Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное Советский патент 1992 года по МПК H02M5/14 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении систем управления вентильных элек гроприводов.

Известен преобразователь однофазно- го напряжения в трехфазное, содержащий два последовательно соединенныхуправля- емых фазовращателя и блок преобразования период-напряжение, выход которого соед;/Г- нен с управляющими входами фазовращате- лей, а вход - с входным выводом преобразователя однофазного напряжения в трехфазное, первый, второй и третий выходные выводы которого соединены соответственно с входным выводом преобразователя однофазного напряжения в трехфазное, с выходом первого управляемого фазовращателя и с выходом второго управляемого фазовращателя, при этом вход первого управляемого фазовращателя соединен с входным выводом преобразователя однофазного напряжения в трехфазное.

Преобразователь позволяет получить на своих выводах симметричную трехфазную систему гармонических колебаний. Изменяя параметры управляемых фазовращателей можно регулировать фазовые сдвиги на втором и третьем выходных выводах относительно их номинальных значений /Э2о -120 эл. град, и -240 эл. град.

Однако изменение номинального значения фазового сдвига R первом фазовращателе неизбежно приводит и к изменению фазового сдвига на выходе второго управля- емого фазовращателя, то есть на третьем выходе преобразователя. Таким образом в преобразователе не обеспечиваются независимые регулировки фазоьых сдвигов относительно их номинальных значений, что является определенным недостатком, поскольку усложняет настройку преобразователя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразо- ватель однофазного напряжения в трехфазное, содержащий однофазный задающий генератор, сумматор с двумя входами, блок преобразования частота-напряжение, первый интегратор с двумя входами, второй интегратор с одним входом, первый и второй аналоговые перемножители и блок преобразования фаз, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходными выводами, а выход однофазного задающего генератора соединен с первом входом сумматора и с входом блока преобразования частота-напряжение, ВУХОД которого соединен с управляющим входом первого аналогового перемножителя, выходом соединен ного с первым входом первого интегратора. выход которого соединен с входом первого аналогового перемножителя, причем выход сумматора соединен с входом второго аналогового перемножителя, управляющий вход которого соединен с выходом блока преобразования частота-напряжение, а выход - с вторым входом первого интегратора, выход которого соединен с первым входом блока преобразования фаз. второй вход которого соединен с выходом второго интегратора и с вторым входом сумматора.

Система трехфазных напряжений на выходах преобразователя однофазного напряжения в трехфазное получается в блоке преобразования фаз путем геометрического суммирования в требуемых пропорциях ортогональных синусоидальных напряжений, поступающих на входы блока преобразования фаз.

Принцип преобразования заключается в том, что сумма двух синусоидальных величин с одной и той же частотой т является также синусоидальной величиной с той же частотой

Aisin{ wt-t + А2 sln(w ) A sin( мг + tp).

где A -Vf$+ti + 2AiA2cos(y - ) Aisln / i f (pi

- -a ;-: j

э A-|COS$P1 + A2COS /92

AI и А2 - амплитудные значения входных колебаний;

Ц и (pi - начальные фазы входных колебаний;

А и р - амплитуда и начальная фаза результирующего сигнала.

Часто возникает необходимость производить подстройку фазовых сдвигов р результирующих колебаний относительно их номинальных значений р0 ± 120эл. град. Это легко осуществить с помощью амплитудных значений AI и А2 ортогональных сигналов. Однако изменение амплитуд At и А2 неизбежно приведет к изменению амплитуды А результирующего колебания.

