УСТРОЙСТВО ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ УСТАНОВИВШЕГОСЯ ОТКЛОНЕНИЯ ЧАСТОТЫ
DEVICE FOR TOLERANCE CONTROL OF STEADY FREQUENCY DEVIATION

Изобретение относится к области электротехники, а именно к средствам функциональной диагностики электроагрегатов (ЭА) с двигателями внутреннего сгорания и может быть использовано в составе систем диагностирования технического состояния передвижных электрических станций для оценки установившегося отклонения частоты.
Известны методы оценки показателей качества электрической энергии по частоте, включая установившегося отклонения частоты посредством стендовых испытаний /1, 2/.
Недостаток этих методов состоит в наличии человеческого фактора, низкой степени автоматизации и потребности в нагрузочных устройствах для их проведения.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является измеритель отклонения частоты от заданного значения содержащий шину исследуемого сигнала, формирователь импульсов, генератор импульсов, два логических элемента И, RS-триггер, реверсивный счетчик, задатчик, регистр памяти, два логических элемента НЕ, первый, второй и третий формирователь коротких импульсов, выход которого подключен к сбросовому входу RS-триггера, два логических элемента ИЛИ, распределитель импульсов и шину установки /3/.
Данное устройство дает оценку отклонения частоты от заданного значения в установившемся и переходном режиме, не различая их. Однако оно не определяет факт соответствия установившегося отклонения частоты требованиям стандарта.
Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.
Цель изобретения достигается тем, что устройство допускового контроля установившегося отклонения частоты, содержащее логический элемент И, первый RS-триггер, реверсивный счетчик, первый задатчик, первый регистр памяти, логический элемент НЕ, первый, второй и третий формирователь коротких импульсов, выход которого подключен к сбросовому входу первого RS-триггера, ОТЛИЧАЮЩЕЕСЯ тем, что с целью расширения функциональных возможностей, снабжено вторым, третьим и четвертым регистром памяти, вторым RS-триггером, первым, вторым, третьим, четвертым и пятым числовым компаратором, четвертым формирователем коротких импульсов, первым и вторым электронным ключом, вторым задатчиком, мультивибратором, вычитателем, элементом задержки и датчиком активной мощности с цифровым выходом, включенным последовательно между нагрузкой и генератором с приводом от двигателя внутреннего сгорания, к шинам которого подключен вход датчика частоты с цифровым выходом, разряды которого соединены с соответствующими разрядами входов третьего и четвертого регистров памяти, вторых входов второго и третьего числового компаратора, выход МЕНЬШЕ которого подключен к входу четвертого формирователя коротких импульсов, связанного выходом с единичным входом первого RS-триггера и сбросовым входом четвертого регистра памяти, а разряды первого входа третьего компаратора соединены с соответствующими разрядами выхода четвертого регистра памяти, выхода второго электронного ключа и второго входа вычитателя, разряды выхода которого соединены с соответствующими разрядами первого входа четвертого числового компаратора, а разряды первого входа с - разрядами первого входа второго числового компаратора и выхода третьего регистра памяти, сбросовый вход которого подключен к выходу третьего формирователя коротких импульсов, а вход записи - к выходу первого формирователя коротких импульсов, связанного входом с выходом МЕНЬШЕ второго числового компаратора, кроме того разряды выхода первого задатчика соединены с соответствующими разрядами второго входа четвертого числового компаратора, выход БОЛЬШЕ которого соединен со вторым входом логического элемента И, связанного выходом с единичным входом второго RS-триггера, сбросовый вход которого подключен к шине УСТАНОВКА и суммирующему входу реверсивного счетчика, связанного выходом заема с первым входом логического элемента И, а вычитающим входом - с выходом второго формирователя коротких импульсов, к входу которого подключен выход БОЛЬШЕ и МЕНЬШЕ первого числового компаратора, связанного разрядами первого входа с соответствующими разрядами выхода первого регистра памяти, выходом РАВНО с - входом третьего формирователя коротких импульсов и входом управления первого электронного ключа, а соответствующие разряды второго входа - с соответствующими разрядами выхода второго регистра памяти, вход записи которого соединен с выходом логического элемента НЕ, подключенного входом к выходу мультивибратора и входу записи первого регистра памяти, разряды входа которого связаны с соответствующими разрядами выхода датчика мощности, с разрядами входа второго регистра памяти и разрядами входа первого электронного ключа, связанного разрядами выхода с соответствующими разрядами второго входа пятого числового компаратора, разряды первого входа которого подключены к соответствующим разрядам выхода второго задатчика, а выход РАВНО через элемент задержки к - третьему входу логического элемента И, кроме того разряды входа второго электронного ключа соединены с шиной высокого уровня, а его управляющий вход подключен к инверсному выходу первого триггера.
