Синхронизатор с постоянным временем опережения

 

Использование: в электротехнике, при автоматическом включении на параллельную работу синхронных генераторов. Сущность: по частоте напряжений генератора и сети, каждое из которых поступает на свой активный фильтр, где вычисляют (о и G& , Ј1 и Ј2, которые поступают на суммирующие операционные усилители, где вычисляют Одзрасч, 5расч, измеряют угол д между напряжениями, сигнал на включение выключателя формируют, если «Узрасч %доп 5доп 5ОП, Для выделения истинного импульса при б д0п используется элемент Запрет, на запрещающий вход которого подается сигнал совпадения по фазе напряжений. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) . (I l) (я)ю Н 02 J 3/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

ГОСУДАР СТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4832166/07 (22) 30.05.90 (46) 23.10.92. Бюл. ¹ 39 (72) П.А.Гамов, Н.И.Григоров, Б.Т.Коконов и

А.Е.Церковный (56) Авторское свидетельство СССР № 126937, кл. Н 02 J 3/42, 1969.

Авторское свидетельство СССР

N 940269, кл. Н 02 JЗ/42,,1980. (54) СИНХРОНИЗАТОР С ПОСТОЯННЫМ

ВРЕМЕНЕМ ОПЕРЕЖЕНИЯ (57) Использование: в электротехнике, при автоматическом включении на параллельИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автоматического включения на параллельную работу синхронных генераторов, Известен синхрокизатор по авт. св.

СССР ¹ 126937, кл. Н 02 J 3/42, 1969, содержащий преобразователь угла сдвига фаэ д синхронизируемых напряжений в импульсную последова1ельность, фильтр, предназначенный для выделения напряжения, пропорционального углу сдвига фаз д, иэмерительно-вычислительный блок, осуществляющий двойное дифференцирование напряжения на выходе фильтра с целью определения частоты иЪ и ускорения е3 скольжения и обеспечивающий построение расчетного угла сдвига фаз дрд ц и логический блок, вырабатывающий команду на включение генераторного выключателя, если текущая частота скольжения (() не превышает допустимого значения (() д п, а ную работу синхронных генераторов. Сущность . по частоте напряжений генератора и сети, каждое иэ которых поступает на свой активный фильтр, где вычисляют в1 и щ, е1 и ez, которые поступают на суммирующие операционные усилители, где

ВЫЧИСЛЯЮТ ((@pace дрдсч, ИЗМЕРЯЮТ УГОЛ д между напряжениями, сигнал на включение выключателя формируют, если върасч = оъдоп д ддоп =дап Для выделения истинного импульса при д = д0п используется элемент "Запрет", на запрещающий вход которого подается сигнал совпадения по фазе напряжений. 3 ил. текущий угол сдвига фаэ д становится равным расчетному др сч, Основным недостатком данного устройства является низкая точность его работы, обусловленная последовательным включением фильтра и двух дифференцирующих операционных усилителей, Такая цепь всегда имеет на своем выходе большой уровень помех, поскольку первое дифференцирование отменяет операцию сглаживания, выполненную фильтром. В результате второе дифференцирование применяется фактически к исходной импульсной последовательности, что приводит к образованию бол ших сигналов помехи по переднему и заднему фронтам ее импульсов и снижает точность работы синхронизатора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является синхронизатор с постоянным временем опережения по авт. св, СССР № 940269, кл. Н 02 J 3/42, 1980. Этот синхронизатор содержит блок

1771034 преобразования угла сдвига фаз синхронизируемых напряжений в импульсную последовательность, активный фильтр на базе трех операционных усилителей. два суммирующих операционных усилителя, образующих совместно с активным фильтром измерительно-вычислительный блок и логический блок. При этом блок преобразования, измерительно-вычислительный блок и логический блок включены между собой последовательно.

Импульсная последовательность с выхода блока преобразования в активном фильтре. передаточная функция которого соответствует звену третьего порядка вида

W(>) — — —, — . (1), рз+ > р + с р+1 преобразуется в напряжения на первом, второй и третьем выходах фильтра, которые пропорциональны, соответственно, ускорению сколь>кения Fs частоте сколь>кения в, и текущему углу сдвига фаз д. В суммирующих операционных усилителях на основе этих сигналов производится вычисление расчетных значений угла сдвига фаз и частоты скольжения (драсч, Ърасч) для известного времени срабатывания генераторного выключателя Tawn в соответствии с формулами а г2вкл . расч = + IW Tavn +

2 (2)

О>врасч = <0s + Fs Гвкл

Выходные напряжения суммирующих операционных усилителей вместе с напря>K e H H >I I4 0 П РО П О Р Ц И О Н а Л Ь Н Ы МИ дд, и M О>,до и подаются на логический блок, который проверяет выполнение условий pac« = одоп: сЪрасч о адоп (3) Если условие (3) выполняются, логический блок подает команду на включение генераторного выключателя, Основным недостатком прототипа является низкая точность его работы, обусловленная специфическими особенностями преобразования в активном фильтре импульсной последовательности в пропорциональное углу сдвига фаз напряжения при углах сдвига фаз равных 0 или 2л; Эта особенность поясняется временными диаграммами, приведенными на фиг. 1.

