Устройство точной синхронизации

 

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности при одновременном повышении надежности. Устройство формирует сигнал на включение выключателя генератора с учетом времени опережения в зависимости от разности фаз напряжений сети и генератора, а также от величины скольжения и его ускорения. При величинах скольжения, больших допустимого, включение выключателя блокируется. Подгонка частоты осуществляется в зависимости от знака скольжения и его величины. При малых скольжениях генератор выводится из зоны малых скольжений. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (У1) Н 02 3 3/42

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фЗ

4В ифЬ

Ю фиг. б .- функциональная схема узла включения; на фиг. 7 — диаграммы работы узла опережения.

Устройство 1 точной синхронизации (фиг. !) содержит узлы опережения 2, контроля разности частот 3, контроля разности напряжений 4, подгонки частоты 5 и включения 6. На вход устройства поступают. напряжения одной из фаз сети U и генератора U которые поступают на узлы опережения 2, конт.роля разности напряжений 4 и включения 6.

На выходы устройства "Больше", Меньше поступают сигналы с выхода узла 5 подгонки частоты для увеличения и уменьшения числа оборотов генератора в режиме синхронизации его c

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ (21) 4359644/24-07 (22) 09.12.87 (46) 30.04.90. Бюл. ¹ 16 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский ин-.. ститут по автоматизированному электропроводу в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте (72) А.Г.Придатков, И.П.Кузнецов и А.Е.Бояршинова (53) 621.316.729{088.8) (56) Беркович М.A. и др. Автоматика энергосистем. М.: Энергия, 1980, с.76-89.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1288821, кл. Н. 02 Л 3/42, 1985.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для точной синхронизации и включения генераторов переменного тока на парал лельную работу с сетью или другими генераторами.

Целью изобретения является повышение точности при одновременном по: вышении надежности и быстродействия, На фиг. 1 представлена структурная схема устройства точной синхронизации; на фиг. 2 — функциональная схема узла опережения; на фиг, 3функциональная схема узла контроля разности частот; на пиг. 4 — функциональная схема узла контроля разности напряжений; на фиг. 5 — функциональная схема узла подгонки частоты; на

„„SU„„1561145 А1 (54)- УСТРОЙСТВО ТОЧНОЙ СИНХРО!ШЗА1ЦП1 (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — повышение точности при одновременном повышении надежности. Устройство формирует сигнал на включение выключателя генератора с учетом времени опережения в:, зависимости от разности фаз напряжений сети и генератора, а также от велчины скольжения и его ускорения, При величинах скольжения, больших допустимого, включение выключателя блокируется. Подгонка частоты осуществляется в зависимости от знака скольжения и его величины. При малых скольжениях генератор выводится из C зоны малых скольжений. 1 з.п. ф-лы, е

7 ил.

156(145 сетью. С выхода узла 6 включения на выход устройства поступает сигнал на включение генератора в сеть с задан, ным временем опережения определяемым

9 5, временем задержки срабатывания выключателя.

Узел 2 опережения (фиг. 2) содержит нуль-органы 7 и 8, на выходы которых поступает напряжение одной из фаз сети и генератора. Последовательно с нуль-органом 7 соединены

) генератор 9 пилообразного напряжения

У разделительная цепочка 10, устройство 11 выборки и хранения, фазочувствительный. усилитель 12, блоки 13 и 14,цифференцирования, сумматор и нуль орган 15.

К входам сумматора подключены вы,ходы фазочувствительного усилителя 12 20

1 и блоков 13 и t4 дифференцирования.

Выход нуль-органа 8 соединен с управляющим входом устройства выборки и хранения, а управляющий вход фазочувствительного усилителя соединен с )5 выходом блока определения знака сколь,,жения узла 3 контроля разности частот.

Узел 3 контроля разности частот

,(фиг. 3) содержит блок определения

1 знака скольжения выполненный в виде

Э ЗО последовательно соединенных дифферен цирующей цепи 16, порогового элемента 17 с гистерезисом и элемента HE 18.

Вход блока определения знака сколь;кения соединен с выходом устройства

11 выборки и хранени,r узла 2 опереже- 35 иия (фиг. 2).

