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

гВ

Изобретение может быть использовано при построении систем управления вентильных электроприводов. Сущность изобретения: улучшение симметрии, повышение стабильности фазовых сдвигов формируемых колебаний. Устройство содержит операционный усилитель 1, между инвертирующим входом и выходом которого включен резистор 2, а между инвертирующим и неинвертирующим входами - последовательно соединенные резистор 3 и двухполюсник 4, операционный усилитель 5, между инвертирующим входом и выходом которого включен резистор 6, резистор 7, подключенный одним выводом к инвертирующему входу операционного усилителя 5, к

4...Д

ч

vj СЛ 00

А

О

неинвертирующему входу которого подключен одним выводом двухполюсник 8, кодо- управляемый двухполюсник 9, включенный между неинвертирующим входом операционного усилителя 1 и общей шиной, кодоуп- равляемый двухполюсник 10, одним выводом подключенный к неинвертирующему входу операционного усилителя 5, а также блок 11 управления, к выходной N-разрядной шине которого подключены N- разрядные шины кодоуправляемых двухполюсников 9, 10. Общая точка соединения резистора 3 и двухполюсника 4 и вход блока

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

Известен преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий однофазный источник, первый и второй усилители мощности и выходной трансформатор, первичная обмотка которого соединена с выходом первого усилителя мощности, а один из концов его вторичной обмотки образует один из фазных выходных выводов, причем выход однофазного источника соединен с входом второго усилителя мощности, при этом выходы второго усилителя мощности образуют два других фазных выходных вывода, и свободный конец вторичной обмотки указанного трансформатора соединен с вторым выходным выводом.

Наличие неуправляемого фазосдвигаю- щего фильтра позволяет формировать симметричную трехфазную систему выходных колебаний только для одного фиксированного значения входной частоты. Наличие трансформатора увеличивает массо-габаритные показатели устройства.

Наиболее близким к предложенному техническому решению по технической сущности является преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий первый операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен первый резистор, а между инвертирующим и неинвертирующим входами - последовательно соединенные второй резистор и первый двухполюсник, выполненный из первого конденсатора, второй операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен третий резистор, четвертый резистор, подключенный одним выводом к ин11 управления объединены между собой в общую точку, соединенную с входным выводом 12 для подключения входного источника питания. Выходные выводы 13. 14 и 15 для подключения нагрузки соединены соответственно с входным выводом 12, с выходом операционного усилителя 1 и с выходом операционного усилителя 5. Свободные выводы резистора 7 и двухполюсника 8 объединены между собой и подключены к выходному выводу 14, а свободный вывод кодоуправляемого двухполюсника 10 соединен с общей шиной. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

вертирующему входу второго операционного усилителя, второй двухполюсник, выполненный из второго конденсатора и включенный между неинвертирующим входом второго операционного усилителя и общей шиной, первый кодоуправляемый двухполюсник, выполненный из первого блока кодоуправляемых резисторов и включенный между неинвертирующим входом

первого операционного усилителя и общей шиной, второй кодоуправляемый двухполюсник, выполненный из второго блока кодоуправляемых резисторов и включенный между свободным выводом четвертого резистора и неинвертирующим входом второго операционного усилителя, а также блок управления, выполненный из блока преобразования частота-код, причем общая точка соединения второго резистора и первого

двухполюсника, общая точка соединения четвертого резистора и второго кодоуправляемого двухполюсника, а также вход блока управления образуют входной вывод для подключения однофазного источника, к которому подключен первый выходной вывод для подключения нагрузки, второй и третий выходные выводы соединены с выходами, соответственно, первого и второго операционных усилителей, при этом к выходной Nразрядной шине блока управления подключены N-разрядные шины первого и второго кодоуправляемых двухполюсников. В первом кодоуправляемом двухполюснике один вывод соединен с общей шиной,

во втором двухполюснике должно обеспечиваться независимое подключение выходных шин (выводов). Однако в подобных кодоуправляемых двухполюсниках обеспечивается повышенная точность при подключении

одного из выводов к шине нулевого потенциала.

