Регулятор частоты электроагрегата

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к автоматическим регуляторам частоты переменного напряжения,, генерируемого электроагрегатом автономного источника питания . Целью изобретения является повы- Л1ение надежности и устойчивости регу лирования частоты, а также повышение быстродействия регулирования при больших отклонениях частоты. Введение RS-триггера 18, счетчиков импульсов 20, 19 и 21, элементов совпадения 17 и.25, D-триггера 24, логического элемента ИЛИ, элемента задержки 23 и мультиплексоров 26 и 27 обеспечивает отработку отклонения генерируемой частоты до тех пор, пока это отклонение не войдет в заi (Л С ю 00 00 00 m

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) Н 02 Р 9/04

-„ 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

I)

1 (72) N.ß. Каплан (53) 621.316.728(088.8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3882826/24-07 (22) 09.04.85 (46) 07.02.87. Бюл. Р 5 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно †конструкторск институт электроагрегатов и передвиж ных электростанций

{56) Авторское свидетельство СССР

Ф 904184, кл. Н 02 Р 9/04, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 1078571, кл. Н 02 Р 9/04, !982. (54) РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматическим регуляторам частоты переменного

1 напряжения, генерируемого электроагрегатом автономного источника питания. Целью изобретения является повышение надежности и устойчивости регулирования частоты, а также повышение . быстродействия регулирования при больших отклонениях частоты. Введение RS-триггера 18, счетчиков импульсов 20, 19 и 21, элементов сов адения 17 и .25, D-триггера 24, логического элемента ИЛИ, элемента задержки 23 и мультиплексоров 26 и 27 обеспечивает отработку отклонения генерируемой частоты до тех пор, пока это отклонение не войдет в за1288891 данную зону, обусловленную требуемой точностью поддержания частоты. В то же время снижена чувствительность устройства к кратковременным малым отклонениям частоты, что повышает

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к автоматическим регуляторам частоты переменного напряжения, генерируемого электроa1 ðeãàòoì, и может быть использовано . > для автоматического регулирования частоты автономных истоЧников электропитания.

Целью изобретения является повышение надежности и устойчивости регулирования частоты, а также повышение быстродействия регулирования при больших отклонениях частоты.

На фиг. 1-3 приведена структурная

15 схема регулятора; на фиг. 4 и 5 временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Регулятор частоты электроагрегата

20 содержит генератор 1 импульсов эталоннои частоты, выход которого через первый делитель 2 частоты связан со счетным Т-входом первого счетчика 3 импульсов, R-вход нулевой установки которого подсоединен через первый

25 одновибратор 4 к выходу формирователя 5 прямоугольных импульсов, синхронизированного с напряжением электроагрегата. Выходы первого счетчика импульсов подключены к входам первого элемента 6 совпадения, инверсный выход которого подключен к 7-входу разрешения счета первого счетчика 3 импульсов и к первому инверсному входу первого четырехвходового логичес- 35 кого элемента И 7, второй вход которого связан с первым входом второго четырехвходового логического элемента И 8, объединенным с выходом формирователя 5 прямоугольных импульсов, третий вход — с вторым входом второго логического элемента И и подключен к одному из выходов второго счетчи1 ка 9 импульсов или через дополнительный делитель 10 частоты к выходу геустойчивость регулирования и снижает количество перемещений механических элементов системы регулирования подачи топлива и тем самым повышает на" дежность работы. 1 з.п. ф-лы. 5 ил. нератора 1 эталонных импульсов, четвертый вход через логический элемент

И-11Е 11 — с выходами реверсивного счетчика 12, а выход — с входом прямого счета (+Т) реверсивного счетчи-. ка, выход второго логического элемента. И связан с входом обратного счета (Т) реверсивного счетчика, à era . третий вход через первый логический элемент. ИЛИ ;3 соединен с выходами реверсивного счетчика и с первыми входами логического блока 14 совпадения.,Выход генератора импульсов эталонной частоты подключен к счетному Т-входу второго счетчика 9 импульсов, выходами соединенного с вторыми входами логического блока 14 совпадения, выходом старшего разряда через второй одновибратор 15 — с

S-входом первого RS-триггера 16, R— вход которого подсоединен к выходу логического блока совпадения, а выход предназначен для связи с управляющим входом привода электроагрегата.

