ТРЕХФАЗНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК H03F3/217 H02P6/14 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, для управления трехфазными синхронными и асинхронными двигателями.

Известен трехфазный усилитель, входящий в состав вентильного электродвигателя, содержащий шесть ключей инвертора, соединенных в три параллельные ветви, по два последовательно соединенных ключа в каждой ветви, и подключенных к источнику питания. Фазы A, B, C обмотки якоря соединены в звезду и подключены к точкам соединения ключей каждой группы [1]
Недостатком данного трехфазного усилителя является ограничение диапазона линейности при управлении напряжениями якоря двигателя.

Известен трехфазный усилитель, входящий в состав устройства для управления синхронным электродвигателем, содержащий три регулятора тока, цепи питания которых подключены к шинам источника постоянного напряжения, трехфазную нагрузку, соединенную в звезду, и активный делитель напряжения, выполненный из двух резисторов и транзисторной пары [2]
Недостатком данного усилителя является ограничение диапазона линейности, а также то, что его нельзя использовать для управления нагрузкой без нейтрального провода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является трехфазный усилитель, содержащий три однофазных усилителя, питаемых от сети постоянного напряжения и управляемый от трехфазного источника сигналов, предназначенный для питания трехфазной нагрузки, соединенной в звезду без нейтрального провода (см. Герман-Галкин С.Г. Лебедев В.Д. Марков Б.А. Чичерин Н. И. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями. Л. Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1986, 248 с. ил.).

Недостатком прототипа является то, что напряжения, снимаемые с однофазных усилителей, при некотором их соотношении по отношению к напряжению питания могут быть ограничены по амплитуде, в результате чего, срезанные сигналы, питая трехфазную нагрузку, вызовут нелинейные искажения и как следствие снижение диапазона линейности.

Задача настоящего изобретения состоит в расширении диапазона линейности трехфазного усилителя.

Поставленная задача достигается тем, что в трехфазный усилитель для питания трехфазной нагрузки, соединенной в звезду без нейтрального провода, содержащий три однофазных усилителя, питаемых от сети постоянного напряжения и управляемых от трехфазного источника сигналов, введены блоки формирования максимального, минимального, среднего между ними значений входных сигналов и три сумматора, причем первый третий выходы трехфазного источника сигналов подключены к первым входам первого -третьего сумматоров и первым третьим входам блоков формирования максимального, минимального значений, выходы которых подключены к первому и второму входам блока формирования среднего значения, выход которого подключен ко вторым инвертирующим входам первого -третьего сумматоров, выходы которых подключены ко входам первого -третьего однофазных усилителей.

На фиг. 1 изображена функциональная схема трехфазного усилителя; на фиг. 2 пример реализации блоков формирования максимального, минимального и среднего между ними значений на базе схемы Ларионова; на фиг. 3 графики сигналов, поясняющих работу усилителя.

Схема трехфазного усилителя на фиг. 1 содержит: 1 трехфазный источник сигналов; 2 первый однофазный усилитель; 3 второй однофазный усилитель; 4 третий однофазный усилитель; 5, 6 блоки формирования максимального и минимального значений с тремя входами и одним выходом; 7 блок формирования среднего значения с двумя входами и одним выходом; 8, 9, 10 первый, второй и третий сумматоры с первым неинвертирующим входом и вторым инвертирующим входом; 11 трехфазная нагрузка без нейтрального провода.

Выходы трехфазного источника сигналов 1 подключены к первым входам сумматоров 8, 9, 10, к первым третьим входам блока 6 формирования максимального значения входных сигналов и первым -третьим входам блока 6 формирования минимального значения входных сигналов. Выходы блоков 5, 6 соединены соответственно с первым и вторым входами блока 7 формирования среднего значения, выход которого подключен ко вторым инвертирующим входам сумматоров 8, 9, 10. Их выходы подключены к соответствующим входам однофазных усилителей 2, 3, 4, выходы которых соединены с трехфазной нагрузкой 11.

На фиг. 2 блок 5, состоящий из диодов VD1-VD3, формирует максимальное значение из трех напряжений, блок 6, состоящий из диодов VD4-VD6, формирует минимальное значение из трех напряжений, а блок 7, состоящий из двух резисторов, формирует среднее значение из двух напряжений (максимального и минимального).