Целью изобретения является улучшение симметрии и повышение стабильности фазовых сдвигов формируемых колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе однофазного напряже- ния в трехфазное, содержащем первый опе- рационный усилитель,между

инвертирующим входом и выходом которого включен первый резистор, а между инвертирующим и неинвертирующим входами - последовательно соединенные второй резистор и первый двухполюсник, второй операционныйусилитель,между инвертирующим входом и выходом которого включен третий резистор, четвертый ре- зистор, подключенный одним выводом к инвертирующему входу второго операционного усилителя, к неинвертирующему входу которого подключен одним выводом второй двухполюсник, первый кодоуправляемый двухполюсник, включенный между неинвертирующим входом первого операционного усилителя и общей шиной, второй кодоуправляемый двухполюсник, одним выводом подключенный к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, а также блок управления, к выходной N-раз- рядной шине которого подключены М-раз- рядные шины первого и второго кодоуправляемых двухполюсников, причем общая точка соединения второго резистора и первого двухполюсника и вход блока управления объединены между собой в общую точку, соединенную с входным выводом для подключения входного источника питания, первый, второй и третий выходные выводы для подключения нагрузки соединены, соответственно, с входным выводом, с выходом первого операционного усилителя и с выходом второго операционного усилителя, сво- бодные выводы третьего резистора и второго двухполюсника объединены между собой и подключены к второму выходному выводу, а свободный вывод второго кодоуправляемого резистора соединен с общей шиной.

Кодоуправляемые двухполюсники выполнены из преобразователей кода в сопротивление, эквивалентное сопротивление которых обратно пропорционально коэффициенту, зависящему от цифрового кода, блок управления выполнен из преобразователя частота-код, а первый и второй двухполюсники из конденсаторов.

Кодоуправляемые двухполюсники могут быть выполнены из преобразователей кода в проводимость, эквивалентная проводимость которых прямо пропорциональна коэффициенту, зависящему от цифрового кода.

Кодоуправляемые двухполюсники могут быть выполнены из преобразователей

кода в эквивалентную индуктивность, значение которой обрятно пропорционально коэффициенту, зависящему от цифрового кода, блок управления выполнен из преобразователя частота-код, а первый и второй двухполюсники - из резисторов.

Кодоуправляемые двухполюсники выполнены из имитаторов емкости, эквивалентная емкость которых прямо пропорционапьна коэффициенту, зависящему от цифрового кода, блокуправления выполнен из преобразователя период-код, а первый и второй двухполюсники - из резисторов.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого преобразователя однофазного напряжения в трехфазное, которая содержит первый операционный усилитель 1, между инвертирующим входом и выходом которого включен первый резистор 2, а между инвертирующим и неинвертирующим входами - последовательно соединенные второй резистор 3 и первый двухполюсник 4, второй операционный усилитель 5, между инвертирующим входом и выходом которого включен третий резистор 6, четвертый резистор 7, подключенный одним выводом к инвертирующему входу второго операционного усилителя 5, к неинвертирующему входу которого подключен одним выводом второй двухполюсник 8, первый кодоуправляемый двухполюсник 9, включенный между неинвертирующим входом первого операционного усилителя 1 и общей шиной, второй кодоуправляемый двухполюсник 10, одним выводом подключенный к неинвертирующему входу второго операционного усилителя 5, а также блок 11 управления, к выходной N - разрядной шине которого подключены N-разрядные шины первого 9 и второго 10 кодоупразляемых двухполюсников, причем общая точка соединения второго резистора 3 и первого двухполюсника 4 и вход блока 11 управления объединены между собой в общую точку, соединенную с входным выводом 12 для подключения входного источника питания, первый 13, второй 14 и третий 15 выходные выводы для подключения нагрузки соединены, соответственно, с входным выводом 12, с выходом первого операционного усилителя 1 и с выходом второго операционного усилителя 5, свободные выводы третьего резистора 7 и второго двухполюсника 8 объединены между собой и подключены к второму выходному выводу 14, а свободный РЫПОД второго кодоуправляемого резистора 10 соединен с общей шиной.