Входы второго элемента 17 совпадения подключены к выходам первого счетчика 3 импульсов, а выход — к

Б-входу второго RS-триггера 18 с

R-входом, подсоединенным к выходу первого одновибратора 4, и инверсным ьыходом, подключенным к четвертому входу второго логического элемента

ИО, первый вход которого выполнен инверсным и подсоединен K второму входу первого логического элемента

И7, а выход — к H-входу нулевой установки четвертого сче-,чика 19 импульсов и к счетному Т-входу третьего счетчика 20 импульсов, выходом связанногс с входом обратного счета реверсивного счетчика, à P.-входом нулевой установки — с выходом первого логического элемента И, объединенным со счетным Т-входом четвертого

1288891 счетчика 19 импульсов, выход которого связан с входом прямого счета реверсивного счетчика. Пятый счетчик 21 импульсов подключен счетным Т-входом через второй логический элемент ИЛИ

22 к счетным входам третьего и четвертого счетчиков импульсов, R âõîäîì нулевой установки через элемент 23 задержки — к выходу первого одновибратора и С-входу D-триггера 24, V !0 входом разрешения счета — к D-входу

D-триггера и инверсному выходу третьего элемента 25 совпадения, входы которого соединены с выхцдами пятого счетчика импульсов, первые входы пер- 15 вого 26 и второго 27 мультиплексоров подключены к выходам, а вторые — к счетным входам соответственно третьего 20 и четвертого !9 счетчиков импульсов, управляющие входы — к выхо- 20 ду D — триггера 24, а их выходы— соответственно к входам обратного и прямого счета реверсивного счетчика.

Каждый мультиплексор выполнен в виде первого 28 и второго 29 входных логических элементов И, первые входы которых подключены соответственно к первому и второму входам мультиплексора, выходы через выходной логический элемент ИЛИ 30 — к выходу мультиплексора, а второй прямой вход первого входного логического элемента И 28 и второй .инверсный вход второго логического элемента И 29 соединены с управляющим входом мультиплек- 35 сора.

Регулятор частоты работает следующим образом.

Электроагрегат вырабатывает напря-. жение U с частотой f (периодом T=l/f) 40 которое преобразовывается формирователем прямоугольных импульсов в.виде триггера-формнрователя в импульсы . длительностью Т и периодом 2Т. B последнем случае сначала формируются 45 импульсы с длительностью Т/2 и периодом Т и затем делятся на два триггером, в результате чего триггер-формирователь отформировывает импульсы длительностью Т и периодом 2Т. 50

По переднему фронту импульсов с выхода формирователя 5 прямоугольных импульсов первый одновибратор 4 формирует короткий импульс, устанавливающий первый счетчик 3 импульсов и второй RS-триггер 18 в нулевое состояние, после чего первый счетчик 3 и чпульсов начинает осуществлять от счет импульсов длительностью t c

1 генератора 1 импул.сов эталонной частоты, поступающих на счетный Т-вход первого счетчика 3 импульсов через первый делитель 2. После отсчета первым счетчиком 3 импульсов числа импульсов, соответствующих первому заданному интервалу Т,, на выходе второго элемента 17 совпадения формируется импульс длительностью t< который устанавливает RS-триггер 18 в единичное состояние. Таким образом, на выходе RS-триггера 18 имеются потенциалы, диаграммы которых приведены на фиг. 4 (диаграммы потенциалов в точках а,А,б,в,г,д,е,Г, обозначенных на фиг. l и 2). После отсчета первым счетчиком 3 импульсов числа импульсов, соответствующих второму заДаннОму интерВалу Тэта на ВЫХОДе первого элемента 6 совпадения появляется уровень логического нуля, по которому запрещается дальнейший отсчет импульсов первым счетчиком 3 импульсов по его V-входу разрешения счета до следующего сброса указанного счетчика в момент начала нового периода.

