времени :

Ъ60 г,„ (2) где Т вЂ” длительность периода мень—

М шей частоты; 30

Рь - длительность прямоугольных и вспомогательных импульсов.

Принцип действия синхронизатора требует, чтобы величина,с одной стороны, была возможно большей для 35 увеличения точности фиксации допустимого значения разности частот afq n .

:С другой стороны, не должно превышать длительность полонины периода большей частоты б< /g,êoãäà эта 40 частота принимает наибольшее из допустимых значений ГБ„,чтобы не нарушилась логика работы синхронизатора. Приняв, для определенности, в (Z }ь=Т /<, получим максимальное о значение угловой ошибки ОО, =90 электрических. Такая ошибка в большинстве практических случаев не может быть принята ни по требованиям к качеству напряжения, ии по броскам 50 уравнительного тока в синхронных генераторах.

К недостатку известного синхронизатора относится возможность неправильного построения времени опережения в случае неблагоприятного (по

:моменту времени) подключения входных цепей синхронизатора к синхронизируемым генераторам — когда управляющие импульсы меньшей частоты совпадают сначала с прямоуголъныл1и, а затем и со вспомогательными импульсами большей частоты. При этом в течение первого после подключения периода биений последовательность работы первого и второго счетчиков меняется на обратную и время опережения строится в сторону отставания, что также может привести к синхронизации с недопустимо большей угловой ошибкой.

Цель изобретения — повышение точности работы импульсного синхронизатора.

Цель достигается тем, что в импульсном синхронизаторе единичный выход триггера каждого выявителя знака скольжения соединен с четвертым дополнительным входом первой схемы

И, а блок включения снабжен вторым триггером, дешифратор блока нключения выполнен с вторым выходом для снятия. информации о переполнении первого счетчика, приче:r второй триггер своим нулевым входом подключен к выходу генератора сбрасывающпх импульсов, единичньг входом подключен к второму выходу дешифратора, третий дополнительньш вход схемы И блока включения подключен к нулевому выходу второго триггера, а .единичный выход второго триггера подключен к зажиму для подключения к входу прибавить частоту" регулятора частоты вращения первичного двигателя подключаемого генератора.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого импульсного синхронизатора; на фиг. 2 — диаграммы сигналон н различных точках этой схемы.

Схема импульсного синхронизатора включает входные блоки 1 и 2, формирователи 3 и 3 управляющих импульl сон,. формирователи 4 и 4 прямоугольных импульсов, формирователи

5 и 5 вспомогательных л пульсов, - I переключатель 6 каналов, выянители знака скольжения 7 и 7, первые схемы И 8 и 8, вторые схемы И 9 и 9 выявителей знака скольжения., триггеры 10 и 10 выявителей знака скольже. ния, первая 11 и вторая !2-схемы

ИЛИ переключателей каналов, блок 13 включения, первый 14 и второй 15 счетчики, схема .16 совпадени, дешифратор 17, схема ИПИ 18, первый триггер 19 блока включения, схема И 20, 1141510 блок 21 сбрасывающих импульсов, схема ИЛИ 22 блока сбрасывающих импульсов, генератор 23 сбрасывающих импульсов, цепь 24 включения генераторного выключателя, второй триггер 25 блока 5 включения, вход 26 "прибавить частоту" регулятора частоты вращения первичного двигателя подключаемого генератора.

Номера диаграмм — цифры вдоль оси ординат — соответствуют номерам блока синхронизатора (фиг.2). Временные

I диаграммы работы блоков 3,4, 5 и 3

4, 5 для наглядности совмещены и ! ) представлены в качестве диаграмм

G,÷îêîâ 1 и 2, а синусоиды входных напряжений U и U< на фиг.2 опущены.

Для определенности принято, что частота подключаемого генератора больше частоты работающего генератога Г, и рассматривается случай перелолпения.первого счетчика 14 блока включения.

Напряжение 0„(0) подается на вход формирователя управляющих импульсов

3(3 ),вход которого подключен к входу формирователя прямоугольных импульсов 4(4 ) своего канала и к вхо( ду первой 8 (8) и второй 9 (9) схем . 1

И выявителей знака скольжения 7 (7, 30 соседнего канала. Выход формирователя прямоугольных импульсов 4(4 ) под-!

