2.3.2.1. Входные функциональные блоки

Блок питания (БП)

Выходные напряжения блока питания:

± 15В стабилизированное, для питания микросхем

и элементов логики,

+ 24 В, нестабилизированное, - для питания обмоток реле.

Входные напряжения сети и генератора подаются через входные трансформаторы TV₁ и TV₂, каждый из которых имеет несколько вторичных обмоток.

Преобразователь функциональный (ПФ) (Рис. 2.3.2.1)

ПФ формирует постоянное по знаку, треугольное по форме напряжение биения, линейно зависящее от угла δ между векторами напряжений сети и генератора. Состоит ПФ из схемы сравнения мгновенных значений напряжений сети и генератора (ССМ) и фильтра низких частот (ФНЧ) с полосой пропускания до 18 Гц (Рис. 2.3.2.2)

.

Рис. 2.3.2.1. Преобразователь функциональный (ПФ) СА-1

Напряжения вторичных обмоток входных трансформаторов TV₁ и TV₂ управляют открытием транзисторов VT₁ – VT₄. В положительную полуволну напряжения генератора открывается транзистор VT₁, в положительную полуволну напряжения сети открывается VT₂. В отрицательную полуволну открываются транзисторы VT₃ схемы U_Ген и VT₄ схемы U_Сети.

Когда напряжения генератора и сети совпадают по знаку (оба положительные или оба отрицательные), в точке 6 схемы устанавливается потенциал, равный нулю. Когда знаки напряжений генератора и сети не совпадают, последовательной цепи через транзисторы нет, потенциал точки 6 определяется делителем из резисторов R­₅ – R₆

(Рис. 2.3.2.2).

Рис. 2.3.2.2. График напряжений ПФ

Напряжение точки 6 пропускается через фильтр низких частот и тогда напряжение биений на выходе пропорционально текущему значению угла между напряжениями

где [k_пр] – крутизна преобразования

_{Напряжение биений Uδ, пропорциональное текущему значению угла δ, используется в схеме автосинхронизатора, как базовое.}

Рис 2.3.2.3 График напряжения биений СА-1

2.3.2.2. Основные функциональные блоки и узлы

Блок времени опережения (БВО) (Рис. 2.3.2.4 приложения)

Блок БВО определяет время опережения (время подачи импульса на включение выключателя) с учетом того, что в ходе подгонки скольжения изменение частоты вращения генератора носит равноускоренный или равнозамедленный характер. Для этого схема БВО рассчитывает угол опережения по заданному значению уставки времени опережения t_оп по текущей угловой скорости и ускорению вращения.

Уравнение изменения текущего угла между напряжениями с учетом равноускоренного вращения в угловых параметрах:

_{Здесь: ωs – угловая скоростпь скольжения,}

_{аs - ускорение скольжения.}

_{tоп = t вкл.В +Δt – уставка по времени опережения}

_{Выразим δоп в параметрах текущего угла δ между напряжениями:}

_{Условие срабатывания БВО определится из уравнения:}

_{Когда текущий угол δ станет равным δоп, на выходе БВО появится импульс, разрешающий включение. Импульс сформируется за время tоп до наступления 360°.}

_{Схема БВО использует напряжение Uδ = кпр·δ выхода преобразователя ПФ и решает это уравнение относительно tоп.}

_{То же самое уравнение срабатывания блока БВО, выраженное в напряжении схемы блока:}

_{Каждое слагаемое уравнения – это отдельный узел схемы БВО:}

• _{Uδ – вход с преобразователя ПФ,}

• _{- дифференцирующий ОУ D1,}

• _{- дифференцирующий ОУ D2,}

• _{U2π - напряжение смещения компаратора D3.}

_{Схема БВО состоит из двух дифференцирующих усилителей D1 и D2 и компаратора D3, который собственно и решает уравнение.}

_{На компаратор D3 подаются:}

• _{Uδ выхода с ПФ (пропорционального углу δ),}

• _{выход дифференцирующего ОУ D1,}

• _{выход дифференцирующего ОУ D2,}

• _{напряжение смещения.}

_{На вход дифференцирующего операционного усилителя D1 подается напряжение с преобразователя ПФ:}

_{Uвх D1 =Uδ}

_{Выход дифференцирующего усилителя Uвых D1, – производная Uδ´ входного напряжения равная .}

_{Из cравнения Uвых D1 cо вторым слагаемым уравнения следует,что . Поскольку постоянная дифференцирования Т1 = R6˖C3 определяется параметрами элементов R6 и С3 внешней схемы D1, то время опережения здесь так же постоянно и не зависит от скольжения, как и в предыдущей модификации автосинхронизатора. Знак (-) указывает, что момент срабатывания выбирается перед наступлением угла 360º периода биений.}

_{Уставка tоп регулируетсяется переменным резистором R6 операционного усилителя D1.}

_{На вход дифференцирующего операционного усилителя D2 подается напряжение выхода усилителя ОУ D1}

_{Uвх D2 = Uвых D1= Uδ´}

_{Выход ОУ D2 – вторая производная Uδ´´ входного напряжения блока, равная}

_{Из сравнения Uвых D2 c третьим слагаемым уравнения следует, что}

_{. Постоянная дифференцирования Т2 = R14˖C10 операционного усилителя D2 в равенстве соответствует сомножителю и регулирование уставки tоп здесь не предусматривается.}