Датчик мощности, второй регистр памяти, мультивибратор, логический элемент НЕ, первый числовые компаратор и их связи обеспечивают фиксацию момента перехода электроагрегата в установившийся режим. Второй задатчик, первый электронный ключ, пятый числовой компаратор, элемент задержки и их связи фиксируют заданную ступень нагрузки. Третий регистр памяти, второй числовой компаратор и их связи участвуют в формировании кода наибольшей частоты. Четвертый регистр памяти, третий числовой компаратор, второй электронный ключ, четвертый формирователь коротких импульсов и их связи участвуют в формировании кода наименьшей частоты. Вычитатель и его связи определяет код установившегося отклонения частоты. Четвертый компаратор и его связи устанавливает соответствие установившегося отклонения частоты требованиям стандарта.
На фиг. 1 представлена схема устройства, на фиг. 2 - регуляторная характеристика электроагрегата.
Устройство содержит синхронный генератор 1 (фиг. 1), вал которого приводится во вращение двигателем внутреннего сгорания (ДВС) 2, снабженным регулятором частоты вращения (РЧВ). Выходные зажимы генератора 1 подключены к входу датчика 3 частоты вращения с цифровым выходом, а через датчик мощности 4 с цифровым выходом к нагрузке 5. Кроме того в устройство входят: мультивибратор 6, логический элемент НЕ 7, логический элемент И 8, реверсивный счетчик 9, первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 регистры памяти, первый 14, второй 15, третий 16, четвертый 17 и пятый 18 числовые компараторы, задатчик 19 кода нормы установившегося отклонения частоты, первый 20, второй 21, третий 22 и четвертый 23 формирователи коротких импульсов, первый 24 и второй 25 RS-триггеры, первый 26 и второй 27 электронные ключи, задатчик мощности 28, шина 29 УСТАНОВКА, шина 30 сигнала высокого уровня, вычитатель 31 и элемент задержки 32.
y
y
В первый задатчик 19 заносится код допустимой нестабильности частоты, соответствующий 2δf, где δf - установившееся отклонение частоты (фиг. 2)
y
max
min
ном
2δf=(f-f)/(2f);
max
i
min
i
f - наибольшая частота за время наблюдения на заданной ступени нагрузки P; f - наименьшая частота за время наблюдения на заданной ступени нагрузки P.
i
Во второй задатчик 28 заносится код соответствующий заданной ступени нагрузки P.
Устройство работает следующим образом. Подачей сигнала на шину 29 УСТАНОВКА схема приводится в исходное состояние, при котором RS-триггер 25 устанавливается в нулевое состояние, а в реверсивный счетчик 9 записывается единица.
После возбуждения генератора 1 на его выходных зажимах появляется гармоническое напряжение, которое поступает на вход датчика 3, на выходе которого появляется код частоты. На выходе датчика 4 мощности формируется код соответствующий мощности нагрузки 5. Импульсом с выхода мультивибратора 6 этот код мощности заносится в регистр памяти 10 и поступает на первый вход компаратора 14. Если мощность возрастает, то код на первом входе компаратора 14 больше, чем код на втором входе, поэтому появляется сигнал на выходе БОЛЬШЕ компаратора 14. По его фронту формирователь коротких импульсов 21 подает импульс на вычитающий вход счетчика 9, и на его выходе устанавливается нулевой код.
При исчезновении сигнала на выходе мультивибратора 6, появляется сигнал на выходе логического элемента НЕ 7, который поступает на вход записи регистра памяти 11. В регистр 11 записывается очередной код мощности с выхода датчика 4, который поступает на второй вход компаратора 14. Если этот код оказывается больше предыдущего кода мощности, записанного в регистр 10, то одновременно исчезает сигнал на первом выходе компаратора 14 и появляется сигнал на выходе МЕНЬШЕ. На входе формирователя 21 изменений не происходит.
Компаратор 14 постоянно сравнивает предыдущий и последующий коды мощности нагрузки, которые записываются в регистры памяти 10 и 11. При наступлении стационарного режима нагрузки, когда на входы компаратора 14 с регистров 10 и 11 поступают равные коды, появляется сигнал на выходе РАВНО компаратора 14, который открывает ключ 26.
