Дипломная работа: Методика проектування пристроїв синхронізації

Точність обробки постійного часу випередження визначається точністю виміру кута δ між синхронізуємими напругами й точністю виміру частоти ковзання ωs.

У застосовуванні у цей час в пристроях синхронізації для виміру величини δ і ωs часто використовується так званий непрямий метод виміру, заснований на використанні огинаючої напруги биття Us (t). Миттєве значення напруги биття us (t) дорівнює різниці миттєвих значень синхронізуємих напруг u1 (t) і u2 (t):

. (2.5)

У випадку, коли U1=U2=U, представимо (2.5) у вигляді:

. (2.6)

Величина огинаючої напруги биття Us (t) визначається з (2.6) і дорівнює:

. (2.7)

Використовуючи (2.7), можливо визначити як частоту ковзання ωs, так і поточний кут зрушення фаз δ. Дійсно, інформацію про величину ωs несе в собі час Ts між моментами проходження через нуль огинаючих биттів. Визначивши період биттів Ts і обчисливши величину , одержують частоту ковзання fs і далі швидкість ковзання ωs. Величина кута зрушення фаз визначається зі співвідношення:

, (2.8)

з якого видно, що по величині напруги биттів можна побічно судити про величину кута зрушення фаз.

Однак непрямому методу виміру параметрів синхронізації ωs і δ властиві помилки, що особливо сильно проявляються тоді, коли U1≠U2, тобто тоді, коли огинання биттів через нуль не проходить, у зв'язку із чим важко визначити як період биттів Ts, так і встановити однозначний зв'язок між величинами δ і Us.

Запропоновано для визначення параметрів синхронізації використати прямий метод виміру, заснований на вимірі часу між моментами проходження через нуль синхронізуємих напруг. Викладені основні способи формування команди на включення вимикача генератора, засновані на використанні прямого методу виміру.

По цьому способі команду подають у момент часу, коли поточне значення кута зсуву фаз стає рівним розрахунковому значенню, тобто тоді, коли виконується наступна рівність:

. (3.1)

Перейдемо від диференціального рівняння (3.1) до кінцево-різнісного рівняння:

, (3.2)

де  й  - два послідовні значення кута, виміряні через час, рівний періоду меншої частоти .

Увівши позначення  запишемо (3.2) у вигляді:

. (3.3)

З (3.3) видно, що якщо сформувати команду в момент часу, коли поточне значення кута  стане рівним розрахунковому, певному з рівності:

 (3.4)

то тим самим буде отриманий постійний час випередження.

По цьому способі порівнюють між собою тривалості  й  двох послідовних відрізків часу між імпульсами, сформованими на початку періоду синусоїдальних напруг мережі й генератора.

У системі відліку імпульсів великої частоти  величини кутів  і , що відповідають відрізкам часу  й , рівні:

 . (3.5)

Кутова частота ковзання дорівнює:

 (3.6)

Час випередження визначається в такий спосіб:

 (3.7)

Для формування команди часом випередження , рівним часу включення , необхідно, щоб величина  визначалася зі співвідношення:

. (3.8)

Відповідно до умови для одержання постійного часу випередження необхідно послідовно визначати тривалість відрізків  і  й порівнювати їх один з одним. У реверсивному лічильнику необхідно записати число , пропорційне , і зчитувати число  протягом відрізка часу  із частотою проходження імпульсів у  раз більшої, ніж частота запису.

Якщо після закінчення часу  зчитування числа  не закінчено, то повинна подаватися команда на включення вимикача генератора.

Постійний час випередження можна одержати, формуючи в момент переходу через нуль синусоїдальних напруг керуючі, основні й допоміжні імпульси (рис.3.8).

Керуючі імпульси 1, 1́ прив'язані по фазі до нуля синусоїди, основні імпульси 2, 2́ своїм переднім фронтом прив'язані до переднього фронту керуючих імпульсів, а допоміжні імпульси 3, 3́ своїм переднім фронтом прив'язані до заднього фронту основних імпульсів 2, 2́. Основні й допоміжні імпульси мають однакову тривалість Пакет імпульсів більшої частоти своїм керуючим імпульсом 1́ насувається на пакет імпульсів меншої частоти з боку заднього фронту допоміжного імпульсу 3. Збігу імпульсів 1́ і 3 використовуються для оцінки різниці частот, а збігу імпульсів 1́ і 2 - для одержання постійного часу випередження. Оцінка ковзання, як і в синхронізатора з постійним кутом випередження, виробляється по числу збігів N імпульсів 1́ і 3. Для N справедлива рівність:

 (3.9)

У процесі синхронізації значення й  змінюються не більше ніж на 5% у порівнянні з номінальним значенням, у зв'язку із чим добуток  можна вважати величиною постійної й рівної К. У зв'язку із цим число збігів  є функція тільки частоти ковзання:

 (3.10)

Умова на виконання синхронізації  з врахуванням (3.11) формується так:

 (3.12)

Постійний час випередження відпрацьовується в момент чергового збігу імпульсів 1́ і 2 за умови, що число попередніх збігів дорівнює:

 (3.13)

Умова (3.4) означає, що від моменту подачі команди до моменту збігу імпульсів 1́ і 1 залишилося постійне число збігів  Час випередження буде дорівнювати добутку цього залишку на тривалість періоду меншої частоти:

 (3.14)

У синхронізаторі при збігу імпульсів 1́ і 3 визначають число збігів , а потім визначають залишок збігів  імпульсів 1́ і 3 і записують цей залишок у лічильник. Зчитування числа, записаного в лічильник, починається з моменту збігів імпульсів 1́ і 2.

