Устройство для автоматической синхронизации с постоянным углом опережения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<">970562 ф (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 0207.80 (21) 2949408/24-07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 30,1082, Бюллетень ¹40

Дата опубликования описания 30.1082

Р1 М К з

Н 02 7 3/42

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий ($3) УДК 621. 316. .729 (088.8) (72) Автор изобретения

Р. Д. Монин

Центральное технико-конструкторское бюро, т"инистерства речного флота

»»

\ (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ

С IIOCTOHHHblM УГЛОМ ОПЕРЕЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для синхронизации синхронных генераторов, например судовых, методом точной синхронизации.

Известны устройства для автоматической синхронизации генераторов с постоянными временем опережения и углом опережения. Для генераторов относительно небольшой мощности, например на электростанциях речных судов, целесообразно использоваяие устройств автоматической синхронизации с постоянньм углом опережения, Это объясняется разбросом времени срабатывания генераторных контактов и автоматических включателей и сложностью схем, работающих с постоянньм временем опережения.

Известен автоматический синхронизатор с постоянным углом опережения, содержащий выпрямитель, включенный на напряжение биений, схему сравнения, источник опорного напряжения, логическую схему, выдающую .сигнал в том случае, если длительность импульсов на ее входе больше заданного времени, интегратор и компаратор, включенные последовательно, Причем один вход компаратора подключен к выходу выпрямителя, а другой на.источник опорного напряжения, выход интегратора включен на вход схемы сравнения, на другой вход которой подключен второй источник опорного напряжения, а ее выход подключен к логической схеме (1).

Недостаток данного синхронизатора отсутствие уравнивания частот при синхронизации.

Известен автоматический синхронизатор с постоянньи углом опережения, который дополнительно снабжен вторьм двухполупериодным выпрямителем, подключенным на разноименные фазы генератора и сети, последовательно включенным с ним вторым компаратором, вторьм интегратором и выходньм триггером со схемой сравнения, а также. дифференциатором, инвертором и входным триггером со схемами совпадения на входах, при этом выход первой схемы сравнения подключен непосредственно к первому входу схемы совпадения, включенной на записывающий единицу вход триггера и через инвер,тор к первому входу схемы совпадения, включенной на записывающий нуль вход триггера, а выход второй схемы сравнения подключен ко вторым входам

970562 схем совпадения через дифференциатор (2) .

Общим недостатком укаэанных синхронизаторов является зависимость величины угла опережения от разности напряжений генератора и сети, 5 а также от формы напряжения сети, так как входным напряжечием синхронизаторов является в обоих случаях напряжение биений. Искажение формы напряжения сети имеет место в 1О электроэнергетических системах, имеющих в качестве потребителей статические преобразователи мощностью, соизмеримой с мощностью генераторов. 15

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для автоматической синхронизации генераторов переменного тока, позволяющее исключить влияние разности напряжений сети и генератора и формы напряжения сети на величину угла опережения за счет преобразования входных напряжений сети и генератора в прямоугольные импульсы.

Устройство содержит формирователи прямоугольных импульсов, входы которых подключены через схемы И к входам соответственно записывающим

) нуль и единицу, выходного триггера, триггеры, схемы И, реле времени и собирательную схему, выходы формирователей прямоугольных импульсов подключены через инверторы и схему И к записывающему единицу входу пер- З5 ваго триггера и через дифференциаторы и схему И к записывающему единицу входу второго триггера, вход которого, записывающий нуль, через реле времени соединен с дополни- 40 тель ной схемой И, в ходы к отарой подключены к выходу второго триггера и выходу схемы ИЛИ, включенной на входы инверторов, выход одного из которых подключен к второму входу q5 схемы И записывающего нуль входа выходного триггера, а выход второго— к второму входу схемы совпадения записывающего единицу входа выходного триггера, третьи и четвертые входы схем И выходного триггера попарно объединены и подключены соответственна к инверсному выходу первого триггера и к прямому выходу второго триггера, причем входы формирователей подключаются соответственно к фазному напряжению сети и линейному напряжению генератора (3).

Основным недостатком данного устройства является невозможность плавного изменения угла опережения 6О для оптимизации процесса синхронизации применительно к конкретному генераторному контактору или автоматическому выключателю — в устройстве получаемый угол опережения равен 65 углу между векторами фазного напряжения сети и линейного напряжения генератора, т.е. он может быть только кратным 30 . Кроме того, при соединении обмоток генератора треугольником требуется искусственное формирование фазного напряжения,, Цель изобретения — обеспечение возможности плавного изменения угла опережения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве синхронизации, содержащем пять элементов И, элемент ИЛИ, реле времени, три триггера два инвертара и формирователи прямоугольных импульсов с входами для подключения на напряжения соответственно сети и генератора, причем выход второго формирователя подключен к первому входу первого элемента И, выход которого подключен к записывающему единицу входу первого триггера и через инвертор к первому входу второго элемента И, выход которогo подключен к записывающему нуль входу первого триггера, выход первого формирователя подключен через инвертор ко второму входу первого элемента И и ко второму входу второго элемеíTà И, третьи Bõîäû первого и второго элементов И соединены с инверсным выходом второго триггера, в качестве реле времени использован трехтактный ждущий мультивибратор, при этом устройство снабжено шестым, седьмым, восьмым и девятым элементами И, элементом И-НЕ, четвертым триггером, третьим инвертором, причем вход ждущего мультивибратора подключен через элемент