Такмм образом изменение фазовых сдвигов даже в небольших пределах относительно их номинальных значений приводит к изменению амплитуды формируемого сигнала, что является недостатком данного преобразователя

Цель изобретения - обеспечение регулировок фазовых сдвигов выходных колебаний при сохранении стабильных амплитуд на выходах преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий первый интегратор с двумя входами, второй интегратор с одним входом, первый и второй аналоговые перемножители, блок преобразования частота-напряжение и инвертирующий сумматор с двумя входами, первый вход которого и вход блока преобразования частота-напряжение соединены с входным выводом для подключения источника однофазного напряжения, причем между выходом первого интегратора и его первым входом включен первый аналоговый перемножитель, дополнительно снабжен первым и вторым потенциометрами, включенными между выходом блока преобразования частота-напряжение и управляющими входами соответственно первого и второго аналоговых перемножителей, а также неинвертирующим сумматором с двумя входами, при этом второй интегратор снабжен вторым дополнительным входом, который соединен с первым входом неинвертирующего сумматора, с вторым входом первого интегратора, входным выводом и первым выходным выводом преобразователя, второй и третий выходное выводы которого соединены соответственно с выходами инвертирующего и неинвертирующего сумматоров, при этом к выходам первого и второго аналоговых перемножителей подключены вторые входы соответственно инвертирующего и неинвертирующего сумматоров, а между выходом второго интегратора и его первым входом включен второй аналоговый перемножитель,

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя однофазного напряжения а трехфазное.

Преобразователь содержит первый интегратор 1 с двумя входами, второй интегратор 2 с одним входом, первый 3 и второй 4 аналоговые перемножители, блок 5 преобразования частота-напряжение и инвертирующий сумматор б с двумя входами, первый вход которого и вход блока 5 преобразования частота-напряжение соединены с входным выводом 7 для подключения источника однофазного напряжения, причем между выходом первого интегратора 1 и его первым входом включен первый аналоговый перемножитель 3. Преобразователь также снабжен первым 8 и вторым 9 потенциометрами, включенными между выходом блока 5 преобразования частота-напряжение и управляющими входами соответственно первого 3 и второго 4 аналоговых перемножителей, а также неинэертирую- щим сумматором 10 с двумя входами. При

этом второй интегратор 2 выполнен с вторым дополнительным входом, который соединен с первым входом неинвертирующего сумматора 10, с вторым входом первого интегратора 1, входным выводом 7 и первым

0 выходным выводом 11 преобразователя, второй 12 и третий 13 выходные выводы которого соединены соответственно с выходами инвертирующего б и неинвертирующего 10 сумматоров. При этом к выходам

5 первого 3 и второго 4 аналоговых перемножителей подключены вторые входы соответ- ственно инвертирующего 6 и неинвертирующего 10 сумматоров, а между выходом второго интегратора 2 и его пер0 вым входом включен второй аналоговый перемножитель 4.

Устройство работает следующим образом.

На первый вход инвертирующего интег5 рзтора 1 поступает напряжение eBx(t)c входного вывода 7, а на второй вход- напряжение иф1 с выхода первого аналогового перемножителя 3. Выходное напряжение интегратора 1 описывается выражением

Uni(S) Км. Q

(5)(5)

где Кп и Ki2 - коэффициенты передачи ин- тегратора 1 по первому и второму входам соответственно;

S - комплексная переменная; Евх(5), иф1(5) - изображения напряжений на первом и втором входах интегратора. На сигнальный вход первого аналогового перемножителя 3 поступает напряжение Uni(S) с выхода интегратора 1, а на управляющий вход - напряжение Еу1. с выхода первого потенциометра 8. Выходное напряжение первого аналогового перемножителя 3 описывается выражением

lMS) miEyiUMi(S).

где mi - коэффициент передачи первого аналогового перемножителя 3.

Первый интегратор 1 и первый аналоговый перемножитель 3 образуют первый управляемый фильтр нижних частот,

передаточная функция которого описывается выражением

... fc Кф1 Кф-j

WW; 1 +5ТФ1/ГП1ЕУ1 1 +Sryi

где

Кф1-Кц/К12;Тф1- 1/K12I

ryi Тф1/тЕУ1.

На первый вход инвертирующего сумматора 6 поступает напряжение E8x(S), а на второй - напряжение иф-|(5) с выхода первого управляемого фильтра нижних частот, которое описывается следующим выражением

иф1(5) (Ту1 S + 1)EBx(S).

