Генератор многофазной системы ЭДС с управляемой начальной фазой Российский патент 2019 года по МПК H05B1/00 H03B5/24 

I. Область техники, к которой относится изобретение

I. 1 Область применения

Изобретение относится к области электротехники. Устройство предназначено для генерирования многофазной системы напряжений с управляемой начальной фазой колебаний требуемой частоты, величины напряжения, числа фаз.

Отличительным от устройств, описанных в [1] и [2], является возможность управлять начальной фазой колебаний. Необходимость управления начальной фазой колебаний возникает при подключении устройства к сети или к другому генератору. В этом случае необходимо согласовывать частоту колебаний, величину напряжений фаз, а также начальные фазы колебаний согласуемых устройств.

II. Уровень техники

II. 1 Сравнение с предшествующими уровнями техники

Предложенные в [1] и [2] генераторы многофазной системы ЭДС предназначены для автономной работы и не предусматривают работу совместно с внешней сетью или другим генератором. Целью изобретения является разработка устройства для генерирования многофазной системы напряжений с управляемой начальной фазой колебаний требуемой частоты, величины напряжения, числа фаз на основе использования импульсной техники. Устройство позволяет дискретно изменять начальную фазу колебаний с шагом 2π/n, где n- число дискретных интервалов, на которое разбивается период колебаний. Это необходимо для синхронизации работы генератора с другими устройствами при подключении генератора к внешней сети или другому генератору синусоидальных колебаний.

II. 2 Отличительные свойства предлагаемого устройства Предлагаемое устройство для генерирования многофазной системы напряжений позволяет управлять начальной фазой колебаний, что отличается его от описанных в работах [1], [2] устройств. Для параллельной работы генератора многофазной системы ЭДС с внешней сетью или другим генератором требуется согласование параметров этих устройств - частоты, напряжений, начальных фаз. Как и в устройствах, описанных в [1], [2], управление частотой в предлагаемом устройстве осуществляется изменением частоты генератора тактовых импульсов в устройстве управления, величина напряжения устанавливается при помощи блока питания. Предлагаемое устройство позволяет дискретно управлять начальной фазой колебаний с шагом 2π/n при помощи блока управления начальной фазой и набора плат блока коммутации. Это позволяет согласовывать все необходимые для совместной работы устройств параметры - частоту колебаний, величину напряжения, начальную фазу.

III. Раскрытие сущности изобретения

III. 1 Таблицы амплитудных значений импульсных функций

Алгоритм работы устройства базируется на свойствах симметрии функций, аппроксимирующих синусоидальные функции напряжений фаз многофазной системы ЭДС, и представлении аппроксимирующих функций последовательностью импульсных функций с ограниченным числом дискретных значений амплитуд импульсных функций. Период синусоидальной функции T разбивается на n временных интервалов.

Синусоидальная функция обладает следующими свойствами симметрии:

Эти свойства симметрии выполняются и для аппроксимирующей функции, представленной на фиг. 1 последовательностью импульсных функций. На рисунке фиг. 1 показана аппроксимирующая функция в виде последовательности импульсных функций для случая, когда период Т синусоидальной функции разбивается на число n=12 временных интервалов, n=1…12.

Эти свойства позволяют для аппроксимации синусоидальной функции использовать ограниченное число n/2 дискретных значений импульсных функций для напряжения каждой фазы m - фазной системы ЭДС.

В таблицах 1-4 записаны значения амплитуд импульсов функций, аппроксимирующих синусоидальные напряжения фаз трехфазной системы прямой последовательности фаз

e₁=E_msin(ωt-ϕ) для первой фазы,

e₂=E_msin(ωt-ϕ-120°) для второй фазы,

e₃=E_msin(ωt-ϕ-240°) для третьей фазы,

когда число интервалов дискретизации равно n=12.

В таблице 1 записаны амплитудные значения импульсов трех фаз для случая, когда начальная фаза первой фазы трехфазного источника равна нулю ϕ=0.

В таблице 2 записаны амплитудные значения импульсов трех фаз для случая, когда начальная фаза первой фазы трехфазного источника равна 2π/n.

В таблице 3 записаны амплитудные значения импульсов трех фаз для случая, когда начальная фаза первой фазы трехфазного источника равна (2π/n)⋅2.

III.2 Структурная схема устройства

Структурная схема устройства показана на рисунке фиг. 2. На рисунке фиг. 2 показаны следующие блоки устройства:

- блок управления 25;

- блок установки начальной фазы колебаний 26;

- коммутационные платы 27-29 блока коммутации;

- блок питания 30.