Кроме того, узел контроля разности частот содержит блок определения

Максимального скольжения, образованНый последовательным соединением интегратора на операционном усилителе l9 и порогового элемента 20 с гистерезисом. На вход интегратора через формирователь узких импульсов, вы45

Полненный на дифференцирующей цепочКе и диодах, поступает сигнал с выхода порогового элемента 21. Кроме того, на вход интегратора через pe"" зистор поступает напряжение смещеНия U. В узел контроля разности частот входит также пороговый эле:мент 22. Входы пороговых элементов 21 н 22 соединены с выходом фазочувствительного усилителя 12 узла 2 опере." жения (фиг. 2).

Узел 4 контроля разности напряжений (фиг. 4) содержит два разнополярных выпрямителя 23 и 24, подключае-» мых входами к фазам сети и генератоРа, а выходами - к входу суммирующего усилителя 25, выход которого соединен с входом порогового элемента 26 с зоной нечувствительности.

Узел 5 подгонки частоты (фиг. 5) содержит генератор 27 импульсов, вторуго дифференцирующую цепь 28, синхронизируемый генератор 29 и логический элемент 30, к входам которого подключены выход генератора 27, выход синхронизируемого генератора 29, вход которого через вторую дифференцирующую цепь 28 соединен с вь.-:ходом поро,гового элемента 21 узла 3 контроля ,разности частот (фиг. 3). К другим входам логического элемента 30 подключены выходы блока определения знака скольжения и блока определения максимального скольжения (фиг.3).

Узел 6 включения (фиг. 6) содержит выпрямитель 31, подключенный входом к одноименным фазам сети и гене»:. ратора, и последовательно соединенные RC-фильтр 32, пороговый элемент 33, элемент И 34 и формирователь 35 импульса включения выключателя генератора. На другие входы элемента И поступают сигналы с выходов узлов опережения 2, контроля разности напряжений 4 и блока определения максимального скольжения узла 3 контроля разности частот.

Работа узла опережениг иллюстрируется диаграммами на фиг. 7, где представлены: 36 — напряжение одной из фаз сети U ; 37 - импульсы с выхода нуль-органа 7; 38 — напряжение одноименной фазы генератора U 39

Г импульсы с выхода нуль-органа 8; 40напряжение на выходе генератора 9 пи лообразного напряжения; 41 — напряжение на выходе устройства 11 выборки и хранения; 42 — напряжение на выходе блока 13 дифференцирования; 43напряжение на выходе блока 14 дифференцирования; 44 — напряжение на вы ходе нуль-органа 15.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение сети 36 (Ar«. 7) поступает на вход нуль-органа 7, который формирует узкие импульсы в начале положительной полуволны напряжения 37.

На вход нуль-органа 8 поступает напряжение 38 одноименной фазы генератора обратной полярности. На выходе нуль-органа 8 также формируются yçêèå

156114 импульсы 39. Импульсы 37:с частотной сети синхронизируют работу генератора

9 пилообразного напряжения. Напряжение 40 с выхода генератора У пилоS образного напряжения через разделительную цепочку 10, устраняющую постоянную составляющую напряжения .40, поступает на информационный вход устройства выборки и хранения, на уп- 10 равляющий вход которого поступают импульсы 39 с выхода нуль-органа 8.

При несовпадении частот сети и генератора относительный фазовый сдвиг между их напряжениями, а следо- 15 вательно, и между напряжением генера-. тора пилообразного напряжения и уп". равляющими импульсами с выхода нульоргана 8 линейно изменяется во времени, в результате чего на выходе 20 устройства 11 выборки и хранения формируется линейно-ступенчатое напряжение 41. Напряжение 41 содержит всю необходимую информацию о характере процесса синхронизации. Величина на. пряжения 41 в каждый момент времени. пропорциональна разности фаз напряжений сети и генератора d --d - У, скорость изменения напряжения 41 пропорциональна скольжению Я=и -ь, а вто- 30 рая производная пропорциональна относительному ускорению f=-f - Я . Поскольку в зависимости от знака сколь" жения наклон кривой 41 может изменяться на противоположный, для правильной работы последующих устройств напряжение с выхода устройства 11 выборки и хранения поступает на информационный вход фазочувствительного усилителя 12, на управляющий вход которого поступает пороговый сигнал (+S) с выхода блока определения знака скольжения, изменяющий коэффициент передачи усилителя 12 на противоположный при смене знака 45 скольжения. Таким образом, на выходе фазочувствительного усилителя 12 независимо от знака скольжения напряжение имеет вид, представленный на диаграмме 41. 50