Первый управляемый фильтр нижних частот и инвертирующий сумматор б образуют первый управляемый фазовращатель, выходное напряжение которого описывается выражением

E2(S) 11 Евх(5)+щ2иФ1(5)

Гпп -та :

h ryiS +1JJ

EBX(S) ,

где пи и Ш2 - коэффициенты передачи инвертирующего сумматора б по первому и второму входам соответственно.

При Кф1 пи 1 и Ш2 2 первый управляемый фазовращатель будет иметь переда- точную функцию всепропускающего фильтра первого порядка

Wi(S)

1 -TyiS 1 +TyiS

коэффициент передачи которого постоянен и равен единице, а сдвиг фазы определяется выражением

- - 2arctg(ttfryi).

На первый вход второго интегратора 2 также поступает напряжение 11ф2, а на второй вход - напряжение eBx(t) с выхода второго аналогового перемножителя 4. Выходное напряжение интегратора 2 описывается выражением

0

напряжение второго аналогового перемножителя 4 описывается выражением

иф2(5) - т2Еу2ии2(5).

где ГП2 - коэффициент передачи второго аналогового перемножителя 4.

Второй интегратор 2 и второй аналоговый перемножитель 4 образуют второй управляемый фильтр нижних частот, передаточная функция которого описывается выражением

ШжоГЯ КФ2 КФ2

15 4- 5Тф2/т2Еу2 1 + 5Гу2

где Кф2 К21/К22; Тф2 1 /К22: Гу2 :Тф2/т2Еу2.

На первый вход неинвертирующего сумматора 10 поступает напряжение EBx(S),a на второй - напряжение Ua2(S) с выхода второго управляемого фильтра нижних частот, которое описывается следующим выражением

иф2(5) (гу25 + 1)Евх(5).

Второй управляемый фильтр нижних частот и неинвертирующий сумматор 10 образуют второй управляемый фазовращатель, выходное напряжение которого описывается выражением

Ез(5)П21Евх(5)+п22иф2(5)

- -п22()Е (5.

где П21 и П22 - коэффициенты передачи неинвертирующего сумматора 10 по первому и второму входам соответственно.

При КФ2 п21 1 и п22 2 второй управляемый фазовращатель будет иметь передаточную функцию всепропускающего фильтра первого порядка

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении систем управления вентильных электроприводов. Цель изобретения -обеспечение регулировок фазовых сдвигов выходных колебаний при сохранении стабильных амплитуд на выходах преобразователя. Устройство включает два интегратора 1, 2, одни входы которых соединены с входным 7 и выходным 11 выводами, а также с входом блока 5 преобразователя частота-напряжение и первыми входами соответственно инвертирующего 6 и неинвертирующего 10 сумматоров, выходы которых соединены соответственно с выходными выводами 12,13. Выход блока 5 через потенциометры 8,9 соединен соответственно с управляющими входами аналоговых перемножителей 3, 4, включенных между выходами и другими входами соответствующих интеграторов. Выходы аналоговых перемножителей 3, 4 соединены с вторыми входами соответствующих сумматоров 6, 10. Указанное выполнение устройства позволяет скомпенсировать погрешности, вызванные разбросом параметров силовой схемы устройства, и ускорить его настройку. При этом постоянство фазовых сдвигов обеспечивается независимо от входной частоты. 1 ил. ч fe VI ел 00 VI О О

Кг

К22,

UM2(S) - (S) (5)

где К.21 и К22 - коэффициенты передачи интегратора 2 по первому и второму входам соответственно.

На сигнальный вход второго аналогового перемножителя 4 поступает напряжение Un2(S) с выхода интегратора 2, а на управляющий вход - напряжение ЕУ2 с выхода второго потенциометра 9. Выходное

W2(S)

-Г1

-ry2S

+ Гу25

коэффициент передачи которого постоянен и равен единице, а сдвиг фазы определяется выражением

р((О) - -л - 2arctg(ft%2) .

8 блоке 5 преобразования частота-напряжение происходит преобразование частоты f входного сигнала eBX(t) в управляющее напряжение Еу которое описывается следующим выражением

Еу Кчнт,

где Кчн коэффициент передачи блока 5 преобразования частота-напряжение.

