Устройство для автоматической синхронизации генераторов переменного тока

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалмстическик

Реслублнк (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 0301.80 (2) ) 2861795/24- 07 (51) М. Кл. с присоединением заявки ¹

H 02 J 3/42 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 230981. Бюллетень Мо 35 (53) УДК 621. 316. 72 (088.8) Дата опубликования описания 230981 (72) Авторы изобретения

В.В.Кушнерев и В.N.Ñëoáoäñê (73) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ

ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО TOKA

Изобретение относится к электро- энергетике и может быть использовано„для синхронизации генераторов переменного тока, например авиационных, а точнее в тех случаях, когда требуется автоматическое сведение частот и точная синхронизация.

Известны устройства для автоМатической синхронизации генераторов переменного. тока, работа которых основана на выделении напряжения биений Г11 .

Однако такие устройства недостаточно надежны и точны. Кроме того, большие габариты и вес таких устройств ограничивают их применение.

Известны также импульсные синхронизаторы, осуществляющие преобразования разности фаз напряжений генератора и сети в напряжение с помощью фазовых детекторов (2J .

Однако применение таких синхронизаторов в авиационном электрооборудовании ограничено из-за их узкого температурного диапазона работы, так как большинство элементов синхронизатора работают в линейном ре- . жиме. Кроме того, габариты .и вес таких устройств достаточно велики из-за наличия мощных *ильтров на выходе детекторов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для автоматической синхронизации генераторов переменного тока, содержащее входной блок, в состав которого входят формирователи прямоугольных импульсов, канал уравнивания частот с триггером на выходе и канал, формирующий команду на включение выключателя генератора с триггером на выходе Г31 .

Известное устройство имеет ряд тз недостатков, ограничивающих их область применения, а именно: устройство может применяться только для синхронизации трехфазных генераторов, угол опережения его фиксирован, 20 кратен 30 и не может быть произволь но изменен.

Кроме того при отношении частот генератора и сети равном иррациональ

25 ному числу работа синхронизатора на.рушается, так как совпадения фронтов импульсов напряжений генератора и сети происходить не будет. Помехоустойчивость устройства сравнитель30 но низкая из-за наличия в схеме

866647 преобразователей сигналов в короткий импульс.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение его надежности и точности.

Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем входной блок, в состав которого входят формирователи прямоугольных импульсов, канал уравнивания частот с триггером на выходе и канал, формирующий команду на включение выключателя генератора .с триггером на выходе, входной блок снабжен схемой антисовпадения, в канале уравнивания частот в качестве триггера на выходе использован J Ктриггер, а канал снабжен дополнительным J К-триггером, в канале, формирующем команду на включение выключателя в качестве триггера на выходе использован DV-триггер, тактируемый фронтом, а канал снабжен двухступенчатым одновибратором и регистром с последовательно-параллельной записью, причем входы схемы антисовпадения и

3 КК, входы упомянутых Д K-триггеров подключены к выходам формирователей импульсов, выход схемы антисовпадения подключен к тактирующим входам

3 К-триггеров, 0V-триггера и регистра н к входу одновибратора, при этом вы ход второй ступени одновибратора подключен к информационному входу регистра, а выход первой ступени к информационному входу DV-триггера, раз решающий вход которого соединен с выходом последнего разряда регистра.

Кроме того упомянутый регистр выполнен в виде последовательно соединенных D-триггеров, тактируемых фронтом, тактирующие входы которых объединены, а установочные входы триггеров последующих разрядов подключены к выходу триггера предыдущего. разряда.

На фиг. 1 представлена функпиональная схема устройства; на фиг. 2 диаграмма переходов регистра; на фиг. 3 — вариант выполнения указанного регистра; на фиг. 4 — диаграммы сигналов в различных точках схемы, обеспечивающей уравнивание частот при синхронизапии; на фиг. 5 диаграммы сигналов в различных точках схемы, определяющей момент включения контактора параллельной работы; на фиг. 6 — диаграмма сигналов, поясняющая принцип работы синхронизатора.

Напряжения генератора и сети с одноименных фаз поступают на входы формирователей 1 и 2 импульсов соответственно (фиг.1). Выходы укаэанных формирователей подключены к входам схемы 3 антисовпадения и входам 3 и К триггеров 4 и 5.

Тактирующие входы «J K-триггеров 4 и 5 подключены к выходу схемы 3, куда также подключены тактирующие входы регистра 6 и DV-триггера 7, а также вход двухступенчатого одновибратора 8, который показан в виде последовательно соединенных одновибраторов 9 и 10.