_{Значение напряжения смещения U2π для компаратора задается резистором R17.}

_{В результате имеются 4 величины напряжений для решения уравнения}

_{На компараторе D3 сравниваются две суммы: и (значение UвыхD1 отрицательно). Уравнение решается в момент срабатывания D3, а компаратор сработает, когда сумма станет меньше суммы , и напряжение его выхода изменит полярность на положительную. Далее импульс выходного напряжения D3 пропускается через дифференцирующую R–C цепь, чтобы на выходе блока БВО получить сигнал «А» длительностью приблизительно 30 мс.}

_{Там же, в БВО формируется импульс «Р» на запрет действия СА-1 при углах}

_{120° < δ < 240°.}

_{Блок запрета (БЗ)}

_{Блок запрета содержит функциональные узлы, контролирующие условия синхронизации: допустимое отклонение амплитуд и отклонение частоты скольжения напряжения. Там же организуются дополнительные сигналы блокирования.}

_{Узел сравнения амплитуд (Рис. 2.3.2.5 приложения)}

_{В узле через выпрямители включаются встречно друг другу два напряжения вторичных обмоток входных транформаторов TV1 и TV2, преобразующих Uг и Uс.}

_{На резисторе R24 выделяется}

_{При соотношении напряжений UГен > UСети, ΔU > 0 положительно.}

_{При соотношении напряжений UГен < UСети, ΔU < 0 отрицательно.}

_{Потенциал точки «1» (ΔU) сравнивается с уставкой по отклонению ΔUуст на двух компараторах D1 и D2. Из них D1 работает при ΔU < 0, D2 при ΔU > 0. Набор сопротивлений R8, R11 - R14 вместе с переключателем – узел задания уставки допустимой разности амплитуд, общий для обоих компараторов.}

_{При срабатывании любого из компараторов (отклонение напряжения превышает уставку, включение запрещено), на его выходе появляется “1”. Выходные сигналы компараторов поступают на микросхему D3.1 с логикой «ИЛИ-НЕ». Туда же подается сигнал «Р» из БВО (запрет работы при 120° < δ < 240°). Выход D3.1, сигнал «D», будет равен “0” и, следовательно, запрещать работу СА-1, если хотя бы один из входных сигналов равен «1». Это может быть в случае, когда ΔU > ΔUуставки и всегда, на каждом периоде биений при углах 120° < δ < 240°. Сигнал «D» передается в логическую схему (БЛ) автосинхронизатора.}

_{Узел контроля максимально-допустимой разности частот (Рис. 2.3.2.6)}

_{Автосинхронизатор запрещает включение при частоте скольжения, которая будет больше максимально-допустимой fs м.д. в момент смыкания контактов выключателя. Значение частоты скольжения контролируется через максимально допустимый угол опережения, который вычисляется по частоте скольжения в момент срабатывания автосинхронизатора и корректируется по измеренному в этот же момент ускорению скольжения.}

_{Максимально допустимая угловая скорость в момент включения выключателя должна быть:}

_{ωso и аs - параметры скольжения в момент срабатывания СА-1.}

_{Максимально допустимый угол опережения:}

_{Реально уставка максимально – допустимой частоты скольжения fs м.д. задается без учета ускорения}

_{и корректируется схемой на величину ускорения.}

_{В схеме узла контроля разности частот на инвертирующий вход компаратора D5 подается текущее значение Uδ из ПФ, на неинвертирующий вход – напряжение уставки с делителя R2, R5,….R18. Туда же, на неинвертирующий вход подается с выхода усилителя D2 блока БВО напряжение Uδ" поправки на ускорение скольжения, равное}

_{В момент выполнения неравенства}

_{компаратор D5 срабатывает, на его выходе появляется «1». После диода VD19 на выходе узла формируется сигнал «В», который разрешает образование импульса на включение. Возврат сигнала произойдет при увеличении текущего угла δ > δоп уст на следующем периоде биений.}

_{Ускорение скольжения учитывается поправкой к Uδ оп.уст в схеме компаратора.}

_{При > 0 разрешенный угол δоп увеличится по сравнению с уставкой δоп. уст.}

_{При < 0 разрешенный угол δоп уменьшится.}

_{Выбор уставки по углу δоп уст производится из условия, что ток включения не должен быть больше Iном. генератора, и обусловлен этот ток временными погрешностями действия аппаратуры СА-1и выключателя генератора.}

_{Таким образом, в блоке БВО задается время опережения tоп, которое корректируется в момент подачи импульса на включение с учетом ускорения скольжения, а в блоке запрета задается уставка δоп уст с поправкой на ускорение также в момент подачи импульса, - таким образом контролируется скольжение в момент смыкания контактов выключателя. Поправка повышает точность выбора момента включения и позволяет автосинхронизатору срабатывать при углах опережения, больших, чем в предыдущем АСТ-4.}

_{Дополнительные блокирующие сигналы в БЗ}

_{В БЗ, кроме сигналов «D» и «В» создаются дополнительные блокирующие сигналы.}

_{Сигнал «С» дополнительно контролирует, что частота скольжения не превышает значения 1Гц и фиксирует переход напряжения биений через нуль (δ = 0). Последнее используется для возврата схемы «памяти» после нуля биений и подготовки схемы к следующему периоду биений.}

_{Сигнал «Е» дополнительно контролирует разность амплитуд напряжений.}

_{Эти сигналы служат дополнительным барьером от ложной работы СА-1, возможной из-за его слабой помехозащищенности.}