Напряжения, снимаемые с потенциометров 8 и 9, описываются следующими вы- ражениями

ЕУ1 «iEy и ЕУ2 «2ЕУ,

где «1 и а 2 - коэффициенты передачи пер- вого 8 и второго 9 потенциометров соответственно.

При подаче на вход 7 устройства напряжения

еВх(т) Dm sin on.

с амплитудным значением Dm и круговой частотой (о 2 Jrf на первом выходе 11 устанавливаются гармонические колебания

е t(t) Dm sin a

с нулевой начальной фазой (фаза А), а на выходах 12 и 13 - гармонические колебания

ea(t) Um sln( (D + (pz)

и

ea(t) Um sin( yt + p$

с той же самой амплитудой и частотой, но с дополнительными сдвигами по фа- зе (pi и рз.

Максимально возможное изменение сдвига фазы в первом управляемом фазовращателе лежит в диапазоне от 0 до минус 180 . Для получения на втором 12 выходе устройства фазового сдвига, равного минус 120° (фаза В), необходимо выполнить условие, чтобы произведение

() V5.

Для получения на третьем выходе 13 устройства фазовый сдвиг минус 240° (фаза С)необходимо выполнить условие

аяу2 V3/3 . Из отношения

йЛГу1 Тф1ГП2Еу V3

а/гУ2 гп1ЕуТф2 V3/3

следует, что при одинаковых коэффициентах передачи лги гп2 - m аналоговых перемножителей 3 и 4, постоянная времени Тф1 должна быть в три раза больше постоянной времени Тф2.

Для обеспечения постоянных фазовых сдвигов

р2(о)) const и з(м) const

независимо от входной частоты необходимо, чтобы произведения с/Лу1 и ojcyi были инвариантными по отношению входной частоты f, что автоматически обеспечивается с помощью блока 5 преобразования частота-напряжение. Действительно,

Ј

- ii/t I|, -

уГГПГПКчцТ

ЈUTV1 2лт- уm

2яТф1 mid Кчн

25

сугу2 2jrf -1&- 2jrf- m2Ev

т2«5Кчн

2лТ

L

0

5

0

5

0

5

ГП2«2КЧн

откуда следует, что фазовые сдвиги р - 2arctg() и (pi -л - 2агст.д(йЖу2) не зависят от входной частоты f и их значение можно регулировать с помощью потенциометров 8 и 9.

Технико-экономический эффект заключается в том, что обеспечивается регулировка фазовых сдвигов на выходах преобразователя однофазного напряжения в трехфазное при сохранении стабильных амплитудных0 значений формируемых сигналов.

Формула изобретения Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий первый интегратор с двумя входами, второй интегратор с одним входом, первый и второй аналоговые перемножители, блок преобразования частота-напряжение, инвертирующий сумматор с двумя входами, первый вход которого и вход блока преобразования частота-напряжение соединены с входным выводом для подключения источника однофазного напряжения, а также три выходных вывода для подключения нагрузки, причем между выходом первого инвертора и его первым входом включен первый аналоговый перемножитель, отличающийся тем, что, с целью обеспечения регулировок фазовых сдвигов

выходных колебаний при сохранении стабильных амплитуд на выходах преобразователя, дополнительно введены первый и второй потенциометры, включенные между выходом блока преобразования частота-напряжение и управляющими входами соответственно, первого и второго аналоговых перемножителей, а также немнвертирую- щий сумматор с двумя входами, при этом второй интегратор дополнительно снабжен вторым входом, который соединен с первым входом неинвертирующего сумматора, с

0

вторым входом первого интегратора, входным выводом и первым выходным выводом, второй и третий выходные выводы соединены соответственно с выходами инвертирующего и неинвертирующего сумматоров, причем к выходам первого и второго аналоговых перемножителей подключены вторые входы соответственно инвертирующего и неинвертирующего сумматоров, а между выходом второго интегратора и его первым входом включен второй аналоговый перемножитель.