Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное Советский патент 1991 года по МПК H02M5/14 

Изобретение относится к электротехнике и можфг быть использовано при построении систем управления регулируемых электроприводов и инверторов, входящих в состав агрегатов гарантированного пита- ния.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспече- ния реверсирования фаз выходных колебаний.

На фиг.1 изображена схема преобразователя однофазного напряжения в трехфазное; на фиг.2 - векторные диаграммы, поясняющие работу преобразователя. .

Преобразователь однофазного напря- жения в трехфазное содержит первый операционный усилитель 1, между инвертирующим входом и выходом которого вклю- ен резистор 2, второй операционный усилитель 3, между инвертирующим входом и выходом которого включен конденсатор 4, аналоговый перемножитель 5, первый инвертирующий сумматор 6 с двумя входами, однофазный задающий генератор 7 и мостовую схему 8, выполненную из первого 9, второго 10, третьего 11 и четвертого 12 резисторов, причем общая точка соединения третьего 11 и четвертого 12 резисторов подключена к выходу аналогового перемножителя 5, к инвертирующему входу первого операционного усилителя 1 подключена общая точка соединения первого 9 и третьего

11резисторов, а к инвертирующему входу второго операционного усилителя 3 - общая точка соединения второго 10 и четвертого

12резисторов, при этом первый 13 и второй 14 выходные выводы преобразователя однофазного напряжения в трехфазное подключены к выходам соответственно однофазного задающего генератора 7 и первого инвертирующего сумматора 6, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно однофазного задающего генератора 7 и первого операционного усилителя 1, вход аналогового перемножителя подключен к выходу второго операционного усилителя 3, неинвертирующий вход которого и неинвертирующий вход первого операционного усилителя 1 соединены с общей шиной. Преобразовав тель содержит также дополнительно введенный блок 15 реверса фаз с двумя входами и второй инвертирующий сумматор 16с двумя входами, а однофазный задающий генератор 7 выполнен управляемым и его управляющий вход соединен с управляющим входом аналогового перемножителя 5 и с первым входным выводом 17 преобразователя однофазного напряжения

в трехфазное, второй входной вывод 18 которого соединен с управляющим входом блока 15 реверса фаз, вход и выход которого соединен соответственно с выходом однофазного задающего генератора 7 и с общей точкой соединения первого 9 и второго 10 резисторов мостовой схемы 8, а выход второго инвертирующего сумматора 16 соединен с третьим выходным выводом 19 преобразователя однофазного напряжения в трехфазное, первый 13 и второй 14 выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами второго инвертирующего сумматора 16.

Блок 15 реверса фаз выполнен из опе- рационногоу усилителя 20, первого 21 и второго 22 резисторов обратной связи, первого 23 и второго 24 входных резисторов и управляемого ключа 25, управляющий вход которого соединен с управляющим входом блока 15 реверса фаз, один вывод-с общей шиной, а другой - с общей точкой соединения входных резисторов 23 и 24, общая точка соединения первого 21 и второго 22 резисторов обратной связи подключена инвертирующему входу операционного усилителя 20, к неинвертирующему входу которого подключен свободный вывод второго входного резистора 24, свободные выводы первого входного резистора 23 и первого резистора 21 обратной связи подключены к входу блока 15 реверса фаз, выход которого соединен с выходом операционного усилителя 20, к которому также подключен свободный вывод второго резистора обратной связи 22.

Преобразователь работает следующим образом,

При подаче на вход 17 управляющего напряжения Еу на выходе однофазного задающего генератора 7 формируется синусоидальное напряжение U(t) Umsin со t с амплитудой Um и круговой частотой Ш 2яГ

Выходное напряжение однофазного задающего генератора 7 поступает на первый выход 13 преобразователя однофазного напряжения в трехфазное и является напряжением с нулевой начальной фазой (фаза А).

На вход блока 15 реверса поступает сигнал с выхода однофазного задающего генератора 7, а на управляющий вход блока 15 реверса - сигнал либо с уровнем Лог. О, либо с уровнем Лог. 1.

При подаче на управляющий вход блока 15 реверса сигнала с уровнем Лог. О ключ 25 размыкается и на неинвертиругащий вход операционного усилителя 20 через последовательно соединенные резисторы 23

и 24 подается напряжение U+ yUex. где у Rex/(R23 + R24 + RBX) - коэффициент передачи делителя, образованного первым 23, вторым 24 входными резисторами и входным сопротивлением RBx операционного усилителя 20. Поскольку RBx {R23 + R24), то у « 1 и U Uex.