Блок управления 25 посредством полюсов 8₁…8_n подключается к блоку управления начальной фазой колебаний 26. При помощи блока 26 импульсы с входных полюсов 8₁…8_n перераспределяются на выходные полюсы 8_1,1…8_n,1, 8_1,2…8_n,2, …, 8_1,k…8_n,_k в зависимости от положения переключателя 10. Число k не должно превышать значение n-1, когда начальная фаза колебаний в первой фазе составляет 330°. Практически установлено, что достаточно регулирование начальной фазы колебаний в диапазоне 30°…90°, однако возможно регулирование и в более широком диапазоне. В положении 10₁ сигналы с полюсов 8₁…8_n передаются на полюсы 8_1,1…8_n,1, в положении 10₂ сигналы с полюсов 8₁…8_n передаются на полюсы 8_1,2…8_n,2, в положении 10_k сигналы с полюсов 8₁…8_n передаются на полюсы 8_1,k…8_n,k.

Блок питания содержит источники питания с постоянными напряжениями Е₁ Е₂, Е₃, Е₄, Е₅, Е₆ в соответствии с рисунком фиг. 1 и таблицами 1-4. Эти источники подключаются к полюсам 11₁, 11₂…11_n/2.

К этим полюсам подключаются силовые ключи коммутационных плат 27, 28, 29 блока коммутации. Алгоритм подключения источников питания к силовым ключам для каждого временного интервала от 1 до n для каждой фазы коммутационных плат в зависимости от значения начальной фазы задается таблицами 1…3. Так, в коммутационной плате 27, когда значение начальной фазы ϕ равно нулю, в соответствии с таблицей 1 и рисунком фиг. 7 в первый временной интервал к выходному полюсу первой фазы 12₁ посредством ключа 16_1,1 и полюса 11₁ подключается источник E₁. К выходному полюсу устройства 12₂ в этот временной интервал посредством ключа 16_2,1 и полюса 11₆ подключается источник с напряжением Е₆=-Е3. К выходному полюсу устройства 12₃ в этот временной интервал посредством ключа 16_3,1 и полюса 11₂ подключается источник с напряжением Е₂. Аналогично осуществляются коммутации для других временных интервалов для каждой из фаз многофазной системы и соответствующих значений начальных фаз. На рисунках фиг. 7, 8, 9 показаны принципиальные схемы коммутационных плат 27, 28, 29 для m=3, n=12. Коммутации платы 27 соответствуют значению начальной фазы ϕ=0, коммутационная плата 28 соответствуют значению начальной фазы ϕ=30°, коммутационная плата 29 соответствуют значению начальной фазы ϕ=60°.

Блок коммутации состоит из набора коммутационных плат 27, 28, 29 и т.д. Их общее число не должно превышать значение k=n-1. Платы блока коммутации содержат силовые ключи, при помощи которых источники постоянного напряжения посредством полюсов 11₁…11_n/2 подключаются на интервал времени TI к выходным полюсам 12₁…12_m. Выходные полюсы 12₁…12_m являются общими для каждой из коммутационных плат 27, 28, 29. С этих полюсов снимается напряжение для питания многофазной нагрузки. В зависимости от положения 10₁, 10₂,…, 10_k переключателя 10 в блоке управления начальной фазы 26 активной является только одна коммутационная плата. В каждый временной интервал s=1…n к выходным полюсам устройства в каждой фазе подключается только один источник напряжения. Управление открытым состоянием ключей задается при помощи управляющих импульсов, поступающих на управляющие электроды силовых ключей с полюсов 8_1,1…8_n,1, или 8_1,2…8_n,2, или 8_1,k…8_n,k. блока 26. Какие из управляющих полюсов являются активными, а какие не активными задается при помощи переключателя начальной фазы колебаний блок 26. В положении 10₁ переключателя 10 активными являются полюсы 8_1,1…8_n,1, которые управляют открытым состоянием силовых ключей платы 27 блока коммутации. В этом случае начальная фаза ϕ=0. В положении 10₂ активными являются полюсы 8_1,2…8_n,2, с этих полюсов управляющие сигналы поступают на управляющие электроды силовых ключей платы 28. В этом случае начальная фаза колебаний равна ϕ=30°. Аналогично устанавливаются другие значения начальной фазы колебаний.

