Устройство для автоматической синхронизации генераторов переменного тока

 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в системах электроснабжения для включения на параллельную работу синхронных генераторов, в частности электроагрегатов передвижных электростанций . Цель изобретения - повышение точности включения на параллельную работу. Устройство осуществляет подгонку частоты до тех пор, пока и разность фаз 4V и разность частот uf не примут достаточно малые значения и далее регулировзние частоты будет осуществляться таким образом, чтобы постоянно удерживать значение разнбс Ги фаз, близкое к нулю. При таком регулировании время срабатывания автомата генератора t и разброс времени не оказывают влияния на точность включения на параллельную работу. С целью исключения перерегулирования и возможности неустойчивых режимов устройство формирует на вьссодах подгонки частоты импульсный сигнал. Частота следования импульсов на этих выходах пропорциональна величине суммы Е аду+Ь/1Т а(йЧ +К(Т), где а и b - коэффициенты пропорциональности, дТ - разность между периодами напряжения синхронизируемых источников, .Регулирование подачи энергоносителя по такому принципу позволяет обеспечить плавную подгонку частоты и фазы синхронизирующего генератора к частоте и фазе второго источника при высоком быстродействии подгонки. Для вычисления величины выходного управляющего сигнала в изобретении используются точные цифровые принципы с использованием вычислительной техники. 6 ил. . а C/J с to СдЭ 00 00 :о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3804018/24-07 (22) 26:.07. 8.4 (46) 15. 06.86. Бюл. ¹ 22 (71) Всесоюзный научно-исследова-. тельский и проектно-конструкторскийинститут электроагрегатов и передвижных электростанций "ВНИИэлектрою агрегат" (72) М.Я.Каплан (53) 621.316.729 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 920960, кл. Н 02 J 3/40, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 991551, .кл. Н 02 J 3/40, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 55 1757, кл; .Н 02 J 3/42, 1973.

Авторское свидетельство СССР

¹ 875534, кл. Н .02 Х 3/42, 1978.

Авторское свидетельство СССР № .1046842, кл..Н 02 J 3/42, 1982. (54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОИАТИЧЕСКОИ

СИНХРОНИЗАЦИИ ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕИЕН.— .

НО.ГО TOKA (57) Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использова. но в системах электроснабжения для включения на параллельную работу синхронных генераторов, в частности электроагрегатов передвижных электростанций. Цель изобретения - повышение точности включения .на параллельную работу. Устройство осуществляет

„,ЯОы i 238189 А подгонку частоты до тех пор, пока и разность фаз ау и разность частот дК не примут достаточно малые значения и далее регулирование частоты будет осуществляться таким образом, чтобы постоянно удерживать значение разности фаз, близкое к нулю. При таком регулировании время срабатывания автомата генератора t и разь брос времени не оказывают влияния на точность включения на параллельную работу. С целью. исключения перерегулирования и возможности неустойчивых режимов устройство формирует на выходах подгонки частоты импульсный сигнал. Частота следования импульсов на этих выходах пропорциональна величине суммы Е=аду+ЪдТ=

=а(дЧ+КАТ), где а и Ь вЂ” коэффициенты пропорциональности, hT — разность между периодами напряжения синхронизируемьп источников, К=Ь/а.Регули-. рование подачи энергоносителя по такому принципу позволяет обеспечить плавную подгонку частоты и фазы синхронизирующего генератора к частоте и фазе второго источника при высоком быстродействии подгонки. Для вычисления величины выходного управ ляющего сигнала в изобретении используются точные цифровые принципы с использованием вычислительной техники.

6 ил.

1238189

Изобретение относится к электроэнергетике и может .быть использовано в системах электроснабжения.для включения на параллельную работу синхронных генераторов, в частности электроагрегатов передвижных электростанций.