Кодоуправляемые двухполюсники 9, 10 могут быть выполнены из преобразоплтелей кода в сопротивление, зквивлленгное сопротивление которых обратно пропорционально коэффициенту, зависящему от цифрового кода, блок 11 управления выполнен из преобразователя частота-код, а первый 4 и второй 8 двухполюсники - из конденсаторов,

Кодоуправляемые двухполюсники 9. 10 могут быть выполнены из преобразователей кода в проводимость, эквивалентная проводимость которых прямо пропорциональна коэффициенту, зависящему от цифрового кода.

Кодоуправляемые двухполюсники 9, 10 могут быть выполнены из преобразователей кода в эквивалентную индуктивность, значение которой обратно пропорционально коэффициенту, зависящему от цифрового кода, блок управления 11 выполнен из преобразователя частота-код, а первый 4 и второй 8 двухполюсники - из резисторов.

Кодоуправляемые двухполюсники 9, 10 могут быть выполнены из имитаторов емкости, эквивалентная емкость которых прямо пропорциональна коэффициенту, зависящему от цифрового кода, блок 11 управле- ния выполнен из преобразователя период-код, а первый 4 и второй 8 двухполюсники - из резисторов.

Устройство работает следующим образом.

Операционный усилитель 1, резисторы 2 и 3, двухполюсник 4 и кодоуправляемый -двухполюсник 9 образуют первый управляемый фазовращатель, а операционный уси- литепь 5, резисторы 6 и 7, двухполюсник 8 и кодоуправляемый двухполюсник 10 образуют второй управляемый фазовращатель.

Передаточная функция управляемого фазовращателя (при равенстве сопротивлений первого 2, второго 3, третьего 6 и четвертого 7 резисторов) описывается следующим выражением:

W(S)

g (SVZo (S) - 1 2э (S)/Zo (S) 4- 1

где Z0(S) - операторное сопротивление неуправляемых двухполюсников 4 и 8;

Z3(S) - операторное сопротивление управляемых двухполюсников 9 и 10.

Если первый 4 и второй 8 двухполюсники выполнены из конденсаторов, а кодоуп- равляемые двухполюсники 9 и 10 - из преобразователей кода в сопротивление, то Zo(S) - 1 /CoS и Zs(S) R3, где Со - емкость первого 4 и второго 8 двухполюсников;

На - эквивалентное сопротивление двухполюсников 9 и 10,

В этом случае периодическая функция управляемых фазовращателей принимает следующий вид:

W (S)OT

где гэ CoRa - управляемая постоянная времени.

Коэффициент передачи управляемых фазовращателей не зависит от частоты f 0 входного сигнала и равен единице, а сдвиг фазы определяется выражением р (ш) - - л - 2 arctg (2 л f C0 RP), При подаче на вход 12 устройства на-, пряжения 5 eBx(t) Um sin a) t

с амплитудным значением Um и круговой частотой ш 2л f на первом выходе 13 устанавливаются гармонические колебания

ei(t) Um sin cot

0 с нулевой начальной фазой {фаза А), а на выходах 14 и 15 - гармонические колебания e2(t) Umsin (yt-pi) и ез(т.) Dm sin (о t + pz) с той же самой амплитудой и частотой, но с дополнительными сдвигами по фазе 0)1 и (pi.

Для заданного значения частоты f f0 и выборе параметров Со и Рэ из условия

2 лгт0СоРэ 1/V5

на втором выходе 14 устанавливаются гармонические колебания с фазовым сдвигом р +120 эл.град. (фаза С), а на третьем выходе 15 - с фазовым сдвигом pi -120 5 эл.град. (фаза В).

Для того, чтобы при изменении частоты f фазовые сдвиги (р и . оставались постоянными, необходимо выполнить следующее условие

fRa const.

Если эквивалентное сопротивление Ra будет изменяться обратно пропорционально цифровому коду DI, который, в свою очередь, будет линейно зависеть от частоты f 5 входного сигнала, то произведение

0

- г ГО1 г т1

f ILL J. -ЛИ -

1 Ki f

const,

Di Ki f Ki где mi и Ki - масштабные коэффициенты кодоуправляемых двухполюсников 9, 10 и 0 блока 11 управления, соответственно;

DI - управпяющее число преобразователя частота-код, из которого выполнен блок управления 11.

Стабильные фазовые с двиги р и pz. 5 можно получить и в том случае, если кодоуп- равляемые двