Импульсный синхронизатор

 

Союз Советских

Социалнсткческих

Республик

О П И С А Н И Е 862314 .

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное авт. свид-ву (22)Заявлено 25.12.79 (21) 2859418/24-07. (5т )М. Кл. з с присоединением заявки,% (23) Приори1ет

Н 02 J 3/42 Ьеударстаеиный камитет

CCCP аю делам изобретений и втхрмтий (») Уик ... .316.729 (088.8) Опубликовано 07.09.81. Бюллетень М 33

Дата опубликования описания 07.09.81

Н. И. Григоров, B. Н. Зуев, В. 3. Ройк, Б. и А. E. Церковный (72) Авторы . изобретения (7!) Заявитель

Ленинградский машиностроительный заво им К. E. Ворошилова (54) ИМПУЛЬСНЫЙ СИНХРОНИЗАТОР

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

Известно устройство для синхронизации синхронных генераторов, выполненное, на формирователях импульсов, которые под», ключены к шинам синхронизирующих генераторов, триггерах, счетчиках дешифраторах и логических схемах (1). . Недостатком такого устройства является то, что оно срабатывает с постоянным углом опережения только в момент прохождения разностью частот наперед заданно- го значения. Это сужает. область допустимых параметров синхронизации и тем самым приводит к затягиванию процесса включения синхронных генераторов на нараллельную работу, а в случае включения ,синхронизатора при малых разностях частот может вызвать большую угловую ошибку и, как следствие, большие возмущения в системе электроснабжения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является импульсный синхронизатор, содержащий входные блоки преобразования напряжений сети и . генератора, каждый из которых содержит формирователь прямоугольных импульсов, к выходу которого подключен формирователь вспомогательных импульсов, переключатель каналов, состоящий из выявителей знака скольжения и блок включения (21.

Оценка разности частот в.данном синхрониэаторе производится по числу совнадеиий вспомогательных импульсов большой частоты с прямоугольными импульсами меньшей частоты, а команда на включение выключателя формируется с постоянным углом опережения и момент совпадения переднего фронта прямоугольного импульса большей частоты с прямоугольным импульсом меньшей частоты. . Независимость угла опережения от разности частот синхронизируемых напря» жений является основным недостатком прототипа, обслуживающим в общем случае

862314 аамыкание контактов генераторного выключения при ненулевом угле сцвига Фаз между синхронизируемыми напряжениями, что приводит к протеканию больших уравнительнык токов и к провалам напряжения на

5 шинах генераторов.

Целью изобретения является повышение точности синкронизации во всей области допустимых значений разности частот.

3 а цепь достигнута в импульсном син-Ио крониэаторе,. содержащем входные блоки ; преобразования напряжений сети и генератора, кажцый из которых содержит формирователь прямоугольных импульсов, к выходу которого подключен формирователь вспомогательных импульсов, переключатель каналов, состоящий из двух выявителей знака скольжения, и блок включения.

Новым в устройстве является то, что оно снабжено блоком сбрасывающих им20 пульсов, кажцый из входнык блоков снабжен формирователем. управляющих импульсов на входе блока, выход формирователя уира вляющи к им пульсов подключен ко вх ohy формирователя прямоугольных импульсов, каждый из выявителей знака скольжения состоит из двух схем И и триггера, а переключатель каналов снабжен двумя схемами ИЛИ, установленными на выходе переключателя, блок включения состоит иэ

30 двух счетчиков, схемы совпацения, дешифратора, триггера, схемы ИЛИ, схемы И, а блок сбрасывающих импульсов состоит из схемы ИЛИ и подключенного к ее выходу генератора сбрасывающих импульсов, причем ко вхоцам первой схемы .И каждо- З5 го иэ выявителей знака скольжения подключены выходы формирователя прямоугольных импульсов соответствующего вхоцного блока, формирователя управляющих импульсов гцругoro входного блока и триггера другого выявителя знака скольжения, ко входам второй схемы И каждого из выявителей знака скольжения подключены выходы формирователя вспомогательных импульсов соответствующего входного блока, 45 формирователя управляющих импульсов другого входного блока и триггера другого выявителя знака скольжения, выходы вторых схем И каждого выявителя знака сколь- . . жения подключены ко входам первой схемы sO

ИЛИ переключателя .каналов и к единичным входам триггеров соответствующего выявителя знака, выходы первых схем И каждого выявителя знака скольжения подключены ко входам второй схемы ИЛИ переклю» чатепя каналов, выходы схем ИЛИ подключены к записывающим входам соответствующих счетчиков блока включения и ко входам схемы ИЛИ блока сбрасывающих импульсов; выхоцы счетчиков подключены ко входам схемы совпадения, выходы первого счетчика, кроме того, через дешифратор подключены к ециничному входу триггера блока включения, выход которого подключен ко входу схемы ИХИ блока включе ния и к первому входу выхоцной схемы И блока включения, ко второму входу которо.го подключен выход схемы совпадения, причем выход генератора сбрасывающих импульсов подключен на нулевые вкоцы триггеров выявителей знака скольжения и бп ка включения, на второй вкоа скемы

ИЛИ блока включения и установочный вход второго счетчика, а выход схемы ИЛИ блока включения включен на установочный вход первого счетчика

На фиг. 1 представлена схема прецла гаемого синхронизатора; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу синхронизатора.