Целью изобретения является повышение точности включения на параллельнув работу, На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; иа фиг.2 — структурная схема блока формирования сигнала на включение автомата генератора (БФСВ); на фиг.3 и 4— варианты возможного исполнения реверсивного счетчика импульсов с раздельными входами управления сложением (+) и вычитанием (-) и с раздельными входами переполнения йри сложении (Р+) и при вычитании (P-) на базе реверсивного счетчика, имЕющего совмещенный вход управления сложением — вычитанием (+) и управления счетом V, а также. вариант исполнения счетчика с управляемым коэффициентом пересчета.; на фиг. 5 и б — временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

:Устройство содержит. два формирователя прямоугольных импульсов I и 2, осуществляющих"преобразование синусоидальных напряжений синхронизируемых источников в прямоугольные импульсы, соответствующие положительным полуволнам синусоид, синхронные триггеры 3 — .9, соответственно с первого по седьмой., при этом триггеры . 5-9 снабжены К-входом нулевой установки, а Р-входы триггеров 5-.8 подключены к источнику постоянного напряжения, соответствующего уровню логической "1", логические элементы

ИЛИ 10 " 13, соответственно с первого. по.четвертый, генератор тактовых импульсов 14, делитель частоты с управляемым коэффициентом деления 15, имеющии три значения коэффициента деления, три реверсивных счетчика.импульсов 16,.17 и 18:, первый из которых снабжен входами параллельного занесейия информации D ...,D„, входом синхронизации записи С, входом размещения счета Ч, входами управления сложением (+) и вычитаннем (-) и счетным входом Т, выходами разрядов счетчика Q,,...,Q и объединенным выходом переполнения К, а второй

3 счетчик импульсов 17 имеет, кроме

;,входов (+), (-), Т и выходов разрядов

q . ..q, вход нулевой установки R, раздельные выходы переполнения по сложению и па вычитанию. Устройство содержит также первый и второй, одновибраторы 19.и 20, формирующие короткий импульс по переднему фронту импульса, первый и второй RS-тригге10 ры 21 и 22, выходные импульсные рас.-. ширители 23 и 24, логический элемент

И 25, инвертор 2б и элемент временной задержки 27.

На структурной схеме (фиг.1) эле15 менты 4, 9, 12:, 13, 25, 26 и 27 самостоятельно не показаны, так как они входят в блок 28 формирования сигнала на включение автомата генератора .(БФСИ), структура котброго

20 подробно показана на фиг.2.

Устройство осуществляет подгонку частоты до тех пор, пока и разность фаза и разность частот h f не примут достаточно малые значения, и да 5 лее регулирование частоты будет осуществляться таким образом, чтобы постоянно удерживать значение разности фаз, близкое к нулю, При таком регулировании время срабатывания ав30 томата генератора t и разброс. вреь мени не оказывают влияние на точность включения на параллельную работу.

С целью исключения перерегулировки и возможности появления неустойчивых режимов, устройство формирует на выходах подгонки частоты импульсный сигнал. Частота следования импульсов на этих выходах пронорциональна величине суммы ,щ0 Е=а у+ЬЛТ.=а (6Ч +КьТ), (1) где а и b .коэффициенты пропорциональности ьТ -разность между периодами напряжения синхронизируемых

45 источников; к =b/

Регулирование подачи энергоносителя по такому принципу позволяет обеспечить плавную подгонку частоты и фазы синхронизируемого генератора к частоте и фазе второго источника при.высоком быстродействии подгонки.

Для вычисления величины выходного управляющего сигнала в предлагаемом устройстве используются точные цифровые .принципы.

Так как вырабатываемая электро,агрегатом частота может изменяться

1238189 в небольших пределах, разность фаз

dv может быть представлена в виде временного интервала av между передними фронтами прямоуг6льных импульсов, соответствующих напряже- 5 ниям синхронизируемых источников (см.фиг.5).

При этом в зависимости .от расположения .фронтов а может иметь знак

М !0 больше или меньше нуля. Соответственно 6 Т определяется как. Т = / v,/ — Iл,/, (2) где а v —. интервал между задними фронтами прямоугольных импульсов, сформированных по синусоидам напря-..

15 жений синхронизируемых источников.

При этом, как видно. на временных диаграммах (фйг.5) значение dТ не за. висит от знака л у, и nV, а определяется только их абсолютными величинами.

Тогда с учетом выражения (2).выражение (1.) преобразовывается к виду

Е= -at (k-1) /hy, /-Е/6 Р,/3 = -а1.„(3) при дч > О;

Z= -а (()с+1)/лv, /-k/aV /J= -а (4) при h М„(О

Вычисление величины 4 и Ь в со2 ответствии со знаком осуществляется с помощью D-триггеров 5-8, делителя

15 с управляемым коэффициентом деления и реверсивного счетчика 13, Dтриггер 5 при в V, > О устанавливается в единичное состояние по переднему фронту с прямого выхода формировате- 35 ля 1 и сбрасывается в поль по единичному уровню сигнала на К-входе триггера. Таким образом, отформировывается интервал р для случая а Y„ c О. Аналогично на выходе (фиг.5)40.