III. 3 Блок управления

Блок управления 25 обеспечивает циклическую, с заданным периодом Т, поочередную подачу управляющих импульсов длительностью TI=Т/n, которые управляют открытым состоянием электронных ключей, расположенных в блоке коммутации. Прежде чем попасть в блок коммутации, управляющие импульсы с полюсов 8₁…8n дешифратора блока управления 25 поступают в блок управления начальной фазой 26. Принципиальная схема блока управления 25 показана на рисунке фиг. 3. Блок управления 25 предназначен для формирования управляющих импульсов в результате создания последовательности прямоугольных импульсов заданной длительности TI и подачи этих сигналов на входы логических элементов ИЛИ, расположенных в платах блока коммутации. Блок управления формирует циклическую с периодом T последовательность импульсов. Величина T равна периоду синусоидальной функции. Число импульсов на периоде Т равно n, длительность одного импульса TI. Значения n и TI выбираются исходя из соображений обеспечения требуемой погрешности аппроксимации синусоидальной функции последовательностью прямоугольных импульсных функций и стоимостью реализации устройства. С увеличением n и уменьшением TI снижается погрешность и увеличивается стоимость.

При помощи электронных ключей, расположенных на платах блока коммутации, источники ЭДС, генерируемые блоком питания, подключаются в заданные блоком управления моменты времени в соответствии с заданным алгоритмом к выходным полюсам блока коммутации. Коммутация осуществляется в открытом состоянии ключа. Длительность открытого состояния каждого ключа равна TI. Амплитудные значения импульсов для каждого интервала времени для каждой из фаз трехфазной системы ЭДС для n=12 приведено в таблицах 1…3, для значений начальных фаз ϕ=0, ϕ-30°, ϕ=60°.

Блок управления 25, рисунок фиг. 3, реализован на элементах 1-7. Он содержит генератор тактовых импульсов (ГТИ) 1, логический элемент И 2, счетчик 3 числа импульсов на периоде Т периодической функции, схему сравнения 4, регистр 5, дешифратор 7 с числом выводов, равном n-числу импульсных функций на периоде Т. Выходные полюсы блока управления 8₁…8_n подключаются к расположенным в блоке управления начальной фазой 26 логическим элемента 9_1,s…9_n,s, где, s=1…k. Запуск работы устройства осуществляется подачей сигнала по входу 6 блока управления 25. По входу 13 осуществляется запись кода числа временных интервалов n.

Выход ГТИ 1 подсоединен к первому входу элемента И 2, второй вход которого подсоединен к первому входу 6 устройства, а выход - к первому входу счетчика 3, выход которого подсоединен к входу дешифратора 7 и к первому входу схемы сравнения 4, второй вход которой подсоединен к выходу регистра 5, а выход - к второму входу счетчика 3, вход регистра 5 подсоединен к входу 13 устройства, выходы дешифратора 7 подсоединены к входам 8₁…8_n, при помощи которых блок управления соединяется с блоком управления начальной фазы 26.

III. 4 Блок управления начальной фазой

Блок 26 предназначен для дискретного изменения начальной фазы колебаний, генерируемых устройством. Структурная схема этого блока представлена на рисунке фиг. 4. Входными для блока являются полюсы 8₁…8n, при помощи которых блок соединяется с блоком управления 25. Выходными являются группы полюсов 8_1,1…8_n,1,, или 8_1,2…8_n,₂,…, или 8_1,k…8_n,_k. Полюсами 8_1,1…8_n,1 блок 26 подключается к плате 27 блока коммутации, полюсами 8_1,2…8_n,2 блок 26 подключается к плате 28 блока коммутации, полюсами 8_1,k…8_n,k блок 26 подключается к плате 29 блока коммутации. Переключение осуществляется при помощи переключателя 10. В положении 10₁ переключателя 10 входные полюсы 8₁…8_n подключаются к выходным полюсам 8_1,1…8_n,1,, в положении переключателя 10₂ входные полюсы 8₁…8n подключаются к выходным полюсам 8_1,2…8_n,2, и т.д., в положении переключателя 10_k входные полюсы 8₁…8n подключаются к выходным полюсам 8_1,k…8_n,k. Выходные полюсы 8_1,1…8_n,1 являются входными для платы 27 блока коммутации. В этом положении переключателя сигналы с полюсов 8₁…8n передаются на вход платы 27. На другие выходы 8_1,2…8_n,2,…, 8_1,k…8_n,k сигналы от блока управления не поступают, в результате платы 28…29 не активны и они не управляют включением силовых ключей, при помощи которых напряжения от блока питания поступают на выход устройства. Выходные полюсы 8_1,2…8_n,2 являются входными для платы 28 блока коммутации. Передача сигналов с полюсов 8₁…8_n на выходные полюсы 8_1,2…8_n,2 происходит только в положении 10₂ переключателя 10. С этих полюсов управляющие сигналы поступают на вход платы 28 блока коммутации. Выходные полюсы 8_1,k…8_n,k являются входными для платы 29 блока коммутации. Принципиальная схема блока управления начальной фазой показана на рисунке фиг. 5. Переключение управляющих полюсов реализуется ключами 9_1,p…9_n,p, где р=1…k. В открытом состоянии ключей 9_1,1…9_n,1 сигналы с полюсов 8₁…8n передаются к полюсам 8_1,1…8_n,1. Управление открытием этих ключей осуществляется сигналом от источника постоянного напряжения 22 через переключатель 10, находящийся в положении 10₁, логический элемент И 20₁ и триггер 21₁. Когда на один вход логического элемента И 20₁ поступает сигнал с полюса 10₁, а на второй вход логического элемента И 20₁ поступает сигнал с выхода полюса 8₁ на его выходе будет сигнал логической 1. В этом случае на выходе триггера 21₁ появится сигнал, который переведет управляемые ключи 9_1,1…9_n,1 в открытое положение и на полюсы 8_1,1…8_n,1 будут переданы сигналы с полюсов 8₁-8n. Необходимость в элементах 20₁ и 21₁ обусловлена тем, что передача сигналов от 8₁-8n к полюсам 8_1,1…8_n,1 должна происходить только в момент работы первого такта, когда на полюсе 8₁ появляется сигнал. Передача сигналов от полюсов 8₁-8_n к полюсам 8_1,2…8_n,2 будет происходить только в положении 10₂ переключателя 10 в момент прихода первого импульса посредством ключей 9_1,2…9_n,2. Передача сигналов от полюсов 8₁-8_n к полюсам 8_1,k…8_n,k будет происходить только в положении 10_k переключателя 10 в момент прихода первого импульса посредством ключей 9_1,k…9_n,k.