Величина напряжения на выходе блока 12 пропорциональна модулю относительного фазового сдвига d напряжений сети и генератора в начале текущего периода напряжения генератора

V =K Ю. (1)

С выхода блока 12 напряжение поступает на вход блока 13 дифференци рования, на выходе которого формиру5 6 ется сигнал 42, пропорциональный величине скольжения

U 73 К38. (2) аналогичным образом На выходе блока 14 дифференцирования формируется сигнал 43, пропорциональный ускорению скольжения

U, Ê Е, (3) где Kg,К,K - коэффициенты пропорциональности.

Сигналы U П з,11,+ сУммиРУютсЯ и поступают на вход нуль-органа 15.

На входе нуль-органа 15 происходит суммирование указанных напряжений, в результате чего на его выходе формируются.импульсы 44, передний фронт которых опережает момент совпадения по фазе напряжений сети и генератора на время t „. Приняв эа начало отсчета момент времени, в который фазы сети и генератора совпадают, можно записать

К,р (ton)+K>S(ton)+K<<(ton)=0 (4)

С другой стороны уравнение движения ротора генератора в системе от-..-.счета, вращающегося с частотой сети, имеет вид: 2 о (5)

Задачей устройства точной синхронизации является формирование импульса включения выключателя, имеющего. запаздывание срабатывания с таким опережением по отношению к моменту совпадения фаз,.чтобы к мо-. менту замыкания выключателя сдвиг фаз был бы равен нулю. Таким образом, должно выполняться соотношение

ton "э п 1 (6) 1 (уп )+S "оо + ° (7)

Сравнивая выражения (4) и (7), приходим к выводу, что для выполнения условия синфазного включения при заданном д = »„ необходимо соответствующим образом выбрать коэффициенты суммирования напряжений на входе нуль-органа 15: Ой У в к " кр (о) Напряжение 41 с выхода устройства

11 выборки и хранения поступает в узел 3 контроля разности частот (фиг. 3) на блок определения знака скольжения, выполненный в виде последовательного соединения дифференцирующей цепочки 16, порогового эле1561145

55 мента 17 с гистерезисом и элемента

ЧЕ 18.

Прч положительном скольжения (Ы>О) напряжение на выходе блока 11 имеет вид 41 (фиг. 7) с крутым отрицательным перепадом. В результате на выходе дифференцирующей цепочки 16 формируется отрицательный импульс, переводящий элемент 17 в состояние "О", а элемент,8 в состояние "1". При смене знака скольжения (S+0) перепад в кривой 41 становится положительным, на выходе дифференцирующей цепочки 16 формируется положительный

15 импульс, который переводит элемент 17 в состояние "1", а элемент 18 — в сЬстояние "О".

Сигнал с выхода чувствительного усилителя 12 (фиг. 2) поступает на ,входы пороговых элементов 21 и 22.

Пока фазовый сдвиг сР превышает неко,торую величину д<Р, определяемую по;рогом срабатывания элемента 22, на выходе последнего формируется уровень 25

ttwtt

О, который, поступая в узел включе ния (фиг. 6), блокирует формирование импульса включения с.углами, большми 68 .

Одновременно сигнал с выхода блока 12 поступает на пороговый элемент .21, который формирует передний фронт .импульса в момент времени, соответствующий нулевому фазовому сдвигу сР=О.