ИЛИ к выходам формирователей прямоугольных импульсов, к выходу одного из которых подключены первые входы третьего, четвертого и пятого элементов И, к другому — вторые входы этих элементов, выходы которых подключены к записывающим единицу входам соответственно второго, третьего и четвертого триггеров, к третьим входам третьего, четвертого и пятого элементов И подключены соответственно первый, второй и третий выходы трехтактногo ждущего мультивибратора, четвертый вход четвертого элемента И соединен с инверсным выходом второго триггера, четвертый вход пятого элемента И вЂ” с инверсньм выходом третьего триггера, записывающие нуль входы второго, третьего и четвертого триггеров соединены с выходом шестого элемента И, первый вход которого соединен с третьим выходом ждущего мультивибратора, а второй через элемент И-НЕ с выходами обоих формирователей импульсов, прямые выходы второго, третьего и четвертого триггеров подключены к входам седьмого элемента И, а к прямому и

970562

25 инверсному выходам первого триггера подключены входы восьмого и девятого элементов И, вторые входы которых подключены к прямому выходу второго триггера, третьи входы этих элементов через третий инвертор подключены к выходу седьмого элемента И.

Сигнал на включение генераторного контактора или автоматическогo выключателя формируется при установке в единичное состояние второго, третье- 10 го и четвертого триггеров. Установка их в единичное состояние может происходить во время импульсов на первом,. втором и третьем выходах трехтактного ждущего мультивибратора.

Длительность импульсов на втором и третьем выходах его определяют максимальную частоту скольжения, при которой происходит включение генератора, а длительность импульса на первом выходе определяет угол опережения. Изменяя длительность импульса на первом выходе. ждущего мультивибратора, можно изменить угол опережения практически от 0 до 180.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого устройства, Устройство для автоматической синхронизации состоит из формирователей 1 и 2 прямоугольных импульсов, включенных на одноименные фазы напояжения сети и генератора. Выходы формирователей 1 и 2 подключены к входам элемента ИЛИ З,выход которого соединен с входом трехтактного ждуще- З5 го мультивибратора 4.Кроме того, выход формирователя 1 подключен к первым входам элементов И 5 — 9 непосредственно и через инвертор 10 к входу элемента И 11, а выход форми- 40 рователя 2 — к вторым входам элементов 5,6,7,8 и 11 и через инвертор 12 к второму входу элемента 9.

Третьи входы элементов 5 — 7 соединены соответственно с первьгл, вторым р5 и третьим выходами трехтактного ждущего мультивибратора 4. Выход элемента 5 соединен с записывающим единицу входом триггера 13, инверсный выход которого подключен к четвертому входу элемента 6 и третьим входам элементов 9 и 1I . Выход элемента

6 соединен с записывающим единицу входом триггера 14, инверсный выход которого подключен к четвертому входу элемента 7, выход которого, в свою очередь, соединен с записывающим единицу входом триггера 15.

К записывающим нуль входам триггеров 13 — 15 подключен выход элемента И 16, один вход которого сое- 6О динен с инверсньм выходом элемента

8, а другой — с третьим выходом ждущего мультивибратора 4. Выход элемента 11 подключен к записывающему единицу входу триггера 17, а выход 65 элемента 9 — к записывающему нуль входу его. Прямые выходы триггеров

13 — 15 подключены к входам элемента. И 18. Прямой и инверсный выходы триггера 17 соединены с первыми .входами соответственно элементов И 19 и 20, к вторым входам которых подключен прямой выход триггера 13, а к третьим входам через инвертор 21 выход элемента 18;

Пбдключение вторых и третьих элементов 19 и 20 может быть выполнено иначе, чем показано на чертеже, но таким образом, чтобы обеспечить единичные сигналы на них при единичном состоянии триггера 13 и нулевом состоянии одного из триггеров 14 и 15.

Устройство работает следующим образом.

На выходах формирователей 1 и 2 формируются прямоугольные импульсы, длительностью равные половине периода сравниваемых напряжений. Сдвиг импульсов во времени завнсит. от угла рассогласования по фазе этих напряжений. При поступлении на элемент 3 одного из импульсов с формирователей, например с формирователя

1, запускается трехтактный ждущий мультивибратор 4 и на его выходах последовательно формируются импульсы — сначала на первом выходе, затем на втором и на третьем.

При большой разнице фазных углов сравниваемых напряжений импульс с другого формирователя поступает после формирования импульсов на всех трех выходах ждущего мультивибратора 4, поэтому ни на один из триггеров 13 - 15 с элементов 5 — 7 сигнал для записи единицы не поступает и в момент формирования сигнала на третьем выходе ждущего мультивибратора 4 на записывающие нуль входы этих триггеров подаются сигналы с помощью элементов 8 и 16.

