5. Автоматический синхронизатор с вычисляемым углом опережения

Автоматический синхронизатор с вычисляемым углом опережения типа СА-1 выполняется на интегральных микросхемах и состоит из не­скольких конструктивных блоков, соответствующих отдельным платам печатного монтажа. Полные принципиальные схемы блоков приведены в [7]. Ниже описываются упрощенные функционально-принципиальные схемы измерительной части собственно синхронизатора и устройства автоматического управления частотой скольжения синхронного генера­тора — ее подгонки к установленному значению.

Измерительный орган угла опережения. Времяимпульсный из­мерительный преобразователь UQ (рис. 2.8) угла сдвига фаз 8 = u>_st между напряжением U__m на шинах электростанции и ЭДС синхронного генератора Е__{г х} = Ц_г выполнен на транзисторных элементах несовпа­дения по знаку их мгновенных значений.

При положительных или отрицательных напряжениях и_т и и_г тран­зисторы VT1, УТЗ или VT2, VT4 соответственно открыты токами базы г'б, и напряжение £/ф на выходе ВИП фазы практически отсут­ствует (определяется остаточным падением напряжения на переходах коллектор-эмиттер открытых транзисторов). В течение времени несо­впадения t_HC мгновенных значений напряжений и_ш и и_г один из ука­занных двух транзисторов, а именно VT1 и VT4 в положительные по- лупериоды напряжения и_г (рис. 2.9) или VT2 и VT3 в отрицательные его полупериоды, закрыты обратными напряжениями на их эмиттерных переходах. Напряжение 11ф равно части ЭДС источника питания Е_а, определяемой ее делителем — резисторы 121, R2. Таким образом, напря­жение 11ф представляет собой практически прямоугольные импульсы с изменяющейся длительностью tф = t_HC — 8/и>_с, пропорциональной углу сдвига фаз 8 (рис. 2.9,а).

Постоянная составляющая U$ времяимпульсного напряжения Цф про­порциональна углу 8 — oj_st при стабильной ЭДС питания (Е_п — const). Она выделяется высокодобротным инерционным (быстродействие, вви­ду относительно малой частоты скольжения ш₃, не требуется) фильтром нижних частот ZF четвертого порядка в виде последовательно соеди­ненных двух (на рис. 2.8 показана схема одного из них) унифицирован­ных активных ФНЧ второго порядка [8]. Минимальное напряжение Ug₀ (при углах 8 = 0; 2пж) составляет 0,5 В, а максимальное (при углах 8 = пж) 10,5 В.

Активный дифференциатор AD1 (рис. 2.8) на интегральном опера­ционном усилителе в инвертирующем включении формирует сигнал в виде напряжения Щ = -TidU$/dt, моделирующего производную угла сдвига фаз 8 — частоту скольжения синхронного генератора ш₃. На­пряжение на выходе второго аналогичного активного дифференциато­ра AD2 отображает ускорение a_s вращения гидро- или турбогенерато­ра Щ' - T\T₂d²Ud/dt². Постоянные времени дифференциаторов Т\ — = -Ko.ciC'i, Т₂ — R0.C2C2 устанавливаются дискретными изменениями со­противлений реЗИСТОрОВ -Ro.cli Ro.с2-

СП

Is?

Рис. 2.8. Схема измерительного органа угла опережения

Глава 2

Рис. 2.9. Графики, иллюстрирующие формирование сигнала по углу сдвига фаз (а) и других сигналов (б) измерительным органом угла опе­режения

Сумматор-компаратор WEA1 релейного действия (благодаря поло­жительной обратной связи R₀._c) суммирует и сравнивает напряжения согласно равенству (2.17). При этом напряжение Us₀ устанавливается делителем Е_п (резисторы i?3, R4). В момент их равенства он выдает дискретный (единичный) сигнал U_B (рис. 2.9,6), по которому при удо­влетворении всех условий точной синхронизации формируется управля­ющее воздействие на включение привода выключателя с опережением включения выключателя (соединения силовых контактов) с вычислен­ным углом опережения 5_оп и временем опережения t_ou.

Схема сумматора-компаратора WEA1 отличается от типовой схе­мы релейного компаратора [8] наличием гибкой отрицательной обратной связи (конденсатор С₀._с), предотвращающей возможные ложные его сра­батывания за счет некоторого замедления, что, как указывалось, допу­стимо для элементов синхронизатора как относительно медленно функ­ционирующего.