Таким образом, на выходе первого элемента 6 совпадения отформировывается интервал Тэтг.

Элементы 6 и 17 совпадения могут быть выполнены в виде логических элементов И. В этом случае для получения заданных интервалов Тэт, и Тэ к входам элементов !7 и 6 совпадения подключаются только те входы разрядов первого счетчика 3 импульсов, которые принимают состояние логической единицы при достижении заданного числа, обусловленного соответственно значениЯми Тэт, и Тэт . ИнтеРвал Тэ -Тэт, представляет собой заданную зону нечувствительности. При этом номинальное значение частоты f связано с

Т, и .T очевидными соотношениями (для случая использования триггераформирователя)

Tý, 1 fи а Тэт l Тэт эт1 эт 2 г 2 н

ЕТэт 1 + ЬТэт эт2 Тэт 2 f 2

Логические элементы И 8 и 7 выделяют соответственно интервалы отклонения Т от Т, и Тэт . При этом в случае Т Т „ второй логический элемент И8 выделяет интервал с, =Тэ„ -Т, 1288891 а в случае Т Т первый логический элемент И7 выделяет интервал

=Т,, Т.

Интервалы с, и ь с помощью тех я<е логических элементов И7 и 8 стробируются счетными импульсами, полученными делением дополнительным делителем 10 частоты или вторым счетчиком 9 импульсов, периодом следования формируемыми генератором 1 импульсов эталонной частоты. На выходах логических элементов И 8 и 7 получаются, таким образом, пачки импульсов с числом счетных импульсов, соответствующих временным интервалам 15 о, или ь . Эти пачки импульсов поступают на соответствующий счетный вход (+T или -T) реверсивного счетчика 12 с помощью мультиплексоров 27 и 26 либо непосредственно, либо через 20 счетчики 19 и 20 импульсов в зависимости от того, какой канал мультиплексора открыт. Управление мультиплексорами осуществляется от D òðèãгера 24, выход которого указывает, превышает текущее значение отклонения АТ заданную величину Ь T или нет (т.е. отклоенние велико или мало).

Для этого пачки импульсов с логических элементов И 8 или 7 через вто- . рой логический элемент ИЛИ 22 поступают на счетный вход пятого счетчика

21 импульсов, предварительно установ- 35 ленного в ноль по его R-входу импульсом с первого одновибратора 4.

В случае, если Т ЬТ с, (фиг. 5, диаграммы в точках A,Ã,)K,Д,З, обозначенных на фиг. 1 и 2), пятый счетчик 21 40 импульсов достигает состояния, соответствующего h Т о, и на выходе третьего элемента 25 совпадения формируется в этот момент уровень логического нуля, запрещающего дальнейший 45 счет импульсов пятым счетчиком 21 импульсов до очередного его сброса.

Если третий элемент сравнения выпол.няется в виде логического элемента

И-НЕ, то он подключается при этом к выходам тех разрядов пятого счетчика импульсов, которые при величине d f.=AT с, имеют единичные сигналы.

Перед очередным сбросом пятого счетчика 2! импульсов состояние выхода третьего элемента 25 совпадения записывается в D-триггер 24 импульсом с первого одновибратора 4, Для надежной записи информации в D-триггер

24 импульс на сброс пятого счетчика.

21 импульсов поступает через элемент

23 задержки. В случае, если T h T на выходе Р-триггера 24 имеет место уровень логической единицы, по которому мультиплексоры 26 и 27 пропус" кают на реверсивный счетчик 12 импульсы пониженной частоты через счетчики 20 и 19 импульсов, а в случае h,Т 1 T » на выходе D-триггера