Предлагаемый импульсный синхронизаг t тор содержит: 1,2 — входные блоки 3,3формирователи управляющих импульсов, 4,4 — формирователи прямоугольных имг

f пульсов, 5,5 — формирователи вспомога тельных импульсов, 6 — переключатель каf налов; 7,7 - выявители знака скольжения;

8,8 - первые схемы И, 9,9 — вторые г схемы И внгявителей знака скольжения, r

10,10 — триггеры выявителей знака скольжения, 10,12 - первая и вторая схема

ИЛИ переключателя каналов, 13 - блок включения, 14,15 — первый и второй счет» чик блока включения, 16 — схема совпадения, 17 - дешифратор; 18 — схема ИЛИ блока включения, 19 — триггер блока вклю/ чения, 20 — схема И блока включенияУ

21 - блок сбрасываюших импульсов, 22схема ИЛИ блока сбрасывающих импульсов;

23 — генератор сбрасывающих импульсов;

24 — цепь включения генераторного выключат еля.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы, поясняющие работу синхронизатора. Номера диаграмм, изображенных на фиг. 2 — цифры вцопь оси ординат — соответствуют номерам блоков синхронизатора.

Временные аиаграммы работы блоков 3, г r г г

4, 5, и 3, 4, 5 для нагляцности сов,мещены и пркаэаны в вице временных диаграмм у блоков 1, 2, а синусоицы входнык напряжений О г ° О с на фиг. 2 опуще-. ны, Для определенности принято, что частота сети больше частоты генератора.

Взаимное положение управляющих импульсов блоков 3(3 ), 4(4 ) и 5(5г), обраэующи.; своеобразный пакет, видно из

862314

N =ajar% () Ь

hT т ТБ (2) диаграммы -блоков 1, 2.Управляющие им;пульсы блоков 3(3 ) привязаны цо фазе к синусоидам Иг (1) и uc () и формируются в момент перехоца синусоиды через нуль в начале положительного полупериода. Ос- .5 ноовные и вспомогательные импульсы обоих каналов имеют. одинаковую цлительность:

Неодинаковость частот синхронизируемых напряжечий приводит к тому, что

15 пакеты импульсов генератора и сети с течением времени смещаются apyr относительно друга, так, как это показано на временных диаграммах блоков 2 и 2 цля ин ( терваиов времени С вЂ”: C . При этом пакет ,1 ° У.-. го импульсов большей частоты своим управля ющим импульсом от блока 3 - как бы нат двигается на пакет импульсов меньшей частоты со стороны заднего фронта вспомогательного импульса блока 5. В резуль-, Ф5 тате управляющий импульс блока 3 - последовательно "проходит" во времени сначала по вспомогательному импульсу блока

5, а потом - по основному прямоугольному импульсу блока 4. Перемещение проис30 ходит не непрерывно, а дискретно - шагами . — на один шаг 5 Т за каждый период Т„меньшей частоты. Величина шага

ЬЛ равна разности периодов меньшей и большей частот:

В прецлагаемом синхронизаторе совпа- дения импульсов блоков 3 и 5 (3 и 5

r r при цругом знаке разности частот генера-„; тора и сети) используется цля оценки раз ности частот в процессе синхронизации, а импульсов блоков 3 и 4 (3 и 4 ) -. цля построения постоянного времени опережения.

Оценка разности частот производится по числу Н совпадений импульсов блоков

3! и 5 (3 и 5").Для N справедливо равенство: о, (g) м S V<6

bT Т-T - hf

rue $ $ - значения меньшей и больМ шей частот синхронизируемых напряжений;

b K разнесть частот.

Так как частоты в процессе точной синхронизации изменяются не более, чем на 5%, то в (3) можно принять (, =К =const (.4) считать Я функцнй .только 6 |

Если известна допустимая разность частот 6,%<®, то условие, при котором син- хронизация разрешается: а1 О„(ь) может быть трансформировано к вицу:

К

ОП 4,оп

Это значит, что для оценки разности частот можно использовать счетчик, подключенный к схеме И, на входы которой подаются импульсы блоков 3 и 5 (3 и 5 ).