На инвертирующем входе будет напряжение

U- ctU

вх

вых,

где

0 (R22/R21)/(R22/R21 + 1):

/3 -1/(R22/R21 + 1):

UBX, Увых - входное и выходное напряжения блока реверса 15.

При достаточно большом коэффициенте усиления .операционного усилителя 20

U+ U- и при равенстве резисторов 21 и 22, т.е. при R21 R22 R коэффициент усиления М блока реверса 15 М 1//J-O//3 будет равен + 1, поскольку 1//, а а// 1.

Операционный усилитель 3, аналоге: вый перемножитель 5. резисторы 10 и 12, а также конденсатор 4 образуют управляемый фильтр нижних частот, выходом которого служит выход аналогового перемножителя 5, а входом - общая точка соединения первого 9 и второго 10 резисторов мостовой схемы 8.

Напряжение на выходе управляемого фильтра нижних частот в операторной форме

иф(5) -{Кф/(1 + Гу S) UBX(S).

где Кф Ri2/Rio - коэффициент передачи управляемого фильтра;

Ту Ri2C4/ KsEy - управляемая постоянная времени фильтра;

Ks-коэффициент передачи аналогового перемножителя 5.

Операционный усилитель 1, резисторы 2,9 и 11 образуют инвертирующий сумматор с двумя входами, выходное напряжение которого будет равно

Ui(S) - KiUBx(S) + K2lVS).

где Ki Ra/R9 и К2 R2/R1 - коэффициенты передачи инвертирующего сумматора.

Управляемый фильтр нижних частот совместно с инвертирующим сумматором образуют управляемый фазовый корректор с передаточной функцией

Wk(S) (1 -TyS)/(1 +ryS). (1)

Заменив в (1) , перейдем к

комплексному коэффициенту передачи

Wk Qco) U( V(cw) , вещественная

часть U (o) 1 - (шгу)2 И 1 + («Ту)2 и

мнимая часть V (ш) - 2шт/ +

(wТу)2 которого будут являться Функцией частоты ад и постоянной времени ту .

При заданном значении управляющего напряжения Еу Ео, т.е. при ту г0 , вещественная и мнимая части комплексного коэффициента передачи будут зависеть только от частоты входного сигнала.

Модуль R (ш) комплексного коэффици- 5 ента передачи Wk (j со) не зависит от

частоты R (а)) U2 (со) + V2 (ш) 1/2 1 , а агрумент р (со) - 2 arctg (соту) является функцией частоты и постоянной времени гу .

При изменении частоты со О до О) вектор единичного радиуса R (о) 1 будет поворачиваться на угол от 0 до - л , т.е. годограф амплитудно-фазовой характеристики на комплексной плоскости (фиг.2а) представляет собой полуокружность, расположенную в четвертом и третьем квадрантах.

Значение постоянной времени Т

5

R12C4 выбирается таким образом, чтобы

для наименьшего значения частоты fi fMHH входного сигнала, которому соответствует управляющее напряжение Еу- EI, выходной сигнал управляемого фазового корректора занял положение, соответствующее вектору ОТ(фиг.2а), при этом угол р -л/2 .

При увеличении управляющего напряжения Еу будет увеличиваться частота однофазного задающего генератора fa г , где К - коэффициент передачи однофазно

го задающего генератора 7, однако поворота вектора ОР не произойдет, поскольку с изменением частоты f произведение

2 п f Ту 2 п Ку Еу Т/К5 Еу 2 л К T/Ks

будет оставаться постоянной величиной. Следовательно, и угол

р - - 2 arctg (2 л f ry)

также будет оставаться постоянной величиной.

Сигнал на входе управляемого фазового корректора всегда может быть приведен к нормированному виду, т.е. записан в относительных единицах, поэтому длина векто- ра ОА равна 1, а его положение совпадает с вещественной положительной полуосью на комплексной плоскости.

Коэффициент передачи первого инвертирующего сумматора 6 по первому входу Ki 1 /2, а по второму Ка V372, поэтому в результате геометрического сложения на выходе сумматора б, а следовательно, и на втором выходе 14 преобразователя однофазного напря жения в трехфазное будет сигнал (вектор оШ), модуль которого также равен 1, а угол узг + 120 эл.град. (фаза С).

Коэффициенты передачи второго инвертирующего сумматора 16 по первому и второму входам равны 1, поэтому в результате геометрического суммирования векторов 0 и ОК2 на третьем выходе 19 преобразователя однофазного напряжения в трехфазное будет сигнал (вектор ) с модулем равным 1, а угол ip -120 эл.град. (фаза В).