С выхоца блока 21 импульсы с частотой скольжения поступают через формирующую цепочку и диод на вход интегратора 19, куда также поступает напряжение смещения (-U). В результате на выходе интегратора формируется пи40 лообразное напряжение, размах которого меньше ширины петли гистерезиса элемента 20. Кроме переменной составляющей на выходе интегратора формируется постоянная составляющая, опре- 45 .деляемая разностью средних значений .токов на входе интегратора. При некотором значении скольжения Ы=Ыдс,„с эти токи равны и постоянная составляющая на выходе интегратора не меняется во времени. Если Ы(Ы „, то среднее значение положительного тока с выхода формирующей цепочки уменьшается, средыи11 выходной ток интегратора становится отрицательным и на

его выходе постоянная составляющая напряжения увеличивается в положительном направлении. В результате амплитудное значение напряжения на выходе интегратора достигает порога срабатывания элемента 20 и он переходит в состояние "1", Аналогичным обраэомв при Ы>Ым,„, на выходе элемента 20 формируется состояние "О".

У казанная Ы „ поступает в узел 6 включения (фиг. 6) и блокирует формирование импульса включейия при больших скольжениях.

Напряжение сети и генератора одноименных фаз поступает на разнополярные выпрямители 23 и 24 блока 4 контроля разности напряжений (фиг. 4), а затем на суммирующий вход усилите.ля 25, а с его выхода на пороговый .элемент 26 с зоной нечувствительности 26.

Если величина напряжений сети и генератора отличаются больше некоторой заданной величины hU то на выходе элемента 26 формируется уровень чл Ф

О, который поступает .в узел включения (фиг. 6) и блокирует формирование импульса включения.

Узел подгонки ч;.стоты (фиг ° 5) работает следующим образом.

Генератор 27 формирует импульсы стабильной частоты и скважности, определяющие темп снижения или увеличения оборотов генератора при S)S макс

В зависимости от знака скольжения указанные импульсы поступают на выход "Больше" или Меньше" логического элемента 30. Кроме тоо, на вход логического элемента 30 поступают импульсы синхронизированного генератора 29, запускаемого через дифференцирующую цепь 28 ймпульсами, формируемыми в нулевой фазе д =О, с выхода элемента 21 (фиг. 3). Импульсы с выхода генератора 29 поступают на выход "Больше", Меньше" в зависимости от знака скольжения, при условии

ЯСЫ „ . Таким образом, в зоне малых скольжений осуществляется пропорционально-импульсное регулирование оборотов генератора. Если скольжение уменьшается ниже некоторой установ.-. ленной величины Ы<Ы, что может чин привести к затягиванию процесса синхронизации, генератор 29 формирует импульсы с собственной частотой генерации S«, изменяя тем самым обороты

«н генератора и выводя его из зоны малых скольжений.

Логический элемент 30 реализует логическую функцию, обеспечивающую указанный алгоритм работы узла под156

9 гонки частоты: 7. =Х ХзХ1+Х Х Х, +Х Х4X (Положим, что Ы)0 и ) Б) Я,„„,-, тогда Х =1; Х,, 0; Х =0.

Согласно (1) и (2) при этих значениях переменных У Õ, 7 0, т,е. на выход "Больше" поступают сигналы генератора 27 и генератор увеличивает обороты.

При S<0 иIS1)Ь „„„Хз-О; Х -1;

Х50; Yq=0, Y<=X „, т. е. на выход

"Меньше" поступают импульсы генератора 27 и генератор уменьшает обороты.

В зоне допустимых скольжений, когда IS!<Ы „„ Х =1, поэтому прохождение импульсов генератора 27 блокируется, а на выходы элементы 30 по-.. ступают импульсы генератора 29 в зависимости от знака скольжения. Сигналы t Ä,bU, дФ, Б „,, поступающие на вход элемента Й зла 6 включения (фиг. 6), разрешает прохождение импульсного сигнала t „ на включение выключателя, если разность напряжений, фаз и частот сети и генератора находятся в допустимых пределах, что соответствует уровню "1" для сигналов bU bd S

Для исключения срабатывания синхронизатора в случае его неисправности, когда разность фаз и частот генератора и сети велики, прохождение сигнала о„ иа выход элемента И 34 блокируется нулевым уровнем сигнала с выхода элемента 33. Напряжение биений, поступающее на вход выпрямителя 31 после выпрямления и фильтрации RC-фильтром 32 преобра зуется в пульсирующее напряжение, которое поступает на вход порогового элемента 33. Когда частоты сети и генератора сближаются, период биений увеличивается, глубина пульсаций возрастает, в результате чего на выходе порогового элемента 33 появляются импульсы, разрешающие прохождение сигнала t „ на выход синхронизатора.

