Устройство для стабилизации частоты выходного напряжения генератора

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к автономным генераторным источникам электропитания. Целью изобретения является уменьшение массы и габаритов устройства. Устройство содержит генератор 1, узлы балластной нагрузки 2-4, нуль-органы 11-13, генератор тактовых импульсов 14, счетчик прямого счета 15, счетчик обратного счета 19, реверсивный счетчик 20, логический элемент сравнения 21, запоминающие устройства 17,18. Блок управления балластными нагрузками выполнен на элементах 11-25. Особенность функционирования устройства состоит в том. что переключение резистнвных элементов 5-7 ключами 8-10 (аналогично и в других узлах балластной нагрузки) осуществляется в момент перехода напряжения на резистивных элементах через нуль, а за половину периода выходного напряжения генератора отключается или включается не более одного резистнвного элемента в узле балластной нагрузки . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

»ySUa» 1

rSi)S Н 02 Р 9/00

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и 44TOPCKOMV СВИЮТВЪСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4634780!07 (22) 04 .11 .88 (46) 15.04 91. Бюл.11- 14 (71) Куйбышевский политехнический институт им.В.В.Куйбишева (72) А.Н.Штанов, Н.В.Мотовилов, В.И.Карицкий и А.С.Тупиков (53) 621. 316. 728(088. 8) (56) Патент США Р 4563630 кл, Н 02 Р 9/00, 1986.

Заявка Великобритании М 2118742, кл. Н 02 P 9!00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ

ЧАСТОТЫ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА (57) Изобретение относится к электро.технике, а именно к автономным генераторным источникам электропитания.

Целью изобретения является уменьшение массы и габаритов устройства.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к автономным гене-; раторным источникам электропитания, и может быть использовано в малых

ГЭС, ветроэлектрических станциях, работающих в условиях изменяющейся нагрузки, в автономных электростанциях малой мощности.

Целью изобретения является уменьшение массы и габаритов устройства.

На фиг.l представлена принципиальная электрическая схема устройства для стабилизации частоты выходного, напряжения генератора; на фиг.2— временные диаграммы, поясняющие пре2

Устройство содержит генератор 1, узлы балластной нагрузки 2-4, нуль-органы 11-13, генератор тактовых импульсов 14, счетчик прямого счета 15, счетчик обратного счета 19, реверсивный счетчик 20, логический элемент сравнения 21, запоминающие устройства 17,18. Блок управления балластными нагрузками выполнен на элементах

11-25. Особенность функционирования устройства состоит в том. что переключение резистивных элементов 5-7 ключами 8-10 (аналогично и в других узлах балластной нагрузки) осуществляется в момент перехода напряжения на резистивных элементах через нуль, а за половкну периода выходного напряжения генератора отключается или включается не более одного резистивного элемента в узле балластной нагрузки. 2 нл. об разо ванне фазового сдвига в цифровой код.

Устройство для стабилизации частоты выходного напряжения генератора l содержит узлы 2,3,4 балластнои нагрузки. каждой фазы генератора, выполненные в виде параллельно соединенных цепей из последовательно соединенных резистивного элемента 5,6, 7 и управляемого ключа 8,9,10, формирователи синхронизирующих импульсов

11,12 13 в количестве, равном числу фаз генератора, связанные входами с силовыми цепями соответствующих балластных нагрузок, генератор (ГТИ) 14

1642580

40 тактовых импульсов стабильной частоты, подключенный к счетному входу счетчика 15 прямого счета.

Кроме того, устройство содержит

RS-триггер 16, запоминающие устройства 17,18 в количестве на один меньшем числа фаз генератора, счетчик обратного счета 19, реверсивный счетчик 20, логический элемент 21 сравнения на "больше-меньше, три логиИ ческие элемента И-НЕ 22,23,24, логический элемент ИЛИ-НЕ 25.

Формиуователи синхронизирующих импульсов 11-13 выполнены в виде нуль-органа. Причем, R-вход ВЗ-триггера 16 подключен к R-входу счетчика

15 прямого счета и к выходу первого нуль-органа 11 S-вход - к выходу счетчика 15 прямого счета, прямой 20 выход — к одному из входов первого логического элемента И"НЕ 22, второй вход которого подключен к выходу ГТИ

14 стабильной частоты, Счетчик обратного счета 19 подсоединен входами Z5 начальной установки к источнику питания счетчика обратного счета, вычи тающим входом — к выходу первого логического элемента И-НЕ 22, входом записи — к выходу первого нуль-органа 11, а выходами — к первой группе входов логического элемента 21 сравнения на "больше-меньше", вторая группа входов которого соединена с

a acoé M реверсивноro счетчика 20, 35 выходы число по первой группе входов-В больше, чем число по второй группе входов-А и В А — соответ6 ственно с первыми входами второго 23 и третьего 24 логических элементов

И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу первого нуль-органа 11, а выходы - соответственно к входам суммирования и вычитания реверсивного счетчика 20 с выходами, подключен-. ными к управляющим входам ключей 8,9,.