На фиг. 3, а показаны графики, поясняющие формирование напряжения U^* в случае, когда максимальное напряжение синусоидальных сигналов при заданном коэффициенте усиления должно было бы превосходить напряжение питания (но этого быть не может, т.к. выходное напряжение усилителя не может превосходить напряжения питания).

Здесь: U_o постоянное напряжение питания однофазных усилителей; U*A

, U*B, U*C - напряжения, соответствующие работе усилителя без ограничения напряжений; U*A1, U*B1, U*C1 - напряжения соответствующие реальной работе усилителя прототипа при выходе на ограничения; U^* напряжение, снимаемое с выхода блока 7.

На фиг. 3,б показаны сигналы U_A, U_B, U_C, снимаемые с выходов блоков 2, 3, 4 после ввода блоков 5 10.

Работу усилителя можно описать следующим образом.

На первые третьи входы блоков 5 и 6 поступают синусоидальные сигналы U*a

, U*b, U*c с источника 1 сигналов. На выходах блоков 5 и 6 с помощью диодов VD1-VD6 в зависимости от значений U*a, U*b, U*c вырабатываются максимальное и минимальное значения напряжений U*a, U*b, U*c, которые поступают в блок 7, являющийся делителем напряжений и выполненным на одинаковых резисторах R1 и R2. С выхода блока 7, сигнал равный U^*= (max(U*a, U*b, U*c)+min(U*a, U*b, U*c))/2 поступает на вторые входы сумматоров 8 10, в которых происходит вычитание, и на их выходах образуются сигналы U_a= U*a -U^*; U_b= U*b -U^*; U_c= U*c - U_c, которые поступают на входы однофазных усилителей 2, 3 и 4, с выходов которых напряжения, равные U_A=KU_a, U_B=KU_b, U_C=KU_c поступают на трехфазную нагрузку, где K коэффициент усиления однофазных усилителей. Сигналы U_A, U_B, U_C изображены на фиг. 3, б. Для построения сигнала U^* будем использовать графики идеальных синусоид, соответствующих отсутствию ограничения на напряжения усилителей U*A= U_msinωt; U*B= U_msin(ωt-2π/3); U*C= U_msin(ωt-4π/3) (см. фиг.3, а).

Математически условие отсутствия искажения напряжения на нагрузке будет выглядеть следующим образом: max(max(U*A

,U*B,U*C)-min(U*A,U*B,U*C)≤2U_o, где U_o- напряжение питания. Рассмотрим, например, отрезок (T/12; T/4) (см. фиг. 3, а), где T период. На этом отрезке имеет место следующее соотношение:

Таким образом, диапазон линейности расширился на 15%
Работа предлагаемого устройства была промоделирована в лабораторных условиях на примере управления синхронного трехфазного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов для одноосного индикаторного гиростабилизатора, к которому предъявляются значительные требования к линейности и диапазону регулирования.

Использование: в электротехнике, например, для управления трехфазными синхронными и асинхронными двигателями с изолированной нейтралью. Сущность: трехфазный усилитель содержит однофазные усилители 2-4, питаемые от трехфазного источника сигналов 1, выходы которых подключены к трехфазной нагрузке 11, соединенной в звезду без нейтрального провода, блоки 5-7 формирования соответственно максимального, минимального, среднего между ними значений выходных сигналов, сумматоры 8-10. Выходы трехфазного источника сигналов 1 подключены к первым входам сумматоров 8, 9, 10 и к входам блоков 5, 6 формирования максимального и минимального значений, выходы которых подключены к первому и второму входам блока формирования среднего значения 7, выход которого подключен к вторым инвертирующим входам сумматоров 8, 9, 10. В усилителе обеспечивается расширение диапазона линейности. 3 ил.

Трехфазный усилитель для питания трехфазной нагрузки, соединенной в звезду без нейтрального провода, содержащий три однофазных усилителя, питаемых от сети постоянного напряжения и управляемых от трехфазного источника сигналов, отличающийся тем, что в него введены блоки формирования максимального, минимального, среднего между ними значений входных сигналов и три сумматора, причем первый третий выходы трехфазного источника сигналов подключены к первым входам первого третьего сумматоров и к первым третьим входам блоков формирования максимального и минимального значений, выходы которых подключены к первому и второму входам блока формирования среднего значения, выход которого подключен к вторым инвертирующим входам первого - третьего сумматоров, выходы которых подключены к входам первого третьего однофазных усилителей.