Синхронізатор з постійним часом випередження

Реферат: Синхронізатор з постійним часом випередження містить формувачі імпульсів, приєднані до напруги мережі та генератора, RS-тригери, одновібратори і вихідний RS-тригер. Додатково введені випрямляч, на вхід якого подаються миттєві значення напруг, що синхронізуються, схеми порівняння, два лічильника імпульсів, дві логічні схеми "І-НI", вихідний одновібратор, генератор високочастотних імпульсів, логічна схема "АБО", шість логічних схем збігу, інвертор, повторювач імпульсів та реверсивний лічильник. UA 119779 U (12) UA 119779 U UA 119779 U 5 10 15 Корисна модель належить до галузі електроенергетики і може бути використана в системах електропостачання для вмикання на паралельну роботу синхронних генераторів. Відомий "Синхронізатор з постійним часом випередження" [1], який містить формувачі імпульсів, одновібратори, тригери та вихідний релейний блок. Недоліком відомого синхронізатора є незадовільна робота в діапазоні малих кутових частот ковзання, а саме дуже складно здійснювати зсув за фазою з потрібною точністю на малі значення кута. Постійний час випередження отримується шляхом формування імпульсних послідовностей, жорстко прив'язаних до початку періоду напруг, що синхронізуються, зсуву напруги меншої частоти в бік відставання на кут, пропорційний добутку ковзання на час вмикання вимикача генератора, і формування команди на вмикання вимикача генератора при співпадінні імпульсної послідовності напруги більшої частоти зі скинутою за фазою напругою меншої частоти. Найбільш близьким аналогом, є "Синхронізатор з постійним часом випередження" [2], який містить формувачі імпульсів, приєднані до напруги мережі та генератора, RS-тригери, одновібратори, інвертори фази, вихідний RS-тригер та релейний блок. Імпульсні послідовності жорстко прив'язані до початку кожного з періодів напруг, що синхронізуються, затримуються на час  таким чином, що кути зсуву імпульсних послідовностей в бік відставання  м ,  г , визначаються залежностями 20 25 30 35 40 45 50  м  360  1  f м  ;  г  360  1  f г  , (1) де  м ,  г - кути зсуву імпульсних послідовностей мережі та генератора; f м , f г - частоти мережі та генератора. В синхронізаторі здійснюються перетворення кутів  м та  г в пропорційні їм напруги та подальше перетворення цих напруг в фазові кути  м та  г , які дорівнюють  м  К м ;  г  К г , (2) де К - постійна величина. Вихідна імпульсна послідовність визначається різницею кутів  г та  м . Величина К дорівнює часу вмикання вимикача генератора tвмк . Різниця кутів  дорівнює    г   м  360  К  f м  f г   360  tвмк f s , (3) де f s - частота ковзання. Величина та швидкість зміни середньої напруги на виході вихідного тригера контролюється релейним блоком, який в момент стрибкоподібної зміни напруги на виході вихідного блока формує команду на вмикання вимикача генератора. Недоліком пристрою-аналога є складність визначення як величини швидкості ковзання, так і точного моменту формування команди, що може привести до формування команди на вмикання вимикача з кутовою помилкою та подачі команди у випадку, коли кутова частота ковзання більша допустимого значення, що може викликати значні кидки струму та провали напруги при синхронізації, провертання ротора генератора, який вмикається, виникнення явища асинхронного ходу. В основу корисної моделі поставлена задача створити синхронізатор з постійним часом випередження, який дозволить підвищити якість електричної енергії в системі електропостачання в процесі синхронізації шляхом підвищення точності формування моменту подачі команди на вмикання вимикача генератора і унеможливити вмикання генератора у випадку, коли частота ковзання перевищує допустиме значення. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що до складу синхронізатора, який містить формувачі імпульсів, приєднані до напруги мережі та генератора, RS-тригери, одновібратори та вихідний RS-тригер, додатково введені випрямляч, на вхід якого подаються миттєві значення напруг, що синхронізуються, схема порівняння, лічильники імпульсів, логічні схеми "І-НЕ", вихідний одновібратор, генератор високочастотних імпульсів, логічна схема "АБО", шість логічних схем збігу, інвертор, повторювач імпульсів та реверсивний лічильник. Технічний результат, який може бути отриманий при здійсненні корисної моделі, полягає в тому, що суттєво знижується кутова помилка, обумовлена фазовим зсувом між напругами, що синхронізуються. Вмикання генератора на паралельну роботу здійснюється в діапазоні 1 UA 119779 U 5 10 15 20 25 30 35 40 допустимих значень кутових частот ковзання, що значно знижує кидки струмів та підвищує якість електричної енергій в системі електропостачання під час синхронізації. На кресленні наведена схема запропонованого синхронізатора з постійним часом випередження. Запропонований синхронізатор з постійним часом випередження містить формувачі імпульсів 1, 1', виходи яких приєднані до входів одновібраторів 5, 5', які затримують імпульсні послідовності напруг генератора й мережі на час  , та безпосередньо до входів третьої логічної схеми збігу 11 й перехресно до входів першої 6 та другої 6' логічних схем збігу, на інші входи яких приєднані виходи одновібраторів 5, 5'. Перший вихід першої логічної схеми збігу 6 приєднаний до S-входу першого RS-тригера 7, до першого входу першої логічної схеми "І-НЕ" 9, та до R-входу другого RS-тригера 7'. Другий вихід першої логічної схеми збігу 6 приєднаний до R-входу RS-тригера 7. Перший вихід другої логічної схеми збігу 6' приєднаний до S-входу другого RS-тригера 7', до першого входу другої логічної схеми "І-НЕ" 9' та до R-входу першого RS-тригера 7. Другий вихід другої логічної схеми 6' приєднаний до R-входу другого RS-тригера 7'. Виходи RS-тригерів 7, 7' приєднані до перших входів лічильників 8, 8', до других входів яких приєднаний вихід генератора високочастотних імпульсів 4. Виходи лічильників 8, 8' приєднані до входів логічної схеми "АБО" 10 та до других входів логічних схем "І-НЕ" 9, 9', виходи яких приєднані до скидаючих на нуль входів лічильників 8, 8'. Вихід третьої логічної схеми збігу 11 приєднаний до входу вихідного одновібратора 12, вихідний сигнал якого затримується на час вмикання вимикача генератора tвмк та подається на S-вхід вихідного RS-тригера 13, вихід якого приєднаний до першого входу четвертої логічної схеми збігу 15, другий вхід якої приєднаний до виходу генератора високочастотних імпульсів 4, а третій вхід - до виходу інвертора 14, вхід якого приєднаний до виходу схеми порівняння 3, вхід якої приєднаний до виходу випрямляча 2. Вихід четвертої логічної схеми збігу 15 приєднаний до підсумовуючого входу реверсивного лічильника 16, віднімаючий вхід якого приєднаний до виходу п'ятої логічної схеми збігу 18, перший вхід якої приєднаний до виходу генератора високочастотних імпульсів 4, а другий вхід з'єднаний з виходом повторювача імпульсів 17, вхід якого приєднаний до виходу схеми порівняння 3. Вихід реверсивного лічильника 16 приєднаний до R-входу вихідного RS-тригера 13 та першого входу шостої логічної схеми збігу 19, другий вхід якої приєднаний до виходу логічної схеми "АБО" 10, а вихід приєднаний до кола вмикання вимикача генератора 20. Робота запропонованого синхронізатора з постійним часом випередження полягає в наступному. У синхронізаторі здійснюється зсув у бік відставання на час  імпульсної послідовності, сформованої в момент переходу через нуль напруги меншої частоти. За час, який починається після збігу імпульсної послідовності, сформованої