В общем случаеЬ (,,поэтому в счетчике запишется число

М 7 доП, Команда на включение генераторного выключателя в предлагаемом синхрониза торе формируется в момент очерецного ! совпадения импульсов блоков 3 и 4 (3 и 4 ) при условии, что число предыдущих совпадений было равным, ) ДО1 8)

Покажем, что время опережения. 1 синхронизатора при выполнении названных условий будет постоянным.

Разность частот в процессе движения управляющего импульса по вспомогатель-ному и основному импульсам примем неизменной.

При выполнении, условия (1) и сделанном допущении команда на включение выключателя будет подана в тот .момент, когда до совпадения напряжений (Зг @ 0< по фазе (чему эквивалентно совпацение по фазе импульсов 3 и 3 ) останется чисt

1 ло совпадений импульсов блоков 3 и 4

3 и 4 ). Действительно, так как число совпадений импульсов блоков 3 и 4 (3 и 4 ) равно Й по условиям (1) и (7), а команда на включение подается спустя, )4 совпадений, то остаток совпадений будет равным

7 Ì2314 8

Время опережения -(, представляет собой произведение этого остатка на длительность периода, Т меньшей частоты: ор дол р, (0) или. с учетом (4) и .(7) . м И ф T = -const (.Ч1 . 94 <<@on yon

Изменение mop в процессе перестрой» ки- синхронизатора под другой генераториый выключатель может быть произведено путем изменения длительности основных и вспомогательных импульсов.

Синхронизатор работает следующим образбм .

Входные блоки формирователей иыпуль-,,1$ сов формируют пакеты импульсов меньшей и большей частот в момент прохожцения синусоиц синхронизируемых напряжений через нулевую фазу. При этом формировате-: ли прямоугольных импульсов 4 и 4 запускаются по перецнему фронту управляющих импульсов 3 и 3, а формирователи

t вспомогательных импульсов 5 и 5» »по зацнему фронту основных прямоугольных

l а импульсов 4 и 4 . Пока пакеты импульсов не перекрывают друг друга (интервал времени t на фиг. 2) сигналы на выходе первых 8,8 и вторых 9,9 схем И, а значит и на выкоце первой 11, второй 12 и четвертой 22 схем ИЛИ отсутствуют, что дает возможность работать генератору 23 сбрасывающик импульсов, который устанавливают в состояние 0" первые

10,10 и второй триггеры и первый 14

l и второй 15 счетчики. Счетчик 15 ус-З5 танавливается в 0 импульсами генератора

23 непосредственно, а счетчик 14 «через схему ИЛИ 18. Триггеры 10 и 10

- . подают сигналы на вкоды схем И (8,9, 8,9 ),.подготавливая ик тем самым к @

I срабатыванию в момент совпацения управляющих импульсов большей частоты с вспомогательными. и основными импульсами меньшей частоты (интервал времени С ):

Сначала происхоцит совпадение импульсов 45 блоков 3 и 5, При этом срабатывает вто рая схема И, сигнал с выхоца которой переводит триггер 1 0 в состояние 1", через первую схему ИЛИ 11 поступает на вход первого счетчика 14, а через схемы 5

ИЛИ 11 и 22 поступает на вход генератора импульсов 23 и блокирует его. Перехоц триггера 10 в состояние 1" эквивалентно переходу переключателя 6 каналов в такое состояние, которое обеспечи-5 вает подачу на входы блока 1 3 включении в качестве импульсов большей частоты сигналы сети, а в качестве импульсов мень» шей частоты сигналы генератора. При этом в работе остаются схемы И 8 и 9, в скемы И 8 и,9. блокируются.

Счетчик 14 производит подсчет импульсов, поступающих с выхода переключателя

6:.каналов. Если разность частот ле Я щит в допустимых пределах, то в счетчике 14 на интервале времени Ч р накопится число Ид д,, которое вызовет появление сигнала на выходе дешифратора 17 и, как слецствие, переход в состояние 1 триггера 19. Опрокидывание триггера

19 обусловит подачу сигнала непосредст-, венно на вход третьей,схемы И и через . схему ИЛИ 18 -. на устойчивый вход счетчика 14 который сбрасывается в состояние "0 .для того, чтоб сосчитать число импульсов 6N=N-Идоп с выхода второй схемы ИЛИ 9.

К интервалу времени С4, когда в счет-юе ° чике 14 оказывается записанным число

Ьй,наступает совпадение импульсов блоt ков 3 и .4, фиксируемое первой схемой

„И, Сигналы с ее выхода через вторую

:хему ИЛИ поступают цля подсчета на счетчик 15, который начинает заполняться. В момент накопления в счетчике 15 числа 6 М срабатывает схема 16 совпадения, сйгнал с выхода которой через третью схему И проходит в цепь 24 включения генераторного выключателя.

