Автоматический синхронизатор СА-1

Автоматический синхронизатор СА – 1

В реальных условиях при синхронизации необходимо производить подгонку скорости генератора, вследствие чего неучёт ускорения приводит к большим погрешностям при определении времени опережения. Вследствие этого АСТ-4 имеет относительное небольшое значение максимально допустимой частоты скольжения, особенно при больших временах включения выключателей.

Этот синхронизатор выполнен с использованием электронных компонентов (цифровые микросхемы). Напряжение биения здесь не используется. С помощью специальных фазочувствительных схем и активных низкочастотных фильтров формируется U_δ, линейно зависящее от угла δ и не зависящее от несходства амплитуд синхронных напряжений.

          Благодаря высокой линейности преобразования удаётся дважды дифференцировать U_δ и учитывать ускорение. По первой производной определяется скольжение, а по второй производной – ускорение синхронного генератора.

         

          При определении t_ОП предполагают, что в течение этого времени (t_ОП) . δ_ОП.МАХ достигает 120⁰.

          Условие срабатывания синхронизатора:

          ,

поскольку при угле 360° совпадают вектора ЭДС системы и включаемого генератора, а значит, уравнительный ток будет отсутствовать или он будет минимальным.

          Поскольку угол δ линейно определяется напряжением U_δ, то это выражение можно записать следующим образом:

                              (*)

В Функциональном преобразователе (ПФ или UΘ) происходит линейное преобразование угла δ между напряжениями системы и генератора в постоянное по знаку напряжение U_δ. Это напряжение поступает в измерительный орган угла (ИОУ), где оно дважды дифференцируется по времени с помощью дифференцирующих усилителей AD1 и AD2, что позволяет получить напряжение, пропорциональное скольжению и ускорении (на рис. –  и ). С помощью сумматора (ОУ AW1 или ДА3)  и компаратора ЕА1 (ДА4 – элемент сравнения с нуль-индикатором) реализуется выражение (*), описывающее условие срабатывания синхронизатора с заданным временем опережения (импульс опережения А на выходе ЕА1). Другими словами, сигнал на включение выключателя генератора формируется компаратором ЕА1 в момент равенства напряжения на выходе сумматора AW1 напряжению U_2π , соответствующему моменту совпадения фаз ЭДС системы и генератора.

Предусматривается формирование нескольких запрещающих сигналов (В, D, Е с низким активным уровнем), блокирующих срабатывание синхронизатора. Фактически запрещающих сигналов ещё больше, что связано с их взаимным дублированием для повышения надёжности функционирования синхронизатора. Элементы AW2 и ЕА2 (ДА5, ДА6) формируют сигнал запрета В по максимально допустимому углу опережения, т.е. реализуется выражение . Здесь – уставка по максимально допустимому углу опережения, изменяемая в широком диапазоне углов от 10 до 120º.

Измерительный орган разности амплитуд напряжений (ИОН) является устройством запрета по допустимой разности напряжений (УЗН). Запрет формируется при превышении величины ΔU заданной уставки, которая регулируется до величины 0.15Е, выбираемой по конкретным условиям. В устройстве блокировок (УБ), куда поступают сигналы с выхода УЗН, а также напряжение, пропорциональное скольжению (на структурной схеме рис. 6.4 не показано) формируется запрещающий сигнал Е как по допустимой разности амплитуд входных напряжений, так и по предельному скольжению, задаваемому уставкой U_уст1.

На выходе компаратора ДА7 формируется сигнал запрета по предельному углу опережения (120º) (на структурной схеме для элемента запрета (ЭЗ) рис. 6.4 не показано). Далее он поступает на один из входов логического элемента Д1, реализующего операцию «ИЛИ-НЕ». На второй вход Д1 подаётся сигнал с выхода УЗН. В итоге формируется сигнал запрета D по допустимой разности входных напряжений и по предельному углу опережения.

Все запрещающие сигналы поступают на логическую часть (ЛЧ), которая по определённому алгоритму формирует команду на включение выключателя при соблюдении условий синхронизации и исправности цепей СА-1. Кроме того, ЛЧ выдаёт информацию о собственном отказе или неисправности (зажигается лампа на лицевой панели СА-1). Для повышения надёжности функционирования ЛЧ предусматривается два идентичных канала формирования команды на включение выключателя.