в момент переходу через нуль напруги більшої частоти, зі скинутою в бік відставання напругою меншої частоти, і закінчується після збігу імпульсних послідовностей меншої та більшої частот, визначається, знаходиться чи ні частота ковзання в допустимому діапазоні. Якщо ця умова виконується, формується команда на вмикання вимикача генератора. Для відпрацювання постійного часу випередження tвип , який дорівнює часу вмикання вимикача генератора tвмк при співпадінні імпульсних послідовностей, сформованих в момент переходу напруг u м t  та u г t  через нуль, формується сигнал, який затримується на час tвмк . На виході випрямляча 2, на вхід якого подаються миттєві значення напруг u м t  , u г t  , отримується випрямлена напруга биття U s , яка дорівнює U s  2U max sin 45 s t і в схемі порівняння 3 фіксується момент часу, коли 2 U s  2U m ax , тобто фіксується момент півперіоду биття Ts 2 . Далі підраховується залишок часу Т t зал  s  tвмк та після проходження напруги биття через максимальне значення в 2 реверсивному лічильнику 16 скидаються імпульси, які надходять за цей залишок часу t зал . В момент часу, коли в реверсивному лічильнику 16 з'являється число "-1" формується команда з постійним часом випередження, оскільки час до закінчення періоду биття Ts , тобто до моменту 50 наступного співпадіння імпульсних послідовностей, сформованих при переході через нуль напруг u м t  та u г t  , дорівнює tвмк  tвип . Сформовані в формувачах імпульсів 1, 1' імпульсні послідовності зсуваються одновібраторами 5, 5' в бік відставання на час  . В логічних схемах збігу 6, 6' під час збігу 2 UA 119779 U імпульсної послідовності напруги більшої частот f б із зсунутою в бік відставання імпульсною послідовністю напруги меншої частоти f м , тригери 7, 7' знаходяться в одиничному стані і в лічильниках 8, 8' відбувається підрахунок кількості співпадінь. Якщо кількість співпадінь більша наперед визначеного числа N доп , яке дорівнює 5 N доп   f sдоп f гі , де f s - допустиме за умовою синхронізації значення частоти ковзання; доп f гі - частота слідування імпульсів з виходу генератора імпульсів, то на виході лічильників 8, 8' з'являється сигнал, який проводить синхронізацію за умови допустимої частоти ковзання. У випадку, коли кількість імпульсів N  N доп , сигнал на виході 10 лічильника S відсутній та, якщо співпадіння закінчились, тобто відсутній сигнал на виході логічної схеми збігу 6, 6', логічні схеми "І-НЕ" 9, 9' скидають на нуль лічильники 8, 8'. Після моменту співпадіння імпульсних послідовностей, сформованих формувачами імпульсів 1, 1' у третій логічній схемі збігу 11, тобто з початком періоду биття Ts  15 20 25 30 35 40 45 50 1 , сигнал з fs виходу третьої логічної схеми збігу 11, затриманий у вихідному одновібраторі 12 на час tвмк , подається на S-вхід вихідного RS-тригера 13, переводячи останній в одиничний стан, при якому з його виходу подається сигнал на перший вхід четвертої логічної схеми збігу 15, на другий вхід якої надходить сигнал з виходу генератора високочастотних імпульсів 4, а на третій вхід четвертої логічної схеми збігу 15 подається сигнал з виходу інвертора 14, вхід якого підключений до виходу схеми порівняння 3. Оскільки є сигнали на всіх трьох входах четвертої логічної схеми збігу 15, в реверсивному лічильнику 16 починається підрахунок кількості імпульсів, які надходять на підсумовуючий вхід лічильника на інтервалі часу від моменту tвмк до моменту Ts 2 . В момент часу Ts 2 , тобто в момент півперіоду биття, з'являється сигнал на виході схеми порівняння 3, який подається на вхід повторювача імпульсів 17 та інвертора 14. При цьому через п'яту логічну схему збігу 18 на віднімаючий вхід реверсивного лічильника 16 починають надходити імпульси з виходу генератора