Если разность частот выше допустимой, Н8 интервале времени Г в счетчике 14 запишется число, меньшее, чем Я, . При

Доп. этом дещифратор 1 7 не сработает и триггер 19 останется в состоянии "0", блокируя схему И 20. В результате запись в счетчике 15 числа, равного числу в счетчике 14; вызовет срабатывание схемы совпадений 16, но не приведет к включению генераторного выключателя.

Если разность частот выш г цопустимой на интервале времени Ь в счетчике 14

> запишется число, меньшее, чем Йдоп.При этом. дешифратор 17 не сработает и триггер 19 останется в состоянии "0", блокируя скему И. 20. В результате запись в счетчике 15 числа, равного числу в счетчике 14, вызовет срабатывание схемы 16 совпадений, но не привецег к включению генераторного выключателя.

Расхождение импульсов блоков 3 и 4 (интервал ) обусловит запирание скем

И 8 и 9 и, как следствие, деблокировку генератора 23, который первым своим имйуЛьсом нривецет схему синхронизатора в,, исходное состояние — установит в "0"

9 - Мй914 10 триггер 10, счетчики 14 и 15 и подтвердит состояние "0 триггеров 10 и 19.

Синхронизатор может быть выполнен на азе интегральных микросхем любой серии, содержащей в своем составе логичеСкие элементы И, ИЛИ, а также счетчики и дешифраторы. Схемные решения формирователей импульсов, схемы совпадения, генератора сбрасывающих импульсов на базе элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ широко >О освещены в технической литературе и дополнительных пояснений не требуют.

Предлагаемый синхронизатор достаточно прост по используемой элементной ба» эе, имеет высокое быстродействие и точность, чеМ выгодно отличается от аналога и прототипа.

Формула изобретения 0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидете ьство СССР

М 394890, кл. Н 02 У 3/42, 1970.

2.,Авторское свидетельство C(.CP no заявке М 2535509/24-07, кл.. Н 02 У 3/42, 1977 (прототип).

Импульсный синхронизатор, содержащий входные блоки преобразования напряжений сети и генератора, кажпый из которых содержит формирователь прямоугольных импульсов, к выхоцу которого подключен формирователь вспомогательных импульсов, переключатель каналов, состоящий из двух выявителей знака скольжения и блок включения, î т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности, синхронизатор снабжен блоком сбрасывающих импульсов, кажцый из входных блоков снабжен формирователем управляющих импульсов на входе блока, выход фор-3$ мирователя управляющих импульсов подключен ко входу формирования прямоугольных импульсов, кажцый иэ выявителей знака скольжения состоит из двух схем

И и триггера, а переключатель каналов, снабжен двумя схемами ИЛИ, установленньгуи на выхоце переключателя; блок вклю» чения состоит из двух счетчиков, схемы совпадения, цещифратора, триггера, схемы

ИЛИ, схемы И, а блок сбрасывающих им-4> пульсов состоит из схемы HJN и подключенного к ее выхоцу генератора сбрасываю1 щих импульсов, причем ко входам первой схемы И каждого иэ выявителей знака скольжения подключены выходы формирователя прямоугольных импульсов соответствующего входного блока, формирователя управляющих импульсов другого входного блока и триггера другого выявителя знака скольжечия, ко вхопам второй схемы И каждого из выявителей анака скольжения поцключены выхоцы формирователя вспомо» гательных импульсов соответствующего входного блока, формирователя управляющих импульсов цругого вхопного блока и триггера другого выявителя знака скольжения, выхоцы вторых схем И кажцого выявителя знака скольжения подключены ко входам первой схемы ИЛИ переключателя каналов и к ециничным входам триггеров соответствующего выявителя знака, выходы первых схем И кажпого выявителя знака скольжения попключены ко вхопам второй схемы ИЛИ переключателя каналов, выходы схем ИЛИ подключены к записывающим вхопам соответствующих счетчиков блока включения и ко вхоцам схемы

ИЛИ блока срабатывающих импульсов; выходы счетчиков поцключены ко вхоцам схемы совпапения, выходы первого счетчика кроме того через цешифратор подключены к ециничному sxony триггера блока включения, выход которого цопключен ко вкопу схемы ИЛИ блока включения и к первому вхоцу выхоцной схемы И блока включения, ко второму вхоцу которого

1 поцключен выход схемы совпапения; причем выход генератора сбрасывающик импульсов подключен на нулевые входы триггеров выявителей знака скольжения и блока включения, на второй вход схемы

ИЛИ блока включения и установочный вхоц второго счетчика, а .выхоц схемы ИЛИ блока включения включен на установочный вход первого счетчика.

Составитель К. Фогина

Редактор Г. Прусова Техред М.Рейвес Корректор Ю Макаренко

Заказ 6631/52 Тираж 675 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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