Измерительный орган содержит активный выпрямитель AVS напря­жения U'_s, выходное напряжение 1}_ш которого отображает абсолютное значение угловой частоты скольжения | ± w_s|.

Временные графики (рис. 2.9) иллюстрируют действие измеритель­ного органа, вычисляющего угол опережения синхронизатора.

Измерительный орган разности амплитуд содержит, как ука­зывалось, диодный элемент сравнения амплитуд напряжения 11_ш и U_r (трансформаторы TLV1, TLV2) в виде двух выпрямителей F5l, VS2, простейшие частотные фильтры ЛС, выделяющие постоянные соста­вляющие выпрямленных напряжений 11о_ш, U_Qr и их разности AUq = = U_0iu - Uo_r (рис. 2.10,а). Релейность действия измерительного орга­на обеспечивается двумя компараторами EAl, ЕА2, выполненными на интегральных операционных усилителях в инвертирующем и дифферен­циальном включениях соответственно, сравнивающими возможные раз­нополярные напряжения ±Д[/₀, пропорциональные разности амплитуд AU_m = и_тш — U_mT с допустимым значением их разности AU_my, устана­вливаемым делителем Е_п (резисторы Rl, R2).

Компаратор EAl срабатывает при отрицательной —AU₀, а ЕА2 — при положительной +AUq разностях амплитуд, превышающих по абсо­лютному значению допустимую AU_my. Их дискретные сигналы в ви­де положительных постоянных напряжений U\ = U2 = E_n, соответ­ствующие логическим единицам, проходят через диодный логический элемент DW (ИЛИ) и после интегрального инвертора DU 1 (НЕ) пре­вращаются в запрещающий сигнал U _т, соответствующий логическо­му нулю. При разностях амплитуд, меньших допустимой, напряжения U\ = U2 ~ —Е_и. Они не проходят через диодный элемент DW, поэтому на входе DU 1 напряжение отсутствует (логический нуль), а на выходе имеет место разрешающий единичный логический сигнал.

Измерительный орган частоты скольжения. На его входы (рис. 2.10,6’) поступают сигналы с выхода измерительного органа угла опережения (см. рис. 2.8) в виде напряжений Us, и_ш и U", моделирую­щих угол сдвига фаз между напряжениями Ц__ш, LL_r, абсолютное значение частоты скольжения и ускорение вращения синхронного генератора со­ответственно.

Сумматор-компаратор WЕА2, сравнивающий напряжение Us ~ u>_st, поступающее на инвертирующий вход ИОУ, с суммой установленного напряжения U_y = Uson.n, моделирующего максимально допустимый угол опережения, и напряжения U" [см. (2.21)], реализует соотношение (2.19), т.е. контролирует максимально допустимую частоту скольжения u_SR в момент включения выключателя.

При a>_SRt₀n < (^so + a,ston)a напряжение Us меньше суммы (U_y + U"), на выходе WЕА'2 положительное напряжение U_c — сигнал, разреша­ющий через логическую часть (см. рис. 2.9) формирование воздей­ствия на включение выключателя. При напряжение Us пре­

вышает сумму U_y + U", на выходе WЕА2 (рис. 2.10) будет отрица­тельное напряжение — запрещающий логический сигнал (нулевое на рис. 2.9).

Сумматором-компаратором WЕА2> формируется еще один сиг­нал Usap запрета действия синхронизатора на включение выключателя по предельным абсолютным значениям частоты скольжения /_5Пр = 1 Гц и ускорения вращения гидро- или турбогенератора a_snp. Он производит сравнение напряжения и_ш ~ | ± U'_s\ ~ f_s (см. выпрямитель ASV на рис. 2.8) или U" ~ a_s с установленным напряжением U_sup._y, моделиру­ющим f_sпр или а,_ир. Благодаря диодам VI) 1, VD2 на инвертирующий вход ИОУ поступает большее из указанных напряжений: U_w или по­ложительное [/" (при положительном ускорении). При отрицательном ускорении (торможении синхронного генератора) напряжение U" меняет знак и через диод VD3 поступает на неинвертирующий вход ИОУ, его абсолютное значение вычитается из напряжения [/_snp.y.