D-триггера 6 отформировывается интервал. а У„ для случая и у > О, а на выход элемента ИЛИ 10 проходит сигнал как с выхода D-триггера 5,.так и с выхода триггера 6, т.е. импульс на его выходе соответстует значению .лМ, вне зависимости от его, знака.

Таким же образом, используя соответствующие выходы формирователей

1 и 2, на выходе элемента ИЛИ 11 фор->0 мируется сигнал, соответствующий абсолютному значению ьч . Выходы элементов 10 и 11 осуществляют управление сложением либо вычитанием счетных импульсов со счетчика 15. В.интервале ау„ приходит сигнал разрешения на вход (+) счетчика 17, осуществляется суммирование импульсов. В

4 интервале ь.ц приходит сигнал разрез: шения на вход (-) счетчика 27, осуществляется вычитание счетных импульсов. При отсутствии разрешения на входах .(+) и (-) счетчик 17 находится в режиме запрета счета.

Вариант исполнения такого счетчика на основе счетчика, имеющего совмещенный вход (+), вход разрешения счета, счетный вход Т к совмещенный вход переполнения, приведен на фйг .3

Для получения заданных коэффициентов К, К+1 и К-1 используется делитель 15, который при отсутствии управляющих сигналов У и У имеет коэффициент деления К+1, при наличии управляющего сигнала на входе

У вЂ” коэффициент деления К, а при наличии управляющего сигнала на входе V — коэффициент деления К-1.

Вариант исполнения делителя 15 приведен на фиг.4.

Коэффициенту пересчета К соответствует собственная емкость счетчика.

По управляющим сигналам Ч или У включается соответствующая обратная связь (многовходовые элементы И), . подключенные к выходам разрядов счет чика, соответствующим кодам(К и

К- 1), по которой осуществляется деление в соответствии с заданными коэффициентами деления.

Таким образом в интервале У, коэффициент. деления делителя 15 равен величине К, в интервале h Ì„ ïðH

> Π— величине К-1 а в остальные моменты времени, в частности в интервале а у при ьМ, с О, коэффициент деления делителя 15 равен величине K+1.

Так как по началу каждого периода одновибратором 20 формируется Ко роткий импульс, устанавливающий в нулевое состояние счетчик 17 и в единичное. триггер 22, указывающий знак состояния разрядов счетчика 27, к концу. каждого периода (по началу нового). состояние разрядов счетчика

17 и триггера знака 22 соответствует величине и знаку L либо Ь, т.е.

t величине — z/a.

По началу каждого периода одновибратор 19 формирует короткий импульс, по окончании которого вторым одновибратором 20 формируется другой короткий установочный импульс. Раз" несение во времени этих импульсов позволяет осуществить по импульсу с

238189 Ф

В результате, чем больше абсолютное значение. или L, тем большее число импульсов отсчитывается до

J переполнения счетчиком 16, тем боль5

f0 личения частоты.

20 шают заданных достаточно малых значений лч . .и Af „, .

1 Pay

2S Сравнение aV„, с у „н Е„ с

Ь Х, а таакже формирование сигнала на включение, осуществляется блоком фор. мировання сигнала на включение автомата генератора (БФСВ), структурная схема которого приведена на фиг.2.

Элементами ИЛИ 12 и И 25 осуществляется анализ вхождения величии или Ь, в заданную зону их значений по абсолютной величине. В случае

35 ..положительных значений анализ осу" ществляется элементом И 25, на выхо40

50

В случае отрицательного 4, нлй . в счетчике 16 происходит добавление до момента перехода через ноль, Ы т.е. также отсчитывается число импульсов, соответствующее абсолютной величине Ь., или L

3 1 одновибратора 19 надежную перезапись инФормации в реверсивный счетчик 16 и триггер 3. Таким образом, в нача" ле каждого периода состояния разрядов счетчика 16 и выхода триггера 3 соответствуют величине и знаку L . либо L, Счетчикам 18 совместно с тригге. poM 21 осуществляется формирование коротких импульсов на выходах со.ответствующих расширителей 23 и 24 . с периодом следования, соответствующим величине и знаку 7„ т.е. состоя нию разрядов счетчика 16 и триггера 3.