1145

10 связаны с выходами узлов опережения, контроля разности напряжений, контроля разности частот, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности при одновременном повышении надежности и быстродействия, узел опережения выполнен в виде последовательно соединенных первого нуль-органа, генератора пилообразного напряжения, разделительной цепочки, устройства выборки и хранения, фазочувствительного усилителя, первого и второго блоков дифференцирования, сумматора и второго нуль-органа, причем к входам сумматора подключены выход фазочувствительного усилителя и выходы первого и второго блоков дифференцирования, кроме того, узел

20 опережения снабжен третьим нуль-органом, выход которого подключен к управляющему входу устройства выборки и хранения, а входы первого и третьего нуль-органов предназначены для

25 подключения к одной из фаз соответственно сети и генератора, причем узел контроля разности частот выполнен в виде первого порогового элемента, блока определения знака скольжения, образованного последовательным соединением первой дифференцирующей цепочки первого порогового элемента с гистерезисом и элемента НЕ и блока определения макс мальногo скольжения, образованного последовательным соединением второго порогового элемента, формирователя импульсов, интегратора с суммирующим входом и второго порогового элемента с гистерезисом, при-. чем к второму суммирующему входу интегратора через резистор подключен источник напряжения смещения, вход блока определения знака скольжения <:.. соединен с выходом устройства выбор45 ки и хранения узла опережения, вход блока определения максимального скольжения н вход первого порогового элемента соединены с выходом фазочувствительного усилителя узла спереже

Формула изобретения

1. Устройство точной синхронизации, содержащее узлы опережения, контроля разности напряжений, подгонки частоты и узел включения, содержащий последовательно соединенные многовходовой элемент И и формирователь импульса включения выключателя генератора, причем, входы элементы И ния, управляющий вход фа =-. очувствитель ного усилителя соединен с выходом бнока определения знака скольжения, r.pu. этом выход первого порогового элемента и второго порогового элемента с гистерезисом соединены с входами многовходового элемента И узла включения, кроме того, узел подгонки частоты выполнен в виде генератора импульсов, второй дифференцирующей

15611 цепочки, синхронизируемого генератора импульсов и пятивходового логического элемента с двумя выходами, реализующего логическую функцию

1-xxsxx3x x4+Х,ХЗ 2

У,=Х -Х„Х,+Х, Х,, причем вход Х > логического элемента соединен с выходом генератора импульсов, вход Х. логического элемента соединен с выходом синхронизируемого генератора жчпульсов, вход котороро через вторую дифференцирующую цепочку соединен с виходом второго порогового элемента блока определения максимального скольжения в узле контроля разности частот, вход Х логи,ческого элемента соединен с выходом блока определения знака скольжения р3 узла контроля разности частот, вход

Х логического элемента .соединен с

45 выходом первого порогового элемента с гистерезисом блока определения знака скольжения в узле контроля разности частот, вход Х логического элемента соединен с йыходом второго по« рогового элемента с гистерезисом блока определения максимального скольже ния узла контроля частот, выход У, логического элемента образует выход вольше" устройства точной синхронизации, а выход Y> - выход Меньше .

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью дополнительного поньппения надежности, узел включения снабжен выпрямителем, RC-фильтром и третьим пороговым элементом, причем вход выпрямителя предназ".à÷åí для подклю ения к одноименным фазам сети и генератора, а выходчерез RC-фильтр и пороговый элемент связан с входом элемента И. г тредепвеи нана свпьжен

1561145 л 9,) 79 ) н(п,) и(ио) ц(т) М(И() ч.ще) чч(ии) Составитель К.Фотина

Техред М.Дидьпс Корректор O.цикле

Редактор Т.Лазоренко

« ««

Заказ 981

Тираж 414

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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