Выход одновибратора 10 подключен к информационному входу регистра 6, а выход одновибратора 9 — к информационному входу DV-триггера 7, причем его разрешающий вход V соединен с выходом последнего разряда регист,ра 6.

Выход триггера 7 — выход устройства, управлякиций включением контактора параллельной работы. Выходы

15 триггера 5 — выходы устройства, обеспечивающего сведение частот при синхронизации.

Схема 3 антисовпадения выполняет

° функцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

2О Триггеры 4 и 5 - 3 К-триггеры, тактируемые фронтом. Сигналы на выходах таких триггеров записываются перепадом 1-0 на входе Ср яричем если выполнялось условие 3 Ср = 1, то на выходе запишется "1", если выполнялось условие K- С = 1 — на

9 выход запишется "О".

Триггер 7 — 0Н-триггер, тактируемый фронтом. Сигнал на выходе такого триггера повторяет сигнал на его информационном входе 0 в момент изменения сигнала с "1" на "О" на

его тактирующем входе Ср, если имеется сигнал на его разрешающем входе

V. При V = О триггер сохраняет свое состояние неизменным.

Регистр 6 должен обеспечивать последовательную запись "1" и параллельную запись "О".

На фиг. 2 состояния регистра поЩ казаны кружками. Около каждого состояния записаны состояния выходов на различных разрядах регистра (младшие разряды записаны слева) . Переход из одного состояния в другое по4 казан дугами со стрелками, соединяющими кружки. Над каждой стрелкой записано значение входов, при которых происходит переход из одного состояния в другое. Регистр содержит

«О два входа информационный 0 и тактирующий Ср, поэтому над дугами записываются значения этих входов: .Ъ дСр означает, что переход происходит при изменении сигнала на С с 1 на О, когда на входе D сигнал. равен 1, Ikt> означает, что переход происходит йри изменении сигнала на С с

1 на О, когда на входе 0 сигнал равен О. бо При появлении на входе С> регистра перепада 1-0 происходит запись

"1" в следующий разряд регистра, если в этот момент времени сигнал на

0 = 1. В противном случае при наличии сигнала О на входе D регистра

866647 происходит его обнуление, т.е. сигналы со всех выходов снимаются. Сигнал на последнем разряде и регистра появится только в том случае,.если сигнал на входе Ср изменится с 1 на

0 не менее и раз в моменты времени, когда на входе D сигнал равен 1. й-разрядный регистр (фиг.5) содержит и триггеров 11, тактируемых фронтом, т.е. перепадом 1-0 на входе

Ср, включенных последовательно. Все тактирующие входы D-триггеров объединены, а установочные входы каждого. триггера последующего разряда соединены с выходом триггера предыдущего разряда.

Если в момент изменения 1-0.íà С на входе D первого триггера сигнал отсутствует, т.е. равен О, то этот сигнал устанавливает следующий триггер в состояние "0" на прямом выходе.

В свою очередь этот триггер устанав- 20 ливает последующий триггер в состояние "О" на прямом выходе и т.д.

Если в момент изменения 1-0 на

С на входе 0 первого триггера сигнал равен 1, 1 записывается на выход 2 первого триггера и разрешает работу второго. Следующая единица записывается во второй разряд при перепаде 1-0 и т. д.

Если в какой-то момент времени при перепаде 1-0 на входе Ср на входе О сигнал становится равен О, происходит последовательное обнуление всех разрядов регистра.

Работа устройства в режиме уравнивания частот. На фиг. 4 показаны диаграммы сигналов в различных точках схемы при частоте генератора ниже fa) и выше (б) частоты сети;

Иэ фиг. 4 видно, что сигнал на выходе триггера 4 измечяет свое 40 значение на каждый импульс, приходищий от схемы 3. При этом, если на его входе 3 сигнал равен 1, на прямом выходе устанавливается "1". В протинном случае на выходе устанавли- 4 вается "0". Сигнал на выходе триггера 5 может измениться только при втором импульсе, так как по первому импульсу ему мешает измениться отсутствие сигнала на выходе триггера 4.

Но два импульса подряд, которые не изменят состояние триггера 4, могут появиться только в том случае, когда за время полупериода напряжения ,генератора уложится полпериода напряжения сети (или наоборот). Этот случай отвечает пониженной или повышенной частоте генератора.