Измерение отклонения частоты производится на фиксированной ступени нагрузки. Ее уровень устанавливается задатчиком 28, с выхода которого код заданной ступени мощности поступает на первый вход компаратора 18. На второй вход компаратора 18, через электронный ключ 26, подается код мощности с выхода датчика 4. Если мощность нагрузки равна заданной мощности, то появляется сигнал на выходе РАВНО компаратора 18, который, поступая через элемент задержки на третий вход элемента И 8, разрешает прохождение сигнала на выход устройства.
max
max
По фронту сигнала с выхода компаратора 14 формирователь 22 выдает импульс, который обнуляет регистр 12, запуская процесс формирования кода наибольшей частоты f. Нулевой код с выхода регистра 12 поступает на первый вход компаратора 15, на второй вход которого поступает код текущей частоты с выхода датчика 3. При этом появляется сигнал на выходе МЕНЬШЕ компаратора 15, по фронту которого формирователь 20 подает импульс на вход записи регистра 12, в который записывается новый код частоты с выхода датчика 3. Далее процесс перезаписи кода в регистр 12 повторяется, и на его выходе формируется код наибольшей частоты f на интервале времени со стационарной нагрузкой.
min
Одновременно импульс с выхода формирователя 22 переводит RS-триггер 24 в нулевое состояние. Появляется сигнал на инверсном выходе триггера 24, который кратковременно открывает электронный ключ 27. При этом через ключ 27 на первый вход компаратора 16 поступает единичный код от шины 30 высокого уровня, на второй вход компаратора поступает код частоты с выхода датчика 3, который меньше единичного кода, поэтому появляется сигнал на выходе МЕНЬШЕ компаратора 16. По фронту этого сигнала формирователь 23 выдает импульс, который меняет состояние триггера 24, и на его инверсном выходе сигнал исчезает, выключая ключ 27. Одновременно сигналом с выхода формирователя 23 в регистр 13 записывается код текущего значения частоты с выхода датчика 3, который поступает на первый вход компаратора 16, на второй вход которого поступает последующее текущее значение частоты. Компаратор 16 сравнивает коды предыдущей и последующий частоты. Если код предыдущей частоты, поступающий с выхода регистра 13 больше кода последующей частоты, поступающего с выхода датчика 3, то появляется сигнал на выходе МЕНЬШЕ компаратора 16. По фронту этого сигнала формирователь 23 выдает импульс, которым записывается очередной код частоты в регистр 13. Процесс перезаписи кода частоты в регистр 13 длится до момента записи кода наименьшей частоты. В результате на выходе регистра 13 формируется код наименьшей частоты f за интервал времени со стационарной нагрузкой.
max
min
max
min
Код наибольшей f частоты с выхода регистра 12 поступает на первый вход вычитателя 31, на второй вход которого подан с выхода регистра 13 код наименьшей частоты f. Код разности частот (f - f), соответствующий зоне нестабильности частоты, с выхода вычитателя 31 подается на первый вход компаратора 17, на второй вход которого поступает код нормы нестабильности с выхода задатчика 19.
Если нестабильность частоты превышает норму, то появляется сигнал на выходе БОЛЬШЕ компаратора 17, которым логический элемент И 8 подготавливается по второму входу.
При выходе из зоны стационарной нагрузки нарушается равенство кодов на выходе регистров 10 и 11 и появляется сигнал на выходе БОЛЬШЕ или МЕНЬШЕ компаратора 14, по фронту которого формирователь 21 выдает импульс. Поскольку счетчик 9 имеет на выходе нулевой код, то импульс с выхода формирователя 21 проходит на выход заема счетчика и поступает на первый вход элемента И 8. На третьем входе элемента И 8 сигнал поддерживается за счет элемента задержки. Поэтому элемент И 8 открывается и сигнал с его выхода переводит триггер 25 в единичное состояние. Появляется сигнал на прямом выходе триггера 25, который указывает на необходимость проведения работ по настройке РЧВ.
Если нестабильность частоты не превышает норму, то сигнал на выходе компаратора 17 отсутствует, элемент И 8 закрыт по второму входу и триггер 25 не меняет своего состояния в момент выхода из зоны стационарной нагрузки.
При начале очередного интервала времени работы со стационарной нагрузкой вновь появляется импульс на выходе формирователя 22 и процесс измерения повторяется.
Таким образом, устройство осуществляет непрерывный контроль установившегося отклонения частоты, определяя соответствие нормативным требованиям.
Источники информации
1. Сугаков В.Г., Хватов О.С. Основы автоматического регулирования выходных электрических параметров автономных источников электрической энергии. Часть 1. Автоматическое регулирование частоты автономных источников электрической энергии: Учебное пособие. Кстово, НВВИКУ, 2008.
2. Сугаков В.Г., Хватов О.С. Системы автоматического регулирования параметров судовых электростанций. Часть 1. Автоматическое регулирование частоты судовых источников электрической энергии. Учебное пособие для студентов (курсантов) специальности 180404. Н. Новгород, Издательство ФГОУ «ВГАВТ», 2010.
3. Авторское свидетельство СССР №1679404, кл. G01R 23/00, 1991.