Кроме того, при поступлении импульса с формирователя 1 с помощью элемента 9 триггер 17 устанавливается в нулевое состояние. С помощью инвертора 10 элемент 1.1, служащий; для установки триггера 17 в единичное состояние, блокируется.

При уменьшении разности фазных углов сравниваемых напряжений наступает момент, когда импульс на выходе формирователя 2 формируется одновременно с импульсом на третьем выходе ждущего мультивибратора 4.

При этом сигнал с элемента 7 устанавливает триггер 15 в единичное состояние. Если частота скольжения сравниваемых напряжений не превышает допустимую величину, то через период или несколько периодов импульс на выходе. формирователя 2 будет форми970562 роваться одновременно с импульсом на втором выходе, а еще через период или несколько периодов — одновременно с импульсом на первом выходе ждущего мультивибратора 4. Это вызывает установку в единичное состояние соответственно триггера 14 с помощью элемента 6 и триггера 13 с помощью элемента 5..

При установке триггеров 13 - 15 в единичное состояние на выходе элемента 17 формируется сигнал на включение генераторного контактора или автоматического выключателя.

Угол опережения при включении зависит от длительности импульса на первом выходе ждущего мультивибратора, а от длительности импульсов на втором и третьем выходах его зависит максимальная частота скольжения, при которой происходит включение генератора, Если частота скольжения превышает величину„ при которой может произойти включение генератора, то при уменьшении разности фазных углоВ по крайней мере один из триггеров 14 и

15 не будет .установлен в единичное состояние.

Например, импульс на выходе формирователя 2 формируется одновременно с импульсом на третьем выходе ждущего мультинибратора 4, что вызывает установку в единичное состояние триггера )5, а через период одновременно с импульсом на первом выхоце ждущего мультивибратора 4, что вызывает установку в единичное .состояние триггера 13. При формировании импульса на втором выходе ждущего мультивибратора установка триггера 14 в единичное состояние не произойдет, так как элемент 6 блокируется инверсным выходом триггера

13. Сигнал на включение генератора на выходе элемента 18 при этом будет отсутствовать.

При срабатывании триггера 13 сигнал с его инверсного входа блокирует элементы 9 и 11, состояние триггера

17 запоминается. Сигнал с прямого выхода триггера 13 разблокирует элементы 19 и 20 и на выходе одного из них в зависимости от состояния триггера 17 появляется сигнал для воздействия на серводвигатель регулятора оборотов приводного двигателя генератора.

Состояние триггера после запоминания определяется тем,какой из импульсов поступил раньше — с формирователя 1 или формирователя 2.

Эффективность изобретения по. сравнению с известным заключается в возможности изменения угла опережения в зависимости от применяемого коммутационного аппарата.

Предлагаемое устройство легко . реализовать с применением интегральных схем, Формула изобретения

Устройство для автоматической синхронизации с постоянным углом опережения, содержащее пять элемен10 тов И, элемент ИЛИ, реле времени, три триггера, два инвертора и формирователи прямоугольных импульсов с входами для подключения на напряжения соответственно сети и генератора, причем выход второго формирователя подключен к первому входу первого элемента И, выход которого подключен к записывающему единицу входу первого триггера и через инвертор к первому входу второго элемента И, выход которого подключен.к записывающему нуль входу первого триггера, выход первого формирователя подключен через инвертор ко второму входу первог 0 элемента И H Ko второму Вхо ду второго элемента И, третьи входы первого и второго элементов И соединены с инверсным выходом второго триггера, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности путем обеспечения плавного изменения угла опережения, в качестве реле времени использован трехтактный жду щий мультивибратор, а устройство снабжено шестым, седьмым, восьмым и девятым элементами И,элементом И-НЕ, четвертым триггером, третьим инвертором, причем вход ждущего мультивибратора подключен через элемент

ИЛИ к выходам формирователей прямоугольных импульсов, к выходу одного из которых подключены первые входы третьего, четвертого и пятого элементов И, к другому — вторые входы этих элементов, выходы которых подключены к записывающим единицу входам соответственно второго, третьего и четвертого триггеров, к третьим входам третьего, четвертого и пятого элементов И подключены соотВВТсТВеННо первый, второй H третий выходы трехтактного ждущего мультивибратора, четвертый вход четвертого элемента И соединен с инверсным выходом второго триггера, четвертый вход пятого элемента И вЂ” с инверсным выходом третьего триггера, записывающие нуль входы второго, третьего и четвертого триггеров соединены с выходом шестого элемента И, первый вход которого соединен с о третьим выходом ждущего мультивибратора, а второй — через элемент

И-НЕ с выходами обоих формирователей импульсов, прямые выходы второго, третьего и четвертого триггеров

65 подключены к входам седьмого эле970562

ВНИИПИ Заказ 8413/69 Тираж 669 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 мента И, к прямому и инверсному выходам первого триггера подключены входы восьмого и девятого элементов И, вторые входы которых подключены к прямому выходу второго триггера, третьи входы этих элементов через третий инвертор подключены к выходу седьмого элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетель ство СССР

Р 319993, кл. Н 02 J 3/42, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

5 Р 441628, кл. Н 02 J 3/42, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 438080, кл. Н 02 J 3/42, 1971.