10 первой балластной нагрузки 2,. связанной силовыми цепями с входом пер- вого нуль-органа 11 и с информационньви входами всех запоминающих уст- . ройств 17,18, выходы которых подклю-. чены к управляющим входам ключей всех балластных нагрузок 3,4, кроме -: первой, а входы перезаписи запоминающих устройств связаны соответственно

55 с выходами нуль-органов 12,13. Логи-. ческий элемент ИЛИ-НЕ 25 подключен первым входом к инвертирующему выходу RS"триггера 16, вторым входомк выходу займа счетчика 19 обратного счета, а выходом -.к R-входу счетчика обратного счета.

Проводимости резистивных элементов каждого из узлов балластной най-) грузки имеют соотношение 1:2:4...:2

Устройство работает следующим образом.

Изменение частоты выходного напряжения f„ и -сравнение ее с эталонной

f @ осуществляется дважды за период, т.е. каждые полпериода. Частота выходного напряжения генератора определяется его нагрузкой, при номинальной нагрузке частота устанавливается равной номинальной fo. При отсутствии балластной нагрузки и отключении основной частота выходного напряжения, являющаяся функцией механической (моментной) характеристики приводного (первичного) двигателя, повьшиется. Величину балластной нагрузки выбирают из условия замещения мощ-, ности полезной нагрузки. В случае, если мощность полезной нагрузки изменяется на 100Х, то полную мощность балластной нагрузки выбирают такой, чтобы частота выходного напряжения генератора была вьяпе номинальной на величину $f 0,4 — 1,57. от f (верхняя граница диапазона стабилизации частоты). Таким образом, при изменении полезной нагрузки от 100Х до 0 частота выходного напряжения будет находиться в пределах:

1 о о

Эталонную частоту f@ выбирают равной частоте верхней границы диапазона стабилизации:

9 О

Сйиженйе частоты выходного напряжения генератора, временная диаграмма которого показана на фнг.2, а, соответствует увеличению интервала = (Тг - Т )/2, интервал g содержит информацию о соотношении частот. Измерение длительности интервала 0 сводится к определению мгновенного сдвига фаз между окончаниями полупериодов эталонной частоты Т /2 и выходного напряжения генератора †. ПриТг

2 ведениые на фиг,2 диаграммы показывают, как формируется импульс -- пуТу

2 тем подсчета счетчиком 15 прямого счета тактовых импульсов стабильной .

42580

5, 15

5

16 частоты с периодом Т (фиг.2,в), поступающих с ГТИ 14, счетчик 15 прямого счета обнуляется сигналом с нуль-органа 11, временная диаграмма которого показана на фиг,2,6. Интервал Ф начинается после прихода стартимпульса (фиг,2,г) с выхода счетчика

15 прямого счета. Старт-импульс запускает в работу счетчик 19 обратного счета (фиг.2,д), в котором предыдущим синхронизирующим импульсом (стопимпульсом) во всех разрядах были установлены единицы (записано максимальное число). В зависимости от длительности интервала 0 и от периода тактовых импульсов То в счетчике 19 к моменту прихода очередного синхронизирующего импульса (стоп-импульса) остается записанным некоторое число от 0 (когда интервал достаточно большой) до 2 "" (когда < = О, т.е. когда т Т вЂ” -- и старт-импульс не вырабаты2 2 вается) . Таким образом, величина балластной нагрузки устанавливается пропорциональной числу, записанному в счетчике 9 обратного счета (т.е. прои порциональной ), чем обеспечивается стабилизация частоты вь)ходного напряжения генератора в заданном диапазоне.