III. 5 Блок питания

Блок питания предназначен для генерирования набора постоянных источников постоянного напряжения, значения ЭДС которых равны амплитудным значениям импульсов аппроксимирующей синусоиду функции.

Для случая m=3, n=12, согласно рисунку фиг. 1, это E1, Е2, Е3, Е4=-Е1, Е5=-Е2, Е6=-Е3. Блок питания может быть выполнен в различных вариантах в зависимости от назначения устройства (стационарный или мобильный), мощности нагрузки, технических требований.

Принципиальная схема блока питания, когда источниками питания устройства являются гальванические элементы или аккумуляторные батареи, показана на рисунке фиг. 6. Блок питания 30 для m=3, n=12 содержит источники постоянного напряжения 23₁…23₆. К выходному полюсу 11₁ блока питания подключается источник постоянного напряжения 23₁ (E₁), к полюсу 11₂ подключаются два последовательно соединенных источника напряжения 23₁ и 23₂, их общее напряжение равно Е₂=2Е₁. К полюсу 11₃ подключаются три последовательно соединенных источника постоянного напряжения 23₁, 23₂, 23₃, их общее напряжение равно Е₃=3Е₁ Аналогично этому подключаются источники постоянного напряжения с обратной полярностью. К полюсу 11₄ подключается источник 23₄, его напряжение Е₄=-Е₁. К полюсу 11₅ подключаются два последовательно соединенных источника 23₄ и 23₅, их общее напряжение E₅=-2E₁. К полюсу 11₆ подключаются три последовательно соединенных источника 23₄, 23₅, 23₆, их общее напряжение равно Е₆=-3Е₁. Напряжения с полюсов 11₁…11₆ являются входными для коммутационных плат 27-29 блока коммутации.

III. 6 Блок коммутации

Блок коммутации обеспечивает подключение к выходным клеммам устройства источников, генерируемых блоком питания. Блок коммутации содержит ряд коммутационных плат, число которых равно числу дискретных значений начальных фаз и не должно превышать величину n-1.

На рисунках фиг. 7, фиг. 8 и фиг. 9 показаны принципиальные схемы

коммутационных плат для случая m=3, n=12. На рисунке фиг. 7 показана принципиальная схема коммутационной платы для значения начальной фазы ϕ=0, на рисунке фиг. 8 для ϕ=30°, на рисунке фиг. 9 для ϕ=60°.

Выходные полюсы коммутационных плат 12₁…12_m являются общими и являются выходными полюсами всего устройства. С этих полюсов снимается напряжение для питания многофазной нагрузки или, при помощи этих полюсов осуществляется подключение многофазного генератора к внешней сети или другому генератору.

При помощи коммутационных плат блока коммутации 27, 28, 29 источники напряжений, поступающие от блока питания 30, посредством полюсов 11_1…11_n/2 подключаются силовыми ключами в соответствующие интервалы времени

(к-1)TI≤t≤kTI, k=1,2, …n

к выходным полюсам блока 12…l2_m. В записанном выражении TI- длительность временного интервала одного импульса напряжения, n- количество временных интервалов на периоде Т, m- количество фаз генератора, n- количество временных интервалов на периоде Т.