) ключен к входу формирователя вспомогательных импульсов 5(5 ) и к входу (1 первой схемы И 8(8 1 выявителя знака скольжения своего канала. Выход формирователя вспомогательных импульсов 5(5 подключен к входу второй

9(9 ) схемы И выявителя знака скольже.ния 7(7 ) своего канала. 40

I1

Выходы первых схем И 8 (8 п,одключены к входам второй схемы ИЛИ 12 переключателя 6 каналов. Выход второй схемы И 9(9 ) подключен к единичному входу триггера 10(IO) выявите- 45 ля знака скольжения 7(7 ) своего ка" нала и к входу первой схемы ИЛИ 11 переключателя 6 каналов. Нулевой вы" ход триггера 10(10 ) подключен к входам схем И 8 и 9 (8 и 9) соседнего SO канала, а единичный выход триггера

10 (10 ) подкличен к входу схемы

И 8 (8 ) своего канала.

Выход первой схемы ИЛИ 11 подклю- 55 чен к записывающему входу первого счетчика 14 блока 13 включения и к входу схемы ИЛИ 22 блока 21 сбрасывающих импульсов, выход второй схемы ИЛИ 12 подключен к записывающему входу второго счетчика 15 блока 13 включения и к входу схемы ИЛИ 22 блока 21 сбрасывающих импульсов.

Выходы первого счетчика !4 под.ключены к входам дешифратора 17 и к входам схемы 16 совпадения, к другим входам которой подключены выходы второго счетчика 15 ° Первый выход дешифратора 17 подключен к единичному входу первого триггера 19, а.второй выход дешифратора 17 подключен к единичному входу второго триггера

25 блока 13 включения. Выход схемы

16 совпадения подключен к входу схемы И 20, единичный выход первого триггера 19 подключен к входу схемы

ИЛИ 18 .и к входу схемы И 20, нулевой выход второго триггера 25 подключен к входу схемы И 20, а его единичный выход подключен к входу "прибавить частоту" регулятора частоты вращения первичного двигателя подключаемого генератора. Выход схемы ИЛИ 18 подключен на сбрасывающий вход первого счетчика 14. Выход схемы ИЛИ 22 блока 21 сбрасывающих импульсов подк ключен к входу генератора 23 сбрасывающих импульсов, выход которого подключен к сбрасывающему входу второго счетчика 15, к нулевым входам первого 19 и второго 25 триггеров и к входу схемы ИЛИ 18 блока 13 включения, а также к нулевым входам тригt геров IO и 10 переключателя 6 каналов.

Синхронизатор работает следующим образом.

Входные блоки 1 и 2 формируют пакеты импульсов меньшей и большей частот, жестко привязанные по фазе к синусоидам синхронизируемых напряжений. При этом управляющие импульсы формируются в момент перехода синусоид через нуль, формирователи прямоугольных импульсов 4 и 4 запускаются по переднему фронту управляющих импульсов 3 и 3, а формирователи вспомогательных импульсов 5 и 5 — по заднему фронту прямоугольI ных импульсов 4 и 4 .

До выхода второго (подключаемого генератора на режим по частоте синхронизатор годключен только к первому (работающему) генератору (интервал То на фиг.2), сигналы на входе, входного блока 2, а значит и на выходах схем И 8,9 и 8,9 и

l l 415 l 0 схем ИЛИ 11 и 12, отсутствуют, генератор 23 сбрасывающих импульсов разблокирован и т енерирует импульсы, которыми устанавливаются в.нуль триггеры 1.0,10,19 и 25 и счетчики 14 5

1 и 15.

Если подключение второго генератора к синхронизатору произведено в момент времени; когда пакеты им;пульсов с выходов блоков 1 и 2 не перекрываются, то состояние синхро.низатора не изменится и будет соответствовать интервалу времени на .фиг.2.

Подключение второго генератора к синхронизатору в наиболее неблаго;приятный момент времени — когда управляющие .импульсы 3 меньшей частоты совпадают с прямоугольными импульсами 4 большей частоты — состоя-20 ние синхронизатора ие изменит,поскольку на входе схемыИ 8 будет присутствовать только трисигнала из необходимых

1 четырех:импульсы Зи 4, а также высокий потенциал с нулевого выхода триг.- .гера 10. Для остальных схем И (8,9 и. 9 ) количество входных сигналов будет тем более недостаточным для их открытия.

С течением времени импульсы 3 сов —, 3Q местятся с импульсами 5,что созда- т ет условия для открывания схемы И 9.