Следовательно, изменение состояния триггера 5 происходит в моменты времени, когда осуществится указан- ф) ное событие, т.е. один раз за период скольжения. В остальные моменты времени триггер 5 сохраняет свое состояние, так как к моменту изменения 1-0 сигнала на его входе Ср на обоих входах триггера и К сигналы равны 0 (сигналы с выходов триггера

4 и блоков 1 и 2 соединены на входах триггера 5.

Работа устройства при-синхронизации.

Сигнал на выходе схемы 3 антисовпадения имеет вид импульсов, длительность которых b.t сначала увеличивается (до углов сдвига фаз меньше

180 ), а затем уменьшается, становясь равной нулю при совпадении фаэ напряжений1 генератора и сети (фиг.5).

Передние фронты этих импульсов запускают одновибратор 8, который формирует временные ворота. Ширина ворот определяется длительностью импульсов t> на выходе одновибратора

10, а интервал времени от переднего фронта импульсов схемы 3 до начала временных ворот определяется длительностью t одновибратора 9. Регистр б производит опенку взаимного положения заднего фронта импульса с выхода схемы 3 и временных ворот, а также производит подсчет числа этих импульсов, т.е. регистр 6 выполняет функцию схемы сравнения длительностей импульсов.

При малой разности фаз между напряжениями генератора и сети длительность импульсов t меньше длительности импульсов одновибратора 9, т.е. h,t < t„ поэтому задний фронт импульсов со схемы 3 приходит в мому .нт времени, когда на выходе одновибратора 10 сигнал отсутствует, но имеется сигнал на выходе одиовиб.ратора 9. Это приводит к тому, что сигнал на выходе регистра 6 отсутствует. Поэтому отсутствует сигнал на . выходе триггера 7. Такое положение имеет место до тех пор, пока угол между векторами напряжений меньше угла опережения . од, определяемого временем

При больших углах между векторами напряжений задний фронт импульсов схемы 3 приходит в моменты времени, когда сигнал на выходе одновибратора

10 имеется. Начинается счет импульсов регистром 6. Такое положение имеет место до тех пор, пока угол между векторами больше угла опережения los,, но меньше некоторого угла Ч„ и, определяемого временем

При угле, большем Чц,, задний фронт. импульсов со схемы 3 приходит в моменты времени, когда сигнал на выходе одновибратора 10 равен нулю, поэтому сигнал на выходе регистра 6 также равен нулю.

При дальнейшем увеличении угла между векторами напряжений М 17" Мщм задний фронт импульсов схемы 3 вновь начинает попадать во временные ворота, формируемые одновибратором 8.

В соответствии с этим регистр 6 на866647 чниает счет импульсов. Счет прекратится, когда угол между векторами напряжений станет больше 2 Л - Чр, Если за время счета регистр 6 не успеет переполниться, в момент времени, когда ч = 23/ - Чо„, триггер 7 остается в исходном состоянии, так как к моменту снятия импульса на выходе блока 3 сигнала на выходе регистра б нет. Этот случай соответствует частоте скольжения большей допустимой, 10

Если за время счета регистр б переполнится, в момент времени, когда ч = 2Л-4 on задний фронт "M пульса со схемы 3 совпадает с наличием сигналов на выходах одновибрато- 15. ра 9 и регистра б. В результате этого

"1" запишется на выход триггера 7, а регистр 6 обнулится, произойдет включение контактора параллельной работы. 20

На фиг. б показана з ависимость длительности импульсов на выходе схемы

3 от времени при частоте скольжения, больше допустимой, и частоте скольжения, меньше допустимой.

До момента времени й„ изменение сигнала 1-0 на выходе схемы 3 происходит в моменты. времени, когда на выходе одновибратора 10 сигнал равен О. Поэтому сигнал на выходе регистра 6 отсутствует. 30

От момента времени сл до регистр б начинает счет, однако в момеит времени t срабатывания триггера 7 произойти не может, так как в моменты времени изменения сигнала З5

1-0 на схеме 3 сигнал на информационном входе триггера равен 0 (сигнал на выходе одновибратора 9 равен О).

От момента t до t происходит оброс регистра б, так как на этом 4Q интервале фронт импульсов схемы 3 не совпадает с временными воротами.

От момента to ДО 14 ВНОВЬ НаЧинается счет импульсов регистром 6.

Так как частота скольжения больше допустимой, за интервал времени регистр переполниться не успевает и в момент времени t< происходит его обнуление.