Коммутация осуществляется при помощи управляемых электронных ключей, находящихся на коммутационных платах 27, 28, 29.

На коммутационной плате 27, фиг. 7, для ϕ=0, это силовые ключи 16_1,1-16_1,6 для первой фазы, 16_2,1-16_2,6 для второй фазы, 16_3,1-16_3,6 для третьей фазы.

На коммутационной плате 28, фиг. 8, для ϕ=30°, это силовые ключи 32_1,1-32_1,6 для первой фазы, 32_2,1-32_2,6 для второй фазы, 32_3,1-32_3,6 для третьей фазы.

На коммутационной плате 29, фиг. 9, для ϕ=60°, это силовые ключи 18_1,1-18_1,6 для первой фазы, 18_2,1-18_2,6 для второй фазы, 18_3,1-18_3,6 для третьей фазы.

Импульсы, управляющие открытым состоянием каждого электронного ключа, поступают от полюсов 8₁…8_n блока управления посредством логических элементов ИЛИ поступают к управляющим электродам силовых ключей.

На коммутационной плате 27, фиг. 7, для ϕ=0, это логические элементы 15_1,1-15_1,6 для первой фазы, 15_2,1-15_2,6 для второй фазы, 15_3,1-15_3,6 для третьей фазы.

На коммутационной плате 28, фиг. 8, для ϕ=30°, это логические элементы 31_1,1-31_1,6 для первой фазы, 31_2,1-31_2,6 для второй фазы, 31_3,1-31_3,6 для третьей фазы.

На коммутационной плате 29, фиг. 9, для ϕ=60°, это логические элементы 17_1,1-17_1,6 для первой фазы, 17_2,1-17_2,6 для второй фазы, 17_3,1-17_3,6 для третьей фазы.

В положении 10₁ переключателя 10 начальная фаза колебаний ϕ=0.

Для первой фазы устройства импульс от блока управления 25 с полюса 8₁ поступает в блок управления начальной фазой 26 и через управляемый ключ 9_1,1 поступает на полюс 8_1,1. На коммутационной плате 27, фиг. 7, для фазы 1 импульс от блока управления начальной фазой с полюса 8_1,1 поступает на первый вход логического элемента 15_1,1 и с его выхода сигнал поступает на управляющий электрод силового ключа 16_1,1. На второй вход логического элемента 15_1,1 управляющий сигнал поступает на шестом интервале времени с полюса 8₆ блока управления через блок управления начальной фазой 26 с полюса 8_6,1. С выхода логического элемента 15_1,1 на вход силового ключа 16_1,1 поступает управляющий импульс и открывает ключ на интервал времени TI. В открытом состоянии ключа 16_1,1 напряжение источника Е1 через полюс 11₁ поступает на выход блока коммутации к выходному полюсу 12₁.

Для фазы 2 импульс от блока управления 25 с полюса 8₁ поступает в блок управления начальной фазой 26 и через управляемый ключ 9_1,1 поступает на полюс 8_1,1. На коммутационной плате 27, фиг. 7, импульс от блока управления начальной фазой с полюса 8_1,1 поступает на первый вход логического элемента 15_2,1 и с его выхода сигнал поступает на управляющий электрод силового ключа 16_2,1. На второй вход логического элемента 15_2,1 управляющий сигнал поступает на втором интервале времени с полюса 8₂ блока управления через блок управления начальной фазой 26 с полюса 8_2,1. С выхода логического элемента 15_2,1 на вход силового ключа 16_2,1 поступает управляющий импульс и открывает ключ на интервал времени TI. В открытом состоянии ключа 16_2,1 напряжение источника Е₆ через полюс 11₆ поступает на выход блока коммутации к выходному полюсу 12₂.

Для фазы 3 импульс от блока управления 25 с полюса 8₁ поступает в блок управления начальной фазой 26 и через управляемый ключ 9_1,1 поступает на полюс 8_1,1. На коммутационной плате 27, фиг. 7, импульс от блока управления начальной фазой с полюса 8_1,1 поступает на первый вход логического элемента 15_3,1 и с его выхода сигнал поступает на управляющий электрод силового ключа 16_3,1. На второй вход логического элемента 15_3,1 управляющий сигнал поступает на десятом интервале времени с полюса 8₁₀ блока управления через блок управления начальной фазой 26 с полюса 8_10,1. С выхода логического элемента 15_3,1 на вход силового ключа 16_3,1 поступает управляющий импульс и открывает ключ на интервал времени TI. В открытом состоянии ключа 16_3,1 напряжение источника Е₂ через полюс 11₂ поступает на выход блока коммутации к выходному полюсу 12₃.

