Методика проектування пристроїв синхронізації (стр. 5 из 6)

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.

4. Вибір структурної схеми синхронізатора

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;

- вихідна й вхідна координати.

Фазова характеристика

такої ланки описується наступним рівнянням:

, (4.2)

Фазова характеристика, апроксимована відрізками прямих ліній при зміні кутових частот, що лежать у діапазоні

, представлена на рис.4.1

Рис.4.1 Фазова характеристика.

З рис.4.1 легко бачити, що ланка першого порядку загального типу при відповідному підборі постійних часу

й дозволяє забезпечити зрушення убік відставання синхронізуємих напруг у випадку, якщо .

Головні труднощі при реалізації розглянутого способу одержання постійного часу випередження полягає в забезпеченні одержання лінійності залежності у всьому діапазоні припустимих при синхронізації кутових частот

і або, що те ж, лінійності залежності фазової характеристики.

З існуючих фазозсовуючих пристроїв більшою мірою задовольняють цій вимозі пристрої, що забезпечують фазове автопідстроювання частоти. При цьому потрібно, однак, мати на увазі, що властиво імпульсна фазова система автопідстроювання частоти реалізує залежність виду:

(4.3)

де всі позначення відповідають наведеній раніше, але фіксованій частоті

Векторна діаграма для синхронізуємих напруг

і й напруг і , зрушених по фазі представлена на рис.4.2.

Із зіставлення рис.4.1 і рис.4.2 легко встановити, що система фазового автопідстроювання частоти зрушує убік відставання на більший кут напругу більшої частоти, у той час як на більший кут повинна зрушуватися напруга меншої частоти. Разом з тим, з рис.1.5 видно, що необхідний ефект досягається, якщо замість кутів і використати їхні доповнення до 360⁰, тобто кути й .

4.1 Розробка структурної схеми

Структурна схема синхронізатора, що реалізує запропонований спосіб одержання постійного часу випередження з використанням пристроїв імпульсного фазового автопідстроювання частоти, представлена на рис.4.1.1

ДФІ - дільник-формувач імпульсів;

КГІ - керований генератор імпульсів;

ІФД - імпульсний фазовий детектор;

КО - комутатор операцій;

ПП - пристрій переносу;

ВІФД - вихідний імпульсний фазовий детектор;

ПКПК (ПКНК) - пристрій контролю позитивного (негативно) ковзання;

АБО - логічна схема “АБО”;

КТ - ключ тиристорний;

НГІ - настроєчний генератор імпульсів.

Відповідно до запропонованого способу побудови постійного часу випередження синхронізатор має два канали, кожний з яких містить у собі пристрій імпульсного фазового автопідстроювання частоти і комутатор операцій із пристроєм переносу для переходу від кутів β₁ і β₂ до кутів α₁ і α_2. Пристрій імпульсного фазового автопідстроювання частоти кожного каналу складається з дільника-формувача імпульсів, керованого генератора імпульсів і імпульсного фазового детектора.

Функції фіксації постійного часу випередження в момент збігу фаз зрушених напруг контролю величини ковзання й видачу команди в ланцюг керування вимикачем виконує вихідний вузол синхронізатора, що включає в себе допоміжний імпульсний фазовий детектор, пристрій контролю позитивного ковзання, пристрій контролю негативного ковзання, логічну схему “або” і тиристорний ключ.

У дільниках формувачах імпульсів (ДФІ) синхронізуємі синусоїдальні напруги U₁ і U₂ з періодами T₁ і T₂ перетворяться в послідовності гострих імпульсів. Ці імпульси утворяться в момент проходження миттєвого значення напруги через нуль один раз за два періоди, тобто кожний імпульс є як би “міткою" початку періоду, відповідно рівного 2T₁ і 2T₂. Наприклад, якщо на вхід ДФІ надходить синусоїдальна напруга із частотою 50 Гц, то на виході ДФІ формуються імпульси із частотою 25 Гц. Розподіл частоти в ДФІ виробляється з метою розширення діапазону кутів випередження синхронізатора аж до 720⁰.

Робота наступних вузлів синхронізатора відбувається під впливом вихідних імпульсів ДФІ, тому будемо вести мову тільки про імпульсні послідовності синхронізуємих напруг

і .

Керований генератор імпульсів (КГІ) являє собою автогенератор імпульсів позитивної полярності. Частота КГІ підбудовується під частоту ДФІ сигналами негативного зворотного зв'язку з виходу імпульсного фазового детектора. Імпульсний фазовий детектор (ІФД) - це тригер, на виході якого утворюються негативні прямокутні імпульси, тривалість яких визначається фазовими співвідношеннями імпульсів з виходу ДФІ й КГІ.

Роботу ІФАПЧ досить розглянути на прикладі одного каналу; його тимчасові діаграми зображені на рис.4.2.

Імпульсні послідовності від ДФІ й КГІ (рис.4.2 б, в) надходять на вхід ІФД, тривалість вихідних імпульсів якого визначається різницею фаз між імпульсами ДФІ й КГІ (рис.4.2 г, д). Вихідна імпульсна напруга ІФД через негативний зворотний зв'язок впливає на вхід КГІ, змінюючи його частоту так, щоб вона стала рівній частоті ДФІ.

В принципі, пристрій ІФАПЧ може працювати в різних режимах. Наприклад, якщо частоти ДФІ й КГІ рівні, і ефект повільних змін параметрів керованого генератора, що визначають його частоту, у середньому повністю компенсується дією ІФАПЧ, пристрій працює в так званому режимі утримання. З поняттям режиму утримання нерозривно зв'язане поняття смуги утримання, тобто області початкових розстроювань, у якій можливий цей режим. Ширина смуги утримання визначається різницею граничних значень частоти КГІ, що відповідають найбільшим і найменшим середнім напругам на виході ІФД.

Можливий і інший режим роботи пристрою, при якому в середньому різниця частот імпульсів ДФІ й КГІ дорівнює нулю, а різниця їхніх фаз періодично змінюється. Цей режим, використовуваний вкрай рідко, називається квазисинхронізмом. Звичайний пристрій проектують так, щоб він не виникав. Третій режим роботи пристрою ІФАПЧ - режим биттів. Його характерною рисою є безперервне наростання в середньому різниці фаз КГІ й ДФІ. Режим биттів завжди спостерігається в тих випадках, коли початкове розстроювання КГІ відносно ДФІ більше смуги утримання. Іноді він може мати місце й при початковому розстроюванні, меншої смуги утримання. У режимі биттів середнє значення частоти КГІ відрізняється від частоти ДФІ.