Для этого на счетные входы Т

„счетчика 16 .и 18 поступают счетйые импульсы с -выхода генератора 14 либо с выхода. делителя 15. Выходы второго триггера 3 осуществля|от управление счетчиком 16 таким образом, что счетчик 16 отсчитывает до нулевого значения количество импульссов, соответствующее абсолютной величйне хранящегося в нем и в триггере 3 значения. Для этого в начале. периода триггер 21 устанавливается, в единичное, разрешающее счет состояние.

В .случае положитйльноГо, или 1. в.счетчике 17 происходит,.вычитание до момента перехода через ноль, по которому импульсом е выхода переполнения Р триггер 21 устанавливается в нулевое состояние, запрещая дальнейший счет импульсов. В этот. же ин- . тервал времени происходнт суммирование импульсов в счетчике 1.8, который управляется по входам (+), (-) и V также, как и .счетчик 16, В результате, чем больше величина 4, или Ь-, тем больше число импульсов необходимо вычитать на каждом периоде из счетчика 16 и тем чаще формируются импульсы на выходе P счетчика 18, которые, расширяясь расширителем 24 до величины, необходимой для страгивания исполнительного электродвигатепя,. осуществляют через . соответствующие исполнительные эле-. менты уменьшение подачи энергоносителя, т.е. уменьшение частоты (Вых.3). шее число добавляется в счетчике 18 и тем чаще формируются управляющие импульсы на выходе Р+ счетчика 18.

Сформированные на выходе счетчика 18 импульсы расширяются до необходимой величины расширителем 23 и осуществляют вращение исполнительного сервопривода в сторону увелйчения подачи энергоносителя, т.е. в сторону увеТаким образом осуществляется плавная подгонка. частоты и фазы практически до нулевого рассогласования и дальнейшая их стабилизация.

Оптимальным моментом включения на параллельную работу является момент, когда лМ =О и a f=O, a близким к опти-. мальному, когда л<-.Р, и дЕ не превыде которого подключаются соответст.вующие выходы счетчика 16. В случае отрицательных значений анализ осуществляетея элементом ИЛИ 12 с соответствующим подключением выходов счетчика 16.

В начале периода,. когда состояние выходов счетчика 16 соответствует величинам L, или L,, результат сравнения записывается в триггер 4. Очевидно, что при условии достаточно малого значения лч вхождение в обI ласть малых значений величин L или

L указывает, что в область малых отклонений входит и величина gf Для этого импульс, соответствующий лч

1 У сравнивается с помощью элемента 27 временной задержки одного фронта импульса с заданным значением (фиг.б).

При л ц - л ц в триггер 9 постоянно перезапнсывается уровень логичеси и кого О, а при л ч с л м — уровень ,а

238189 8 устройство для автоматической синхронизации генераторов переменного тока, содержащее два.формирователя прямоугольных .импульсов, трй синхронных D-триггера, третий из которых выполнен с К-.входом нулевой уста- . новки и ?-входом, подключенным к источнику постоянного напряжения, соответствующего уровню логической единицы, RS-триггер, два логических элемента ИЛИ,.реверсивный счетчик импульсов. и логический элемент И, входы которого подключены к выходам разрядов реверсивного счетчика импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности включения на параллельную работу путем исключения влияния на точностЬ времени срабатывания коммутационной аппаратуры, устройство дополнительно снабжено четвертым, пятым, шестым и седьмым синхронными D-триггерами с . R-.входами нулевой установки, вторым

RS-триггером, выход которого подключен к D-:входу первого Р-триггера, генератором тактовых импульсов, делителем с управляемым коэффициентом деления, имеющим два входа управления коэффициентом пересчета и счетный вход, подключенный к выходу генератора тактовых импульсов, третьим и четвертым логическими элементами

ИЛИ, выход последнего из, которых подключен к D-входу второго D-триггера, вторым и третьим реверсивными счетчиками импульсов, двумя одновиб" раторами, двумя расширителями импульсов, инвертором и элементом временной задержки, вход которого подключен к выходу инвертора и С-входу седьмого D-триггера, а выход — к