Блок подгонки скорости (БПС) или уравнитель частот (УЧ) определяет знак разности частот и формирует в начале каждого периода биения регулирующий импульс, направленный на изменение скорости вращения генератора. При частоте скольжения 2.5–3.0 Гц выходные цепи УЧ блокируются. Для предотвращения отказа синхронизатора в области скольжений, близких к нулю, УЧ подгоняет частоту скольжения не к нулю, а к регулируемому значению f_{s min}. При скольжении больше минимального УЧ действует на снижение скольжения и наоборот. За один период скольжения УЧ формирует один короткий регулирующий импульс.

Из [Алексеев, Козис, Кривенков, 1994, с.231–232]. Сигнал на включение выключателя генератора формируется компаратором ЕА1 в момент равенства напряжения на выходе сумматора AW1 напряжению U_2π , соответствующему моменту совпадения фаз ЭДС системы и генератора. То есть сумматор согласно уравнению (*) суммирует U_δ  и две его производные, исходя из чего, и определяется опережение для нужного момента включения выключателя.

Учитывая ускорение :

          , где

           - в момент замыкания контактов выключателя;

           - в момент срабатывания синхронизатора.

         

Для того чтобы не допустить включения выключателя при невыполнении условий синхронизации в блоке предусматривается ряд блокирующих действие синхронизатора сигналов.

образуют измерительный орган скольжения ИОЧС для контроля скольжения в момент замыкания контактов выключателя, которое отличается от скольжения в момент срабатывания синхронизатора на t_B dω_S /dt . Поэтому в расчётное значение максимально допустимого угла опережения, равного ω_{Sмах доп} t_В , автоматически вводится поправка . Дополнительно введены ограничения по предельно возможному углу опережения 120° и скольжению 1 Гц, допускаемым конструкцией синхронизатора.

Уравнитель частот УЧ подгоняет разность частот не к нулю, а к принимаемому минимальному значению (с зоной нечувствительности). Измерительный орган ИОН разности амплитуд ЭДС запрещает действие синхронизатора по разности ЭДС и имеет изменяемую уставку до 0.15Е, выбираемую по конкретным условиям. Логическая часть ЛЧ состоит из двух каналов, работающих на одно исполнительное реле (на схеме не показано). Имеется также элемент запрета ЭЗ от неправильных действий при подаче или снятии синхронизируемых напряжений, а также элемент сигнализации о неисправности логической части.

          Преимущества синхронизатора СА-1:

·  Существенно больше максимальные углы опережения;

·  Существенно больше рабочие частоты скольжения (диапазон);

·  Этот синхронизатор безошибочно работает при значительном неравенстве входных (25% – 30%) напряжений.

          В отличие от АСТ-4 в СА-1 корректируют δ_{ОП.МАХ.ДОП} с учётом ускорения:

Структурная схема СА-1:

Схема СА-1 из лекций ТИП

            ПФ – преобразователь функциональный, который формирует U_δ, зависящий от угла δ;

            БВО – блок формирования времени опережения. Реализует уравнение срабатывания синхронизатора.

            БЗ – блок запрета. Формирует запрещающие сигналы (по максимально допустимому углу, по предельному углу, по несходству амплитуд).  – сигнал запрета по максимально допустимому углу опережения. Уставка может меняться от 10⁰ до 120⁰ с интервалом 10⁰.  - сигнал запрета по несходству амплитуд и по предельной угловой частоте скольжения.  - сигнал запрета по ΔU и предельному углу опережения.

            БЛ – блок логики. Контролирует соблюдение условий синхронизации, при наличие сигнала А формирует сигнал на включение выключателя.

            БПС – блок подгонки скорости. Определяет знак скольжения, формирует импульсы определённой длительности, т.е. выполняется требование пропорциональности управляющего воздействия. Отличие работы БПС заключается в том, что БПС не сводит частоту скольжения к нулю.