При подаче на управляющий вход 18 сигнала с уровнем Лог. 1 ключ 25 блока 15 реверса замыкается и неинвертирующий вход операционного усилителя 20 через резистор 24 оказывается подключенным к общей шине. В этом случае коэффициент усиления N блока 15 реверса будет определяться только отношением резисторов 22 и 21 и при их равенстве R22 R21 R будет равен N -1.

При этом происходит инверсия напряжения, поступающего на вход управляемого фазового корректора (фиг.2б), и на выходах 14 и 19 формируются сигналы, положение которых определяется углами (pi -120 эл.град. и р + 120 эл.град., т.е. происходит реверс фаз на втором 14 и третьем 19 выходах преобразователя однофазного напряжения в трехфазное.

Формула изобретения 1. Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий два входных и три выходных вывода для подключения соответственно однофазного источника питания и трехфазной нагрузки, первый операционный усилитель,. между инвертирующим входом и выходом которого включен резистор, второй операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен конденсатор, аналоговый перемножитель, первый инвертирующий сумматор с двумя входами, однофазный задающий генератор и четыре резистора, соединенных по мостовой схеме, причем общая точка соединения третьего и четвертого резисторов подключена к выходу аналогового перемножителя, к инвертирующему входу первого операционного усилителя подключена общая точка соединения первого и третьего резисторов,

а к инвертирующему входу второго операционного усилителя - общая точка соединения второго и четвертого резисторов, при этом к первому и второму выходным выводам подключены, соответственно выход однофазного задающего генератора и выход первого инвертирующего сумматора, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно однофазного задающего генератора й первого операционного усилителя, вход аналогового перемножителя подключен к выходу второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого и неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединены с общей шиной .отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения реверсирования фаз выходных колебаний, дополнительно введены блок реверса фаз с двумя входами и второй инвертирующий сумматор с двумя входами, а однофазный задающий генератор выполнен управляемым, а его управляющий вход

соединен с управляющим входом аналогового перемножителя и с первым входным выводом, к второму входному выводу подключен управляющий вход блока реверса v фаз, вход и выход которого соединены соот ветственно с выходом однофазного задающего -генератора и с общей точкой соединения первого и второго резисторов мостовой схемы, выход второго инвертирующего сумматора соединен с третьим выходным выводом, а его первый и второй входы соединены соответственно с первым и вторым выходными выводами.

2. Преобразователь по л.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что блок реверса фаз включает операционный усилитель, первый и второй резисторы обратной связи, первый и второй входные резисторы и управляемый ключ, управляющий вход которого соединен суправляющим входом блока реверса фаз. один вывод - с общей шиной, а другой - с общей точкой соединения входных резисторов, общая точка соединения первого и второго резисторов обратной связи подключена к

инвертирующему входу операционного усилителя, к неинвертирующему входу которого подключен свободный вывод второго входного резистора, свободные выводы первого входного резистора и первого резистора обратной связи подключены к входу блока реверса фаз, выход которого соединен с выходом операционного усилителя, к которому также подключен свободный вывод второго резистора обратной связи.

eJroo

я ЈM

F 1,0

JVM

Wkftbtf

fit/ft))

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении систем управления регулируемых электроприводов и инверторов, входящих в состав агрегатов гарантированного питания. Цель изобретения - расширение функ- циональных возможностей путем обеспечения реверсирования фаз выходных колебаний. Преобразователь состоит из подключенного входом к входному выводу 17 управляемого однофазного задающего .генератора 7, выход которого соединен с входом блока реверса фаз 15, с выходным 180выводом 13, а через инвертирующий сумматор 6 - с выходным выводом 14. Кроме того, вход генератора 7 соединен с управляющим входом аналогового перемножителя 5. Управляющий вход блока реверса фаз 15 соединен с входным выводом 18, а выход с общей точкой соединения резисторов 9, 10. Общая точка соединения резисторов 9, 11 подключена к инвертирующему входу операционного усилителя 1. а через резистор 2 - к выходу усилителя 1 и одному из входов сумматора 6. Общая точка соединения резисторов 10, 12 подключена к инвертирующему входу операционного усилителя 3, а через конденсатор 4 - к выходу усилителя 3 и входу перемножителя 5, выход которого подключен к общей точке соединения резисторов 11, 12. Введение в преобразователь блока реверса 15 и инвертирующего сумматора 16, выходом соединенного с выходным выводом 19, а входами - с выходными выводами 13 и 14, обеспечивает возможность получения выходного напряжения как прямого, так и обратного чередования фаз. Выполнение задающего генератора управляемым упрощает техническую реализацию преобразователя. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. 0/3 (Л С CN о ел со о

Фиг, 2