Р-входу седьмого триггера, причем в качестве первого реверсивного счетчика использован счетчик с входами параллельного занесения информации,, входом синхронизации записи, входом разрешения счета, входами управления сложением и вычитанием, счетным вхо-. дам.и совмещенным выходом переполнения, в качестве второго реверсивного счетчика — счетчик со счетным

20

50

7, 1

:логической "I" который запоминается в триггере 9, т.е. поступает íà его выход только в случае разрешающего уровня на его Р-входе., т.;е. при 4 fc

4f > °

Формула изобретения входом нулевой установки, входаииуправления сложением и вычитанием, выходом переполнения по сложению, выходом переполнения по вычитанию и выходами разрядов счетчика, в качестве третьего реверсивного счетчика-счетчик со счетным входом, входами управления сложением и вычитанием, входом разрешения счета, выходом пе10. реполнения по сложению и выходом переполнения по вычитанию, при; этом

D-входы четвертого, пятого и шестого

D-триггеров объединены с D-входом третьего D-триггера, прямой выход первого формирователя прямоугольных импульсов подключен к входу первого одновибратора к C-входу третьего и К-входу четвертого D-триггера, а инверсный выход к С-входу шестого

Р-триггера, прямой выход второго формирователя. прямоугольных импульсов подключен к К-входу третьего и

С-входу четвертого D-триггера, а инверсный выход — к R-входу пятого и С-входу шестого D-триггера, выходы третьего и четвертого D-триггеров подключены к соответствующим входам первого логического элемента ИЛИ, а выходы пятого и шестого D-триггеров— к входам второго логического элемента ИЛИ, первый и второй входы уп,равления делителя с управляемым коэффициентом пересчета подключены со" .ответственно к выходу четвертого

D-триггера и.подключенному к входу управления вычитанием второго ревер- сивного счетчика импульсов выходу второго логического элемента ИЛИ, счетный вход второго реверсивного счетчика подключен к выходу делителя с управляемым коэффициентом деления, вход управления сложением — к выходу первого логического элемента

ИЛИ и входу инвертора, вход нулевой установки — к S-входу второго RSтриггера, выходу второго одновибратора и С-входу второго D-триггера, а выход переполнения при вычитании— к К-входу. второго RS-триггера, выход первого одиовибратора соединен с входом синхронизации записи первого реверсивного счетчика с S-входом первого RS-триггера, С-входом первого

D-триггера и входом второго одновибратора, входы параллельного занесения информации первого реверсивного счетчика импульсов подключены к выходам разрядов второго реверсивного

9 1238189 10 счетчика у счетные ВхОды Входы .Р э ИЛИ ПОдключе ны сооТ В е тс тВенно к Вы решения счета, управления сложением ходу логического элемента И и выходу и вычитанием -первого и третьего ре- . третьего. логического элемента. ИЛИ, . версивного счетчиков импульсов попар- Один из.входов которого соединен с но объедииены и соединены соответст- g инверсным выходом первого р-триггевенно с выходом делйтеля с управляе- ра, а остальные входы - с выходамИ мым коэффициентом деления, либо с разрядов первого реверсивного счетвыходом генератора тактовых импуль - чика, выход второго 0-триггера подсов., с выходом первого КБ-.триггера, соединен. к R-входу седьмого 0-тригЙ-вход которого подключен к совмещен-10 гера, выход которого является выхоному выходу переполнения первого ре- дом устройства для включения на па: версивного счетчика импульсов, с раллельную работу, выходы переполнеинверсным выходом первого Э-триггера ния третьего реверсивного счетчика и с прямым выходом первого 0 -тригге- подключены через соответствующие, ра, логический элемент И снабЖен до- 15 выходные расширители импульсов к исполнительным входом, подключенным к полнительному элементу, осуществляпрямому выходу первого Э-триггера,. ющему изменение подачи топлива. в входы четвертого логического элемента двигатель в соответствующую сторону.

1238189

1238189

Составитель К.Фотина

Техред О.Гортвай Корректор А.Обручар

Редактор Л.Повхан

Тираж 612 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР во делам изобретений и открытий

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

Заказ 3301/55

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4