На фиг. 1 синусоиды синхронизируемых напряжениИ не показаны. Им соответствуют импульсные последовательности 0 > и Uz, 5

50 5 импульсы которых жестко привязаны по фазе к соответствующим синусоидам, а именно: импульсы формируются в моменты времени, когда аргументы синусоид принимают значения, кратные 2л. Импульсная последовательность Оз — сигнал на одном из выходов триггера, являющегося выходным элементом блока преобразования угла сдвига фаэ синхронизируемых напряжений в импульсную последовательность.

Рабочие формулы (2) синхронизаторапрототипа составлены в предположении, что напряжение на третьем выходе активного фильтра, где оно пропорционально текущему углу сдвига фаз, изменяется по линейному закону в соответствии с диаграммой 04. При атом скачок напряжения в момент времени трасч соответствует совпадению входных напря>кений по фазе, то есть переходу текущего угла сдвига фаз д от 2>г к О, Фактический сигнал на третьем выходе активно, о фильтра изменяется во времени в соотвстствии с диаграммой Us. Поскольку фильтр реагирует только на появление или исчезновение сигнала на его входе, то установление напряжения в ноль на его выходе произойдет в момент времени тракт, когда во входной импульсной последовательности скачком уменьшится длительность импульса. Установившееся значение на выходе фильтра будет достигнуто с запаздыванием, заданным передаточной функцией (1), В результате фиксации момента перехода угла д от 2л к 0 на выходе фильтра произойдет с ошибкой с,ш. При больших частотах скольжения в,, когда период скольжения Тв мал, величины т>„и Т оказываются соизмерительными, а построение расчетного угла драсч ПРОИСХОДИТ В ЗОНЕ ZoIII. ЭтО ПРИВОДИТ К появлению ошибки в подаче команды на включение генераторного выключателя, то есть снижает точность работы синхронизатора прототипа.

Цель изобретения — повышение точности работы синхронизатора.

Поставленная цель достигается тем, что синхронизатор с постоянным временем опережения, содержащий два суммирующих операционных усилителя, логический .блок, активный фильтр, состоящий иэ трех последовательно соединенных интегрирующих операционных усилителей, выходы каждого из которых подключены к трем входам первого усилителя, выходы второго и третьего усилителей являются, соответственно, первым и вторым выходами активного фильтра, первый выход которого подключен к прямому входу первого сумми1771034

50 рующего усилителя, отличающийся тем, что с целью повышения точности дополнительно введены два формирователя эталонных по амплитуде и длительности импульсов, блок контроля совпадения напряжений по фазе, второй активный фильтр, функциональная схема которого идентична схеме первого активного фильтра, два суммирующих операционных усилителя, интегрирующий операционный усилитель и элемент

"Запрет", причем входы формирователей эталонных импульсов предназначены для подключения на синхронизируемые напря>кения, выходы формирователей подключены, соответственно, к четвертым входам первых усилителей первого и второго активных фильтров, являющимся входами первого и второго активных фильтров, первый выход второго активного фильтра подключен к инверсному входу первого суммирующего усилителя, выход которого подключен к первому входу соответственно второго и третьего суммирующих усилителей, вторые выходы активных фильтров подключены, соответственно к прямому и инверсному входам четвертого суммирующего усилителя, выход которого через интегрирующий операционный усилитель подключен к третьему входу третьего суммирующего усилителя и непосредственно — ко вторым входам, соответственно, второго и третьего суммирующих усилителей, выходы которых подключены, соответственно, к первому и второму входам логического блока. третий и четвертый входы которого предназначены для подключения, соответственно, к задатчикам величин о д,>п и ддол, выход которого подключен к прямому входу элемента "3aпрет", выход которого является выходом синхронизатора, к запрещающему входу элемента "Запрет" и обнуляющему входу интегрирующего операционного усилителя подключен выход блока контроля совпадения напряжения по фазе, входы которого подключены, соответственно. к входам формирователей эталонных импульсов.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы; на фиг. 2 — структурная схема предлагаемого синхронизатора; на фиг. 3— временные диаграммы, поясняющие его работу при я,= О, что принято для простоты.

Предлагаемый синхроноскоп (см. фиг, 2) содержит:

3,3 — формирователи эталонных по амплитуде и длительности импульсов;

4 — блок контроля совпадения напряжений по фазе;

8(8) — первый (второй) активный фильтр, выполненный на 5,.6, 7(5, 6, 7) интегрирующих операционных усилителях;

9, 11, 13, 10 — первый, второй, третий и четвертый суммирующие операционные усилители;

12 — интегрирующий операционный усилитель;

14, 15- задатчики допустимых значений частоты скольжения одоп и угла сдвига фаз ддоп соответственно;

16 — логический блок, 17 — элемент запрета.

На фиг. 2 обозначены: 1, 2 — синхронизируемые напряжения, 18 — цепь управления выключателем синхронизируемого источника.