Если частота скольжения меньше допустимой, в момент времени с6 происходит переполнение регистра б и потому в момент времени t происходит срабатывание синхронизатора, т.е. появляется "1" на выходе триггера 7. 55

Для определения параметров одновибраторов 9 и 10, а также параметров регистра б рассмотрим работу схемы более подробно. Обозначим напряжение, частота которого ниже, через

U = U „ я к Й, (1) а напряжение, частота которого выше, .через 1 ц Uh sing 65

Разность частот, равная частоте скольжения, опрецеляется по

sin uf t = О, 5!ПЯ t = Ос

k7(t к

k3

K Q. т.е.

1 0, +1,... (4) Отсюда длительность импульсов на выходе схемы 3 равна кс=кт(— — -"-} (к)

Определим значение фаз одного напряжения в момент нуля другого. Из уравнений (1), (2) и (4) получаем

Ч „= КЛ—

К=О,+1,+ ... (ь) к " д

Отсюда угол сдвига фаз между векторами напряжений равен к=кл(— — — } . (с>

Если угол опережения задан в электрических градусах Vgn

Л

П Oh 18Q

Из уравнений (7) и (8) находим значение k, при котором происходит включение контактора.1 { —" — —,)(ш+Я)(где ) ...(. - ближайшее пелое большое с число.

Счет импульсов регистром 6 начинается за и импульсов до этого момента времени, т.е. при

1 ((+ i4

Следовательно, раз ность фаз напряжений в момент начала счета определяется из уравнений (10) и (7) ..-(..; )"(,. Г) — (») (а Я) Длительность импульсов на выходе схемы 3 в момент начала счета найдена из уравнений (5) и (10) ь+„»=(ккккск}У(—" — "}, (t 2) а в момент включения контактора

a sKA= Ks«X(w t l 3)

Отсюда определяется длительность импульсов одновибратора 10

ЬЛЮ=ю =Я-ю. (Ъ)

Моменты времени t (фиг. 5) определяются корнями уравнений

866647

Длительность импульсов первого одновибратора 9 определяется из уравнений (5), (7) и (10)

3f

Число импульсов, переполняющих. регистр 6, выбирается исходя из требуемой точности частоты скольжения при включении. Погрешность частоты включения равна единице младшего разряда регистра, т.е. (16) зК = - ДОп

Предлагаемое устройство компактно и надежно. Точность отработки угла опережения может быть получена не хуже 2%, а частоты скольжения при включении - 5%.

Формула изобретения

Устройство для автоматической синхронизации генераторов переменного тока, содержащее входной блок, в состав которого входят формирователи прямоугольных импульсов, канал уравнения частот с триггером иа выходе и канал, формирующий команду на включение выключателя генератора с триггером на выходе, о т л и ч а ющ е е.с я тем, что, с целью упрощения. устройства, повышения era надежности и точности, входной блок снабжен схемой антисовкадения, и канале уравнивания частот в качестве триггера на выходе использован 3Ктриггер, а канал снабжен дополнительным 3 К-триггером, в канале, . формирующем команду па включение выключателя в качестве триггера на выходе использован DV-триггер, тактируемый фронтом, а канал снабжен двухступенчатым одновибратором и регистром с последо5 вательно-параллельной записью приI чем входы схемы антисовпадения и 3 К, входы упомянутых Л К-триггеров подключены к выходам формирователей импульсов, выход схемы антисовпадения подключен к тактирующим входам

3 К --т р и г г е р ов, регистра и DV-триггера н к входу одновибратора, при этом выход второй ступени одновибратора подключен к информапионному входу регистра, а выход первой ступени

15 к информационному входу DV-триггера, разрешающий вход которого соединен с выходом последнего разряда регистра.

2. Устройство по п.1, о т л u —

gp ч а ю щ е е с н тем, что регистр выполнен в виде последовательно соединенных О-триггеров, тактируемых фронтом, тактирующие входы которых объединены, а установочные входы триггеров последующих разрядов подключены к выходу триггера предыдущего разряда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1 ° Авторское свидетельство СССР

9441628, кл. 8 02 J 3/42, 1971.

2. Гринштейн В.И., Ермолин Л.П. и Мильман М.В. Судовые бесконтактные р ле и устройства защиты и управления. Л., "Судостроение", 1971, З5 с. 81-101.

3. Авторское свидетельство СССР

9438080, кл. Н 02 J 3/42, 1971.

866(,47

Составитель К.фотина

Техред С.Иигунова Корректор В.Синицкая

Редактор Н.Данкулич филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Закаэ 8092/7б Тираж б78 Подписное

HHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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