24 — уровень логического нуля и мультиплексоры 26 и 27 пропускают на реверсивный счетчик 12 импульсы непосредственно с выходов логических элементов И ? и 8. Таким образом формируются две зоны пропорциональной зависимости между отклонением частоты и крутизной скорости изменения управляющего воздействия. ! (оэффициент деления частоты импульсов счетчиками !9 и 20 импульсов определяет, во сколько раз изменяется эта зависимость. В случае наличия отклонения а Т>1 Т, независимо от величины этого отклонения, на вход (+Т или -Т) реверсивного счетчика 12 поступают счетные импульсы непосредственно с выходов логических элементов И 7 и 8. При одном знаке лТ число на выходе реверсивного счетчика 12 увеличивается со скоростью, пропорциональной величине ЬТ, частоте генератора 1, а в случае лТ ьТ также и коэффициенту деления. При противоположном знаке а Т число на выходе реверсивного счетчика !2 аналогичным образом уменьшается. При этом скорость изменения состояния реверсивного счетчика 12 при переходе из области отклонений Ь Т бТ в область

ЕТ ьТ изменяется в число раз, соответствующее коэффициенту деления.

Увеличение или уменьшение скорости изменения состояния счетчика происходит до тех пор, пока не наступит ситуация, когда T=O(E =О, =О), т.е. отклонение частоты от номинального значения не выходит за заданную зону нечувствительности, либо пока реверсивный счетчик 12 не достигнет одного из своих предельных состояний — максимального или минимального (когда все его выходы находятся соответственно в единичном или в нулевом состоянии).

При достижении реверсивным счетчиком максимального предельного состояния логический элемент И-НЕ 11 выдает

128889! на выходе уровень логического нуля, запрещая прохождение счетного импульса, .обнуляющего реверсивный счетчик, через логический элемент И 7.

При достижении минимального предельного состояния реверсивного счетчика 12 логический элемент ИЛИ 13 выдает на выходе уровень логического нуля, запрещая прохождение импульса, переводящего реверсный счетчик в минимальное предельное состояние, через второй логический элемент И 8.

Для полного исключения влияния на работу регулятора частоты малых попеременно меняющих знак колебаний частоты, вызванных, например, несовершенством аппаратуры топливоподачи или колебательными процессами, обусловленными наличием обратной связи, счетчики 20 и 19 импульсов выполнены с взаимным сбросом. В случае возникновения колебательного процесса, не выходящего за заданную зону нечувст- вительности, как с одной стороны, так и с другой, счетчики 20 и 19 импульсов попеременно сбрасываются, не успевая выдать на своем выходе счетного импульса, и устройство прекращает изменение выходного воздействия, по существу отключая тем самым обрат- ЗО ную связь до .успокоения колебательного процесса.

Элементы 9,14,15 и 16 выполняют функцию получения на выходе импульсов достаточно высокой частоты следо- 35 . вания (например, 300-500 Гц}, с постоянным периодом следования и длительностью импульса, пропорциональной числу на выходе реверсивного счетчи— ка 12. Для этого импульсы с выхода генератора эталонной частоты делятся до получения заданной частоты еледования. Второй .одновибратор 15 формирует короткие импульсы, устанавливающие RS-триггер 16 в единичное сос- <5 тояние.

Второй счетчик 9 импульсов отсчитывает счетные импульсы, и в .момент, когда состояния выходов второго счет- о чика 9 импульсов полностью совпадают с состояниями выходов реверсивного счетчика 12, логический блок совпадения устанавливает BS-триггер 16 в нулевое состояние. Таким образом, на прямом выходе RS-триггера формируется импульс, длительность которого пропорциональна состоянию реверсивне го счетчика 12, причем чем большему числу соответствует состояние реверсивного счетчика, тем больше длительность полученного импульса, и при максимальном предельном его состоянии этот импульс превращается в.постоянный уровень логической единицы, а при минимальном — в постоянный уровень логического нуля. При использовании инверсного выхода зависимость получается обратной.

Сигнал с выхода BS-триггера 16 поступает через усилитель на исполнительный электромагнит.

Таким образом, устройство обеспечивает отработку отклонения генерируемой частоты до тех пор, пока это отклонение не войдет в заданную зону, обусловленную требуемой точностью поддержания частоты. При этом обеспечивается повышенная скорость отработки больших отклонений частоты, что обеспечивает высокое быстродействие устройства.