Импульсы с выхода этой схемы переведут,в единичное состояние времени триггер 10,через схему ИЛИ 11 попа- д дут непосредственно на вход счетчика

14, и через схему ИЛИ 22",на блокирующий вход генератора 23 сбрасывающих импульсов, который эаблокируется, чем обеспечит работу счетчика 14 в 4в режиме счета..С единичного выхода триггера 10 высокий потенциал посту(! пит на вход схемы И 8,которая останется в закрытом состоянии из-за отсутствия совпадения импульсов 3 и 4

4 .Уменьшение до нуля потенциала

I на нулевом выходе триггера 10 обеспечит закрытие схем И 8 и 9.

Заполнение счетчика 14 до уровня

Й у,(на фиг.2 принято Й =2) приведет SO к появлению сигнала на первом выходе дешифратора 17, который переведет триггер 19 в единичное состояние.

При этом формируется импульс на сброс счетчика 14 через схему ИЛИ

18 — интервал „ на фиг.2. Попутно подается разрешающий потенциал на вход схемы И 20, подтверждающий допустимость разности частот

Ети f,.

Дальнейшее "перемещение" импульt. сов 3 по импульсам 5 ттриведет к за|тисыванию в счетчике 14 числа

N-Nett,которое после расхождения пакетов импульсов 3,4,5 и 3,4,5 сбросится импульсами генератора 23 после его разблокировки, вследствие исчезновения импульсов на выходе

I схемы И 9,а значит и на выходах схем ИЛИ 22 и 22 — интервал на !

С фиг.2. Триггеры 0 и 19, счетчик 14 установятся в нулевое положение..

С течением времени возникает предпосылка для нормальной работы синхронизатора — наступит совпадение

t жптульсов 3 с импульсами т.е. управляющих импульсов большей часто ты со вспомогательными импульсами меньших частот — интервал ГЗ .Условно примем, что разность частот f< и настолько мала, что в счетчике

14 не только записалось число N gott . импульсов на входе схемы ИЛИ Il от схемы И 9, но и произошла установка счетчика !4 на нуль, после чего при подсчете Й-Й ои произошло его

9 переполнение. В результате на втором выходе дешифратора 17 появится сигнал, обеспечивающий переброс в единичное состояние триггера 25 и ,формирование на его единичном выходе сигнала "прибавить частоту" подключаемого (второго). генератора.

Исчезновение высокого потенциала на нулевом выходе триггера 25, обусловит запирание схемы И 20, что исклю,чит подачу команды в цепь 24 включения генераторного выключателя с ошибкой, возникающей из-за переполнения счетчика 14.

Работа синхронизатора при приемлемой разности частот соответствует интервалу . В процессе движения" импульсов 3 по импульсам 5 с выхода схемы И 9 через схему ИЛИ ll в счетчик 14 сначала запишется число

Й ои, а потом и число N-Nqm, как это имело место на интервалах 1

II tt

Переход импульсов 3 на импульсы

4 обусловит появление импульсов на выходе схемы И 8, откуда они через схему ИЛИ 12 поступят на счетный вход счетчика 15. При накоплении в нем числа импульсов срабатывает схема 16 совпадения, выходной сигнал которой через схему И 20 поступит

1141510

Рив.2

ВНИИПИ Заказ 508/41 Тираж 620 Подписное

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4 в цепь 24 включения генераторного выключателя.

Ъ

При разности частот выше допустимой в процессе "движения" импульсов

3 "по импульсам 5 в счетчике 14 запишется число меньшее, чем М о,сигнал на первом выходе дешифратора 17 не появится, триггер 19 останется в нулевом состоянии, потенциал на его единичном выходе останется низким, что не позволит открыться выходной схеме И 20 в цепи 24 включения генераторного выключателя.

Синхронизатор. может быть выполнен на базе интегральных микросхем любой серии, содержащей в своем составе схемы И, ИЛИ, статические триггеры, счетчики, дешифраторы. Схемные решения формирователей импульсов, схемы совпадения, генератора сбрасывающих импульсов на базе элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ широко освещены в технической литературе.

Предлагаемый синхронизатор прост по используемой элементной базе, имеет высокую точность во,всех возможных ситуациях подключения его к синхронизируемым генераторам и во всем диапазоне допустимых разностей частот, включая очень малые, чем выгодно отличается от известного, Технико-экономический эффект предлагаемого устройства заключается в повышении качества электрической энергии в системах электроснабжения при синхронизации.и в исключении сл чаев неисправного включения синхронных генераторов на параллельную работу, которые могут вызвать аварии в системах электроснабжения.