Синхрониза1ор работает следующим образом, В моменты времени, соответствующие переходу синхронизируемых напряжений 1 и 2 через ноль фазовых углах, кратных 360, на выходах формирователей импульсов 3 и

3 начинают формировать прямоугольные импульсы эталонной амплитуды Ums и эталонной длительности т,, 8 активных фильт1 рах 8 и 8 последовательности этих импульсов преобразуются в напряжения U и Uz, средние значения которых Uft и Llf2 пропорциональны частотам f1, f2 синхронизируемых напряжений U1 и U2: э

Ф1 = k Umq — = 1(Ume Тэ f1 = К (1; (4)

Т1 э

Uf2=kUmo =kUmahf2=K f2 (5)

Т2 где k — коэффициент усиления фильтров 8 и

8 ;

Т1 и T2 — периоды синхронизируемых напряжений;

К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Из напряжений U<1 и Ut2 во втором суммирующем операционном усилителе 10 формируется сигнал. пропорциональный частоте скольжения

01о = k1o(Ur1 — U f2) = K.а„- го {6) Аналогичным образом на выходе первого суммирующего операционного усилителя

9 получается напряжение 0э, пропорциональное ускорению скольжения е,, с той лишь разницей, что входы этого усилителя подключены к предоконечным выходам фильтров 8 и 8, где существуют сигналы U4; и Ua, которые пропорциональны ускорениЯмС1 и 2;

1771034

10

20

Ug = kg(Ug 06) = K z Es (7) В результате интегрирования сигнала

U>p в интегрирующем операционном усилителе 12 на его выходе получается напряжение, пропорциональное текущему углу сдвига фаз д:

О г=Кр д (s) Для уменьшения ошибки, обусловленной дрейфом нуля интегрирующих операционных усилителей 5, 6, 7, 5, б, 7, 12, а также погрешностям в настройке коэффициентов пропорциональности К К(см. выражения (4) и (5)) периодически, в моменты совпадения напряжений U1 и Ог по фазе, импульсом с выхода блока контроля 4 совпадения напряжений по фазе производится обнуление интегрирующего операционного усилителя 12.

B суммирующих операционных усилителях 11 и 13 производится вычисление

c0spacs и dpacw на основе я, го; и д в соответствии с формулами (2).

Логический блок 16 контролирует выполнение условий (3) и, если они выполняются, в момент совпадения др, чсддоп (этому моменту соответствует пересечение пилообразной ломаной U>a с горизонтальной прямой U>s на фиг. 3) формирует импульсы U15 на включение выключателя 18. В течение одного периода биений таких импульсов формируется два. Один из них соответствует моменту времени т,п, когда д = дол, и должен рассматриваться как истинный. Другой, формируемый в момент времени t<, когда угол д проходит от 2z v, О, представляет собой помеху, Для выделения истинного импульса используется элемент запрета 17, а котором прохождение импульса-помехи блокируется подачей на запрещающий вход импульса 4.

Таким образом, в предлагаемом синхронизаторе обеспечивается такое формирование напряжения, пропорционального углу д, которое более точно воспроизводит изменение угла д а процессе синхронизации. Тем самым достигается повышение точности работы синхронизатора и, значит, уменьшение возмущений, вносимых s процессе синхронизации в систему электроснабжения, Формула изобретения

Синхронизатор с постоянным временем опережения, содержащий два суммирующих операционных усилителя, логический блок, активный фильтр, состоящий из трех последовательно соединенных интегрирующих операционных усилителей, выходы каждого из которых подключены к трем входам первого усилителя, выходы второго и третьего усилителей являются соответственно первым и вторым выходами активного фильтра, первый выход которого подключен к прямому входу первого суммирующего усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно введены два формирователя эталонных по амплитуде и длительности импульсов, блок контроля совпадения напряжений по фазе, второй активный фильтр, функциональная схема которого идентична схеме первого активного фильтра, два суммирующих операционных усилителя, интегрирующий операционный усилитель и элемент ЗАПРЕТ, причем входы формирователей эталонных импульсов предназначены для подключения на синхронизируемые напряжения, выходы формирователей подключены соответственно к четвертым входам первых усилителей первого и второго активных фильтров, являющимся входами первого и второго активных фильтров, первый выход второго активного фильтра подключен к инверсному входу первого суммирующего усилителя, выход которого подключен к первому входу соответственно второго и третьего суммирующих усилителей, вторые выходы активных фильтров подключены соответственно к прямому и инверсному входам четвертого суммирующего усилителя, выход которого через интегрирующий операционный усилитель подключен к третьему входу суммирующего усилителя и непосредственно — к вторым входам соответственно второго и третьсго суммирующих усилителей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам логического блока, третий и четвертый входы которого предназначены дЛя подключения соответственно к эадатчикам величин садоп и д„„, выход которого подключен к прямому входу элемента ЗАПРЕТ, выход которого является выходом синхронизатора, к запрещающему входу элемента ЗАПРЕТ и обнуляющему входу интегрирующего операционного усилителя подключен выход блока контроля совпадения напряжений по фазе, входы которого подключены соответственно к входам формирователей эталонных импульсоа.

1771034

1771034

Составитель А.Церковный

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Милюкова

Редактор Т.Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3746 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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