Работа остальных логических элементов 15_r,_s и силовых ключей 16_r,_s, где r=1…m, s=1…n/2 коммутационной платы 27 для других временных интервалов, аналогична описанным коммутациям для 1, 2 и 3 фаз для первого временного интервала.

Коммутации, реализуемые коммутационными платами 28 и 29, аналогичны описанным коммутациям платы 27.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 Аппроксимация синусоидальной функции последовательностью импульсных функций для n=12.

Фиг. 2 Структурная схема устройства.

Фиг. 3 Принципиальная схема блока управления.

Фиг. 4 Структурная схема блока управления начальной фазой.

Фиг. 5 Принципиальная схема блока управления начальной фазой.

Фиг. 6 Принципиальная схема блока питания для n=12.

Фиг. 7 Принципиальная схема коммутационной платы блока коммутации для трехфазного источника m=3, n=12, ϕ=0.

Фиг. 8 Принципиальная схема коммутационной платы блока коммутации для трехфазного источника m=12, n=12, ϕ=30°.

Фиг. 9 Принципиальная схема коммутационной платы блока коммутации для трехфазного источника m=3, n=12, ϕ=60°.

IV. Осуществление изобретения

Описание работы устройства. В исходном состоянии на регистре 5 блока управления 25, рисунки фиг. 2 и фиг. 3, по входу 13 записан код числа временных интервалов n. На это число интервалов разбивается период синусоидальной функции T при аппроксимации синусоидальной функции последовательностью импульсных функций. На счетчике 3 хранится код нуля (вход сброса в ноль на счетчике 3 на фиг. 3 не показан). Работа устройства начинается после подачи пускового сигнала по входу 6 логического элемента И 2. После подачи пускового сигнала импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 1 через открытый элемент И 2 начинают поступать на вход счетчика 3. Код с выхода счетчика 3 поступает на вход дешифратора 7. На выходе дешифратора появляется единичный сигнал только на одном из n его выходов. Единичный сигнал на i-ом 8_i(i=1…n) выходе дешифратора 7 подается на вход блока управления начальной фазой 26, рисунки фиг. 2 и фиг. 5. При помощи блока управления начальной фазой 26 полюсы 8₁…8_n перераспределяются на один из выходов с полюсами 8₁₁…8_n1, или 8₁₂…8_n2, или 8_1k…8_nk. Управление перераспределением полюсов осуществляется при помощи переключателя 10, фиг. 5.

В первом положении переключателя в положении 10₁ осуществляется перераспределение полюсов 8₁…8_n на полюсы 8₁₁…8_n1. Полюс 8₁ подключается к полюсу 8₁₁, полюс 8₂ к полюсу 8₂₁,…, полюс 8_n к полюсу 8_n1.

Во втором положении переключателя в положении 10₂ осуществляется перераспределение полюсов 8₁…8_n на полюсы 8₁₂…8_n2. Полюс 8₁ подключается к полюсу 8₁₂, полюс 8₂ к полюсу 8₂₂,…, полюс 8_n к полюсу 8_n2.

Аналогично выполняется перераспределение полюсов 8₁…8_n на другие выходные полюсы блока 26 в других положениях переключателя 10.

Перераспределение полюсов реализуется с использованием переключателя 10, имеющего фиксированные положения 10₁, 10₂,…,10_k и управляемых электронных ключей 9₁₁…9_n1 в первом положении переключателя, ключей 9_1,2…9_n,2, во втором положении переключателя, ключей 9_1,k…9_n,k в κ-ом положении переключателя. Сигнал, управляющий открытым состоянием этих ключей, поступает от источника сигнала 22 через переключатель на первый вход логического элемента И 20₁…20_k. На второй вход логического элемента поступает сигнал с полюса 8₁. Этим обеспечивается момент переключения фаз - только в момент прихода первого временного интервала и поступления импульса с полюса 8₁. С выхода логического элемента И 20₁…20_k управляющий сигнал поступает на вход триггера 21₁…21_k. Триггер переходит в устойчивое состояние и обеспечивает включение всех электронных ключей - это 9₁₁…9_n1 в первом положении переключателя, 9_1,2…9_n,2, во втором положении переключателя, 9_1,k…9_n,k в к-ом положении переключателя 10.

Каждая группа выходных полюсов блока 26 связана со своей коммутационной платой 27-29 блока коммутации, см. рисунки фиг. 2, фиг. 4. Так, полюсы 8₁₁…8_n1 являются входными для коммутационной платы 27, см. рисунки фиг. 5 и фиг. 7. Полюсы 8₁₂…8_n2 являются входным для коммутационной платы 28 и т.д.