високочастотних імпульсів 4, а надходження імпульсів на сумуючий вхід цього лічильника припиняється, оскільки зникає сигнал з виходу інвертора 14 і на третьому вході четвертої логічної схеми збігу 15 сигналу немає. В момент появи в реверсивному лічильнику 16 числа "-1" на його виході з'являється сигнал, який скидає RS-тригер 13 в нульовий стан і, якщо частота ковзання не перевищує допустиме значення, тобто існує сигнал на виході логічної схеми "АБО" 10, через шосту логічну схему збігу 19 подається команда на вмикання кола вимикача генератора 20. Джерела інформації: 1. Бобров Н.Н. Импульсный автоматический синхронизатор. // Электричество. - М., 1967. № 3. - С. 14-19. 2. АС СССР № 817861, МПК: H02J 3/42. Синхронизатор с постоянным временем опережения / Н.И. Григоров, Б.Т. Кононов, А.Е. Церковный, Заявлено 25.05.1979, опубл. 30.03.1981, БИ № 12 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Синхронізатор з постійним часом випередження, який містить формувачі імпульсів, приєднані до напруги мережі та генератора, RS-тригери, одновібратори і вихідний RS-тригер, який відрізняється тим, що додатково введені випрямляч, на вхід якого подаються миттєві значення напруг, що синхронізуються, схеми порівняння, два лічильника імпульсів, дві логічні схеми "І-НI", вихідний одновібратор, генератор високочастотних імпульсів, логічна схема "АБО", шість логічних схем збігу, інвертор, повторювач імпульсів та реверсивний лічильник, при цьому виходи формувачів імпульсів безпосередньо приєднані до входів одновібраторів, що затримують імпульсні послідовності напруг генератора і мережі на час , до входів третьої логічної схеми збігу і перехресно до входів другої та першої логічних схем збігу, на другі входи яких безпосередньо приєднані виходи одновібраторів, перший вихід першої логічної схеми збігу 3 UA 119779 U 5 10 15 20 приєднаний до S-входу першого RS-тригера, до першого входу першої логічної схеми "І-НI" та до R-входу другого RS-тригера, а другий вихід першої логічної схеми збігу приєднаний до Rвходу першого RS-тригера, перший вихід другої логічної схеми збігу приєднаний до S-входу другого RS-тригера, до першого входу другої логічної схеми "І-НI" та до R-входу першого RSтригера, другий вихід другої логічної схеми збігу приєднаний до R-входу другого RS-тригера, виходи RS-тригерів приєднані безпосередньо до перших входів лічильників, до других входів яких приєднаний вихід генератора високочастотних імпульсів, виходи лічильників приєднані до входів логічної схеми "АБО" та до других входів логічних схем "І-НI", виходи яких приєднані до скидаючих на нуль входів лічильників, вихід третьої логічної схеми збігу приєднаний до входу вихідного одновібратора, вихідний сигнал якого затримується на час вмикання вимикача генератора tвмк і подається на S-вхід вихідного RS-тригера, вихід якого приєднаний до першого входу четвертої логічної схеми збігу, другий вхід якої приєднаний до виходу генератора високочастотних імпульсів, а третій вхід приєднаний до виходу інвертора, вхід якого приєднаний до виходу схеми порівняння, вхід якої приєднаний до виходу випрямляча, вихід четвертої логічної схеми збігу приєднаний до підсумовуючого входу реверсивного лічильника, віднімаючий вхід якого приєднаний до виходу п'ятої логічної схеми збігу, перший вхід якої приєднаний до виходу генератора високочастотних імпульсів, а другий вхід приєднаний до виходу повторювача імпульсів, вхід якого приєднаний до виходу схеми порівняння, вихід реверсивного лічильника приєднаний до R-входу вихідного RS-тригера та до першого входу шостої логічної схеми збігу, другий вхід якої приєднаний до виходу логічної схеми "АБО", а вихід приєднаний до кола вмикання вимикача генератора. Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4