В то же время снижена чувствительность устройства к кратковременным малым отклонениям частоты, что позволяет повысить устойчивость регулирования, а также значительно снизить количество перемещений механических элементов системы регулирования подачи топлива и тем самым повысить надежность работы системы. формула изобретения

1. Регулятор частоты электроагрегата, содержащий генератор импульсов эталонной частоты, выход которого через первый делитель частоты связан со счетным входом первого счетчика импульсов, вход нулевой установки которого подсоединен через первый одновибратор к выходу формирователя прямоугольных импульсов, синхронизированного с напряжением электроагрегата, выходы первого счетчика импульсов подключены к входам первого элемента совпадения, инверсный выход которого подключен к входу разрешения счета первого счетчика импульсов и к первому инверсному входу первого четырехвходового логического элемента И, второй вход которого связан с первым входом второго четырехвходового логического элемента И, объединенным с выходом формирователя прямоугольных импульсов, третий вход— с вторым входом второго логического элемента И и подключен к одному

128889 из выходов второго счетчика импульсов или через дополнительный дели- . тель частоты к выходу генератора эталонных импульсов, четвертый вход через логический элемент И-НŠ— с выходами реверсивного счетчика, а выход — с входом прямого счета реверсивного счетчика, выход второго логического элемента И связан с входом обратного счета реверсивного счетчика, а его третий вход через первый логический элемент ИЛИ соединен с выходами реверсивного счетчика и с первыми выходами логического блока совпадения, выход генератора импульсов эталонной частоты подключен к счетному входу второго счетчика импульсов, выходами соединенного с вторыми входами логического блока совпадения, выходом старшего разряда через второй одновибратор . — с S-входом

I первого RS-триггера, R-вход которого подсоединен к выходу логического блока совпадения, а выход предназначен для связи с управляющим входом привода электроагрегата, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения надежности и устойчивости регулирования, в него дополнительно введены второй RS-триггер, третий и четвертый счетчики импульсов, второй элемент совпадения, причем входы второго элемента совпадения подключены к выходам первого счетчика импульсов, а выход — к Я-входу второго RS-тригге- З5 ра с R-входом, подсоединенным к выходу первого одновибратора, и инверсным выходом, подключенным к четвертому входу второго логического элемента И, первыи вход которого выполнен инверсным и подсоединен к второму вхо! !о ду первого логического элемента И, а выход — к входу нулевой установки четвертого счетчика импульсов и к счетному входу третьего счетчика импульсов, выходом связанного с входом обратного счета реверсивного счетчика, а вход нулевой установки — с выходом . первого логического элемента И, объединенным со счетным входом четвертого счетчика импульсов, выход которого связан с входом прямого счета реверсивного счетчика °

2. Регулятор по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем,что, с целью повышения быстродействия регулирования при больших отклонениях частоты, в него дополнительно введены D-триггер, пятый счетчик импульсов, третий элемент совпадения, второй логический элемент ИЛИ, два мультиплексора, элемент задержки, причем пятый счетчик импульсов подключен счетным входом через второй логический элемент

ИЛИ к счетным входам третьего и четвертого счетчиков импульсов, входом нулевой установки через элемент задержки — к выходу первого одновибратора, и С-входу D-триггера, входом разрешения счета — к D-входу D-триггера и инверсному выходу третьего элемента совпадения, входы которого соединены с выходами пятого счетчика импульсов, первые входы первого и второго мультиплексоров подключены к выходам, а вторые — к счетным входам соответственно третьего и четвертого счетчиков импульсов, управляющие входы — к выходу D-триггера, а их выходы — соответственно к входу обратного и прямого счета реверсивного счетчика.

1288891

1288891

3 T QTy

Составитель А. Акимов

Редактор О. Юрковецкая Техред И.Верес Корректор Е. Сирохман

Заказ 7821/57 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по .делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, F. Ужгород, ул. Проектная, 4