Устройство представляет собой систему автоматического регулирования (CAP) для обеспечения устойчивой работы которой требуется наличие корректирующего звена, позволяющего получить устойчивую работу в динамических режимах. Роль корректирующего звена CAP выполняют реверсивный счетчик 20, логическая схема 21 сравнения на "больше-меньше", логические элементы И-НЕ 23,24. Принцип действия корректирующего звена сводится к сравнению состояний счетчиков 19 обратного счета и реверсивного счет- чика 20, логической схемой сравнения

21 на "больше-меньше": в случае, если в реверсивном счетчике 20 записано число, меньше, чем в счетчике 19 обратного счета, то следующим синхронизирующим импульсом к числу, записанному в реверсивный счетчик, добавляется единица и наоборот. Таким образом, корректирующее звено при резком изменении возмущающего сигнала (рассогласования частот g f c обеспечивает ступенчатое изменение

1 раз за 1/2 периода Т„) сигнала уп-. равления, а следовательно, проводимости балластной нагрузки.

Поскольку, изменение состояния реверсивного счетчика 20 происходит в момент прихода синхронизирующего импульса, вырабатываемого припереходах напряжения первой фазы (A) генератора 1

|через нуль, сигналы с выходов счетчика 20 через усилительные каскады (либо непосредственно при использовании оптотиристоров) подаются на управляющие входы ключей 8-10. Включение балластной нагрузки в других фазах 3,4 происходит в моменты перехода напряжения через нуль, определяемые нуль-органами 12,13. В моменты прихода синхронизирующих импульсов с нуль-органов 12-)3 происходит перезапись состояния реверсивного счетчика 20 в запоминающие устройства 17,18, с которых сигналы управления подаются на управляющие входы ключей узлов балластной нагрузки 3,4.

Переключение ключей в узлах 2-4 балластной нагрузки в моменты, когда напряжение на этих узлах равно нулю, обеспечивает хорошую форму выходного напряжения генератора. Выбор проводимостей резистивных элементов 5-7 узлов балластной нагрузки 2-4 в соотношении 1: 2: 4:...,: 2, обоснои- ванный принципом построения схемы управления этими узлами, позволяет существенно уменьшить количество резистивных элементов, а соответственно и управляемых ключей в узлах балластной нагрузки..Это, а также использование запоминающих устройств

17,18 вместо сложной схемы управления узлами балластной нагрузки, аналогичной схеме управления узлом балластной нагрузки 2, позволяет умень45 шить массу и габариты устройства.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации частоты выходного напряжения генератора, содержащее узлы балластной нагрузки каждой фазы генератора, выполненные в виде параллельно соединенных цепей из последовательно соединенных резистивного элемента и управляемого ключа, формирователи синхронизирующих импульсов в количестве, равном числу фаз генератора, связанные входами с силовыми цепями соответствующих бал1642580 ластных нагрузок, генератор тактовых импульсов стабильной частоты, подключенный к счетному входу счетчика прямого счета, выход которого соединен

I с одним из входов RS-триггера, о т — л и ч а ю. щ е е с я тем, что, с целью уменьшения масс и габаритов, введены запоминающие устройства в количестве на один меньше числа фаз щ генератора, счетчик обратного счета, реверсивный счетчик, логический элемент сравнения на "больше-меньше", три логических элемента И-НЕ, форми. рователи синхронизирующих импульсов выполнены в виде нуль-органов, причем, R-вход RS-триггера подключен

- к R-входу счетчика прямого счета и выходу первого нуль-органа, Я-входк выходу счетчика прямого счета, 20 прямой выход - к одному из входов первого логического элемента И-НЕ, второй вход которого подключен квыходу генератора тактовых импульсов стабильной частоты, счетчик обратного счета подсоединен входами начальной установки к источнику питания счетчика обратного счета, вычитающим входом — к выходу первого логического элемента И-НЕ, входом записи — к вы- .30 ходу первого нуль-органа, а выходами — к первой группе входов логического элемента сравнения на "большеменьше, вторая группа входов котоlt рого соединена с выходами. реверсивного счетчика, выходы " число по первой группе выходов больше, чем число по второй группе входов и" число по первой группе входов меньше, чем число по второй группе входов" соответственно с первыми входами второго и третьего логических элементов И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу первого нуль-органа, а выходы соответственно к входам суммирования и вычитания реверсивного счетчика с выходами, подключенными к управляющим входам ключей первой балластной нагрузки, связанной силовыми цепями с входом первого нуль-органа, и с информационными входами всех запоминающих устройств, выходы которых подключены к управляющим входам ключей всех балластных нагрузок, кроме первой, а входы перезаписи запоминающих устройств связаны соответственно с выходами тех нуль-органов, входы которых связаны с силовыми цепями тех же балластных нагрузок, что и выходы нуль-органов.

1642580

Составитель А.Акимов

Техред Д.Олийнык Корректор И.Демчик

Редактор М. Васильева

Заказ 1435 Тираж 350 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ао изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

° в

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101