Сигналы, поступающие от каждой из этих групп полюсов, позволяют управлять открытым состоянием силовых ключей, расположенных на коммутационных платах 27-29. При помощи силовых ключей источники ЭДС, расположенные в блоке питания 30, см фиг. 2 и 6, подключаются на интервал времени TI к выходным полюсам устройства. Алгоритм подключения источников задан в таблицах 1-3 для каждой из фаз трехфазной системы m=3, n=12 для различных значений начальной фазы ϕ=0°, 30°, 60°..

Соединения полюсов на коммутационных платах 27-29 соответствуют алгоритму, заданному в таблицах 1-3. Рассмотрим соединение полюсов платы 28, когда начальная фаза колебаний установлена ϕ-30°, см. рисунок фиг. 8. В положении 10₂ переключателя 10 сигналы с полюсов 8₁…8_n поступают на выходные полюсы 8₁₂…8_n2 блока управления начальной фазы 26 и далее на первый или второй вход логических элементов 31. Для первой фазы используются логические элементы 31_1,1…31_1,6, для второй фазы используются логические элементы 31_2,1…31_2,6, для третьей фазы используются логические элементы 31_3,1 31_3,6.

Так, для фазы 1 в первый временной интервал на первый вход логического элемента 31_1,1 поступает управляющий сигнал с полюса 8_1,2, на второй вход этого логического элемента с полюса 8_4,2 в четвертый временной интервал. С выхода логического элемента управляющий сигнал поступает на управляющий электрод силового ключа 32_1,1, который на интервал времени TI этим сигналом переводится в открытое состояние. Напряжение от источника напряжения Е₂ с полюса 11₂ передается на выходной полюс первой фазы устройства 12₁.

Для фазы 2 в первый временной интервал на первый вход логического элемента 31_2,1 поступает управляющий сигнал с полюса 8_1,2, на второй вход этого логического элемента с полюса 8_12,2 в двенадцатый временной интервал. С выхода логического элемента управляющий сигнал поступает на управляющий электрод силового ключа 32_2,1, который на интервал времени TI этим сигналом переводится в открытое состояние. Напряжение от источника напряжения Е₆=-Е₃ с полюса 11₆ передается на выходной полюс второй фазы устройства 12₂.

Для фазы 3 в первый временной интервал на первый вход логического элемента 31_3,1 поступает управляющий сигнал с полюса 8_1,2, на второй вход этого логического элемента с полюса 8_8,2 в восьмой временной интервал. С выхода логического элемента управляющий сигнал поступает на управляющий электрод силового ключа 32_3,1 который на интервал времени TI этим сигналом переводится в открытое состояние. Напряжение от источника напряжения Е1 с полюса 11₁ передается на выходной полюс первой фазы устройства 12₃.

Коммутации других силовых ключей 32_1,1…32_1,6, 32_2,1…32_2,6, 32_3,1…32_3,6 осуществляются аналогично тому, как описано выше.

VI. Литература

1. Патент №2016127384, МПК Н05В 1/00, 2017, Гаврилов Л.П. Генератор многофазной системы ЭДС

2. Патент №2671539 Гаврилов Л.П. Генератор многофазной системы ЭДС для мобильных устройств

Изобретение относится к средствам генерирования многофазной системы эдс на основе использования импульсной техники. Технический результат заключается в обеспечении возможности дискретно управлять начальной фазой колебаний для синхронизации работы устройства с внешней сетью, с согласованием частот колебаний, амплитудных значений напряжений фаз, начальных фаз колебаний подключаемого устройства и сети. Устройство позволяет изменять начальные фазы напряжений фаз устройства дискретно с шагом где n - количество временных интервалов на периоде синусоидальных колебаний Т. На каждом временном интервале TI=Т/n синусоидальные напряжения фаз для каждого дискретного значения начальной фазы аппроксимируются импульсами напряжений требуемой величины, поступающими от источников постоянного напряжения блока питания. Блок коммутации содержит ряд коммутационных плат 1…k, где k - число учитываемых начальных фаз, не превышающее значение (n-1). В рабочем состоянии только одна из плат блока коммутации является активной. При помощи активной платы блока коммутации источники постоянных эдс блока питания подключаются к выходным полюсам устройства для каждого из n временных интервалов длительностью TI. Каждая плата блока коммутации реализует коммутации для одного фиксированного значения начальной фазы. Переключение плат осуществляется при помощи блока управления начальной фазой только в первый временной интервал. 9 ил., 3 табл.

