Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное Советский патент 1990 года по МПК H02M5/14 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении систем управления регулируемых электроприводов и инверторов, входящих в состав агрегатов гарантированного питания,

Целью изобретения является повышение точности и стабильности формирования фазовых сдвигов выходного напряжения в широком диапазоне изменения входной частоты путем линеаризации характеристики управления.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого преобразователя однофазного напряжения в трехфазное.

Преобразователь содержит однофазный задающий генератор 1, сумматор 2 с двумя входами, выполненный из дифференциального усилителя 3 постоянного тока, резистора 4 отрицательной обратной связи, первого 5 и второго 6 входных резисторов, причем резистор 4 отрицательной обратной связи включен между выходом и инвертирующим входом дифференциального усилителя 3 постоянного тока, неинвертирующий вход и выход которого соединены соответственно с общей шиной и выходом сумматора 2, а между инвертирующим входом дифференциального усилителя 3 постоянного тока, первым и вторым входами сумматора 2 включены соответственно первый 5 и второй 6 входные резисторы, формирователь 7 фазы, выполненный из дифференциального усилителя 8 постоянного тока, первого 9, втог рого 10 резисторов и конденсатора 11, причем выход формирователя фазы 7 соединен с выходом дифференциального усилителя 8 постоянного тока и одним выводом первого резистора 9, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 8 постоянного тока и одним выводом второго резистора 10, второй вывод которого соединен с входом формирователя фазы 7, неинвертирующий вход дифференциального усилителя 8 постоянного тока соединен с общей шиной. При этом выход однофазного задающего генератора 1 соединен с входом формирователя 7 фазы, с первым входом сумматора 2 и первым выходным выводом 12 преобразователя однофазного напряжения в трехфазное. Второй 13 и третий 14 выходные выводы преобразователя соединены соответственно с выходом сумматора 2 и выходом формирователя 7 фазы, выход которого также соединен с вторым входом сумматора 2. В формирователь 7 фазы дополнительно введены дифференциальный усилитель 15 постоянного тока, перемножитель 16, блок 17 преоб1эазования частота - напряжение

17, третий 18, четвертый 19 и пятый 20 резисторы, причем общая точка соединения третьего 18 и четвертого 19 резисторов соединена с выходом перемножителя 16, а их свободные выводы подключены к инвертирующим входам со ответственно дифференциальных усилителей 8 и 15 постоянного тока. Конденсатор 11 включен между инвертирующим входом и выходом дифференци- ального усилителя 15 постоянного тока, неинвертирующий вход и выход которого соединены соответственно с общей шиной и первым входом перемножителя 16, второй вход которого подключен к выходу блока 17 преобразователя частота - напряжение, вход которого соединен с входом формирователя 7 фазы и одним выводом пятого резистора 20, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом диффе- ренциального усилителя 15 постоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

На выходе однофазного задающего генератора 1 формируется синусоидальное

напряжения Ui(t) Umisin wt с амплитудой

Umi и круговой частотой со 2jrf ,-которое

является также выходным напряжением

преобразователя однофазного напряжения

в трехфазное, причем с нулевой начальной

фазой (выход 12).

Дифференциальный усилитель 15 постоянного тока, перемножитель 16, резисторы 19 и 20, а также конденсатор 11 образуют управляемый фильтр нижних частот, на управляющий вход которого (второй вход перемножителя 16) подается напряжение Ei7 Ki7f, пропорциональное частоте входного сигнала, где Ki - коэффициент пропорцио- нальности блока 17 преобразователя частота - напряжение.

Напряжение на выходе перемножителя 16 в операторной форме

Ui6(S)

R 19 R 20

и

вх

1 + /Rl9Cl1 1 Ul6Ki7 f /

Кф

(s)-TTlrs -()

где Кф R19/R20 - коэффициент передачи управляемого фильтра; ГУ Ri9Cii/Ki6Ki7f-управляемая постоян- 55ная времени фильтра;

Ki6-коэффициент передачи

перемножИтеля 16.

Дифференциальный усилитель 8 постоянного тока, резисторы 9,10 и 18 образуют

инвертирующий сумматор с двумя входами, выходное напряжение которого

Ue(S)

(s) + u.(s)

- KlUBx(S) + K2Ul6(S),

где KI и К2 - коэффициенты передачи инвертирующего сумматора. Напряжение на выходе дифференциального усилителя 8 постоянного тока является одновременно и выходным напряжением формирователя 7 фазы

u,(s)-u.«(s)

При KI 2, К2 Кф 1 формирователь 7 фазы выполняет функцию всепропускающего фильтра первого порядка с передаточной функцией W7(S) (TyS-1 )/(ту5-1-1 ). коэффициент передачи которого не зависит от частоты и равен единице, а фазовый сдвиг между выходными и входными колебаниями определяется выражением

(ш ) - 2 arctg ( 2 jrf Ту ) - ,„е,,2.,

При заданных значениях коэффициентов Ki6 и Ki7 фазовый сдвиг определяется только постоянной времени Т Rig Си и не зависит от частоты входного сигнала.