Постійний час випередження спрацьовує в момент завершення зчитування залишку  в лічильнику.

По цьому способі зрівнюються поточні значення різниці фаз, представлені в дискретній формі й обмірювані протягом кожного періоду синхронізуємих напруг, зі збільшенням цієї різниці.

Для визначення величини кута формуються імпульси, що запускають у момент переходу через нуль напруги меншої частоти й що скидають у момент переходу через нуль напруги більшої частоти.

Тривалості імпульсів  відповідно до рис.3.4.1 рівні:

   (3.15)

Між моментами  й  існує очевидний зв'язок

  (3.16)

Відрізки  й  еквівалентні величинам поточних кутів зрушення фаз, а різниця між  і  пропорційна частоті ковзання :

Рис.3.4.1 Дискретний спосіб формування постійного часу випередження

Постійний час випередження спрацьовує, коли рівні числа у двох лічильниках, один із яких заповнюється із частотою , а інший - через половину періоду меншої частоти із частотою .

Порівнюючи число  із числом  одержуємо в момент їхньої рівності:

. (3.18)

Зіставляючи (3.4.3) і (3.4.4) знайдемо:

 (3.19)

де  - практично постійний коефіцієнт, величина якого може бути обрана рівній часу випередження.

Загальним для кінцево-різницевого, часового, імпульсного й дискретного способів одержання постійного часу випередження є необхідність виміру й порівняння один з одним наступних один за одним інтервалів часу (тривалості відрізків) через що можливий пропуск команди на включення вимикача. Це пов'язане з тим, що можливе таке чергування інтервалів часу, коли команду потрібно подавати не при порівнянні першого із другим, третього із четвертим, п'ятого із шостим і т.д., а при порівнянні другого із третім, четвертого з п'ятим, шостого із сьомим і т.д. Пропуск команди на включення вимикача генератора приводить до затягування процесу синхронізації, що особливо неприємно при малих кутових частотах ковзання.

Відзначених недоліків можна уникнути, якщо використати для формування команди на включення вимикача генератора спосіб, заснований на затримці й зсуву по фазі синхронізуємих напруг.

За цим способом необхідно затримати імпульси з меншою частотою проходження на два значення часу, одне із яких більше іншого у два рази. У момент збігу затриманих імпульсів з імпульсами більшої частоти необхідно сформувати нові імпульсні послідовності, перша з яких затримується на час спрацьовування вимикача генератора, а друга - на час, обумовлений обмірюваним часом між затриманими першими й другими, сформованими імпульсами меншої частоти. Затримкою імпульсів на два значення часу досягається їхнє зрушення по фазі убік відставання на кути  й , рівні

, . (3.20)

Затримка імпульсу, одержуваного в момент збігу імпульсних послідовностей напруги більшої частоти й напруги меншої частоти, зрушеного по фазі на кут , еквівалентна зрушенню по фазі на кут , рівний .

У синхронізаторі виробляється вимір відрізка часу між моментом формування імпульсу, затриманого на час , і моментом збігу імпульсів більшої частоти  зі зрушеними на кут  імпульсами меншої частоти. Цьому відрізку часу еквівалентний кут , рівний:

. (3.21)

Команда на включення подається після моменту збігу імпульсів більшої частоти й зрушених на кут  імпульсів меншої частоти через відрізок часу, необхідний для відпрацьовування кута . Величина кута зрушення фаз  до моменту подачі команди дорівнює:

. (3.22)

З умови роботи синхронізатора ясно, що , тобто

 и.  (3.23)

Вираз (3.23) визначає правило вибору тимчасової затримки знизу. У зв'язку з тим, що величина кута  повинна бути менше 180°, величина  повинна бути менше , тобто .

Ця нерівність визначає правило вибору тимчасової затримки зверху. Границя зверху обмежує можливий діапазон кутів включення, а значить і можливих значень  і  величинами, обумовленими з наступної нерівності:

. (3.24)

Основний недолік цього способу полягає в складності його схемної реалізації.

Більш простим у реалізації є спосіб, по якому команду на включення вимикача генератора варто подати в момент збігу напруги більшої частоти зі зрушеним по фазі убік відставання напругою меншої частоти.

Підвищити точність відпрацьовування постійного часу випередження можливо, зсовуючи кожну із синхронізуємих напруг убік відставання на кут, пропорційний ковзанню даної напруги стосовно фіксованої частоти, загальної для обох напруг і свідомо більшої частоти кожного з них.

Кут зрушення фази напруги меншої частоти  (рис.3.5.1) дорівнює , а кут зрушення фази напруги більшої частоти  дорівнює , де  - задана фіксована кутова частота ковзання; K - коефіцієнт пропорційності.

Команда на включення вимикача генератора подається в момент збігу по фазі напруг  і , коли кут між напругами  й  буде дорівнює:

. (3.25)

Час відпрацьовування цього кута постійний й дорівнює часу випередження:

 (3.26)

Результати проведеного аналізу дають підстави зробити висновок про те, що найбільш кращим варто вважати спосіб формування команди на включення вимикача генератора, заснований на зсуву по фазі убік відставання обох синхронізуємих напруг.

Практична реалізація розглянутого способу одержання постійного часу випередження можлива у випадку використання в якості фазозсовуючих пристроїв динамічних ланок першого порядку загального типу, диференціальні рівняння яких мають такий вигляд:

, (4.1)

де  - постійні часу;

 - коефіцієнт підсилення;

 - оператор диференціювання;

Страницы: 1, 2, 3