Генератор многофазной системы эдс с управляемой начальной фазой содержит:

- блок управления 25, состоящий из генератора тактовых импульсов (ГТИ) 1, элемента И 2, счетчика 3, схемы сравнения 4, регистра 5, кнопки запуска 6, дешифратора 7, вход устройства 13, который предназначен для ввода числа временных интервалов n, выход ГТИ 1 подсоединен к первому входу элемента И 2, ко второму входу элемента И 2 подключена кнопка запуска устройства 6, выход элемента И 2 подсоединен к первому входу счетчика 3, выход которого подсоединен к входу дешифратора 7 и к первому входу схемы сравнения 4, выход схемы сравнения 4 соединен со вторым входом счетчика 3, ко второму входу схемы сравнения 4 подсоединен регистр 5, по входу 13 которого заносится число временных интервалов n на периоде Т, i-й выход 8_i (i=1, …, n) дешифратора является внешним для блока управления, при помощи этих полюсов к блоку управления подключается блок управления начальной фазой 26;

- блок питания 30, состоящий из источников питания 23₁…23_n/2, соединенных между собой последовательно, при этом средний полюс соединяется с полюсом "земля", а выводы остальных источников подсоединены к выходным полюсам блока питания 11₁…11_n/2, при этом источник питания 23₁ минусовым полюсом подключается к полюсу "земля", а плюсовым полюсом подключается к минусовому полюсу источника 23₂ и выходному полюсу 11₁, источник 23₂ плюсовым полюсом подключается к минусовому полюсу источника 23₃ и выходному для блока полюсу 11₂, плюсовой полюс источника 23₃ подключается к выходному полюсу 11₃, источник питания 23₄ плюсовым полюсом подключается к полюсу "земля", а минусовым плюсом к полюсу 11₄ и плюсовому полюсу источника 23₅, минусовой полюс источника 23₅ подключается к плюсовому полюсу источника 23₆ и выходному полюсу 11₅, минусовой полюс источника 23₆ подключается к выходному полюсу 11₆ устройства;

отличающийся тем, что содержит:

- блок управления начальной фазой 26, который при помощи полюсов 8₁-8_n соединяется с блоком управления 25, выходными полюсами блока 26 являются группы полюсов 8_1,1…8_n,1,, 8_1,2…8_n,2, или 8_1,k…8_n.k, при помощи каждой группы полюсов блок 26 подключается к своей коммутационной плате - полюсами 8_1,1…8_n,1 блок 26 может подключаться к плате 27 блока коммутации, полюсами 8_1,2…..8_n,2 блок 26 может подключаться к плате 28 блока коммутации, полюсами 8_1,k…8_n,k блок 26 может подключаться к плате 29 блока коммутации, переключение полюсов 8₁-8_n к одной из выходных групп полюсов осуществляется при помощи переключателя 10, в положении 10_p переключателя 10 входные полюсы 8₁-8_n подключаются к выходным полюсам 8_1,p…8_n,p, р=1…k, коммутации при этом выполняются ключами 9_1,p…9_n,p, р=1…k, открытое состояние которых задается поступлением управляющих сигналов на управляющие электроды ключей 9_1,p…9_n,p, при этом управляющие сигналы поступают от источника постоянного напряжения 22 через переключатель 10, находящийся в одном из положений 10_p, р=1…k, логический элемент И 20_p и триггер 21_p, p=1…k, когда на вход логического элемента И 20_р поступает сигнал с полюса 10_р и с полюса 8₁, с выхода логического элемента И 20_p сигнал поступает на вход триггера 21_p, p=1…k, который устанавливается в устойчивое состояние и сигнал с его выхода поступает на управляющие электроды ключей 9_1,p…9_n,p;

- блок коммутации, состоящий из коммутационных плат 27, 28, … 29, в активном состоянии находится только одна из плат в зависимости от положения переключателя 10 блока 26, при помощи активной коммутационной платы сигналы от источников питания 23₁…23_n/2, посредством полюсов 11₁…11_n/2, поступают на силовые ключи 16_r,1-16_r,6 для платы 27, силовые ключи 32_r,1-32_r,6 для платы 28, силовые ключи 18_r,1-18_r,6 для платы 29, r=l…m, открытым состоянием ключей управляют сигналы, поступающие на управляющие электроды этих ключей с выходов логических элементов 15_r,1…15_r,6 для платы 27, логических элементов 31_r,1…31_r,6 для платы 28, логических элементов 17_r,1…17_r,6 для платы 29, r=l…m, на первый и второй входы логических элементов поступают управляющие сигналы с полюсов 8_1,r…8_n,r,, r=l…m (n - количество временных интервалов, m - количество фаз) блока 26, силовые ключи открываются на интервал времени TI, в открытом состоянии ключей напряжения от источников питания передаются на выходные полюсы устройства 12₀, 12₁…12_m.