Для получения фазового сдвига (ро -240 эл.град 120 ал.град постоянная времени, должна выбираться из соотношения

(/2)Ki6Ki7 /2jr.

Напряжение U7(t) VmiSin(u;t + 120°) с выхода формирователя 7 фазы поступает на выход 14 преобразователя однофазного напряжения в трехфазное и на второй вход сумматора 2, на первый вход которого поступает напряжение Ui(t) Vmisin cot.

Предположив, что величины сопротивления, входящих в состав сумматора 2, ре зисторов 4-6 относятся между собой как 1:1:1, напряжение на выходе дифференциального усилителя 3 постоянного тока 3, а следовательно, на выходе сумматора 2 и на

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

выходе 13 преобразователя однофазного напряжения в трехфазное равно

Vl3 - 1 Vmi Sintyt -Ь

+ 1 Vmisin((yt-b120°)

Vm1 Sin(uJt -120°).

Таким образом, выходные напряжения Ui2(t), Ui3(t) и Ui4(t) представляют собой напряжения, фазы которых сдвинуты друг относительно друга на 120 эл.град. Формула изобретения Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий однофазный задающий генератор, сумматор с двумя входами, выполненный из первого дифференциального усилителя постоянного тока, резистора отрицательной обратной связи, первого и второго входных резисторов, причем резистор отрицательной обратной связи включен между выходом и инвертирующим входом дифференциального усилителя постоянного тока, неинвертирующий вход и выход которого соединены соответственно с общей шиной и выходом сумматора, а между инвертирующим входом дифференциального усилителя постоянного тока, первым и вторым входами сумматора включены соответственно первый и второй входные резисторы, формирователь фазы, выполненный из второго дифференциального усилителя постоянного тока, первого, второго резисторов и конденсатора, причем.выход формирователя фазы соединен с выходом второго дифференциального усилителя постоянного тока и одним выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом второго дифференциального усилителя постоянного тока и одним выводом второго резистора, второй вывод которого соединен с входом формирователя фазы, неинвертирующий вход второго дифференциального усилителя постоянного тока соединен с общей шиной, при этом выход однофазного задающего генератора соединен с входом формирователя фазы, с первым входом сумматора и образует первый выходной вывод, а второй и третий выходные выводы образованы соответственно выходом сумматора и выходом формирователя фазы, выход которого также соединен с вто|эым входом сумматора, отличающийся тем, что. с целью .повышения точности и стабильности формирования фазовых СДВИГОВ выходного напряжения в широком диапазоне изменения входной частоты путем линеаризации характеристик управления, в формирователь фазы дополнительно введены третий дифференциальный усилитель постоянного тока, перемножитель, блок преобразования частота - напряжение, третий, четвертый и пятый резисторы, причем общая точка соединения третьего и четвертого резисторов соединена с выходом перемножителя, а их свободные выводы подключены к инвертирующим входам соответстэенно второго и третьего дифференциальных усилителей по- стоянного тока, указанный конденсатор

0

включен между инвертирующим входом и выходом третьего дифференциального усилителя постоянного тока, неинвертирующий вход и выход которого соединены соответственно с общей шиной и первым входом перемножителя, второй вход которого подключен к выходу блока преобразования частота - напряжение, вход которого соединен с входом формирователя фазы и одним выводом пятого резистора, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом третьего дифференциального усилителя постоянного тока.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении систем управления вентильных регулируемых электроприводов, входящих в состав агрегатов гарантированного питания. Цель изобретения - повышение точности и стабильности формирования фазовых сдвигов выходного напряжения в широком диапазоне изменения входной частоты, путем линеаризации характеристики управления. Устройство состоит из задающего генератора 1, выход которого соединен с выходным выводом 12, одним из входов сумматора 2 и входом формирователя фазы 7. Сумматор 2 выполнен на дифференциальном усилителе 3, выход которого соединен с выходным выводом 13, его инвертирующий вход через резистор 6 соединен с выходным выводом 14, являющимся одновременно вторым входом сумматора 2, и неинвертирующий вход соединен с общей шиной. Выход формирователя фазы 7 соединен с выходным выводом 14. Выполнение формирователя фазы 7 на двух дифференциальных усилителях 8, 15, перемножителе 16, использование в нем блока преобразования "частота-напряжения" 17, резисторов 9, 10, 18-20, конденсатора 11 и определенного соединения указанных элементов между собой, позволило формирователю выполнять функцию всепропускающего фильтра первого порядка, коэффициент передачи которого не зависит от частоты и равен единице. При этом фазовый сдвиг определяется только постоянной времени резистора 19 и конденсатора 11 и не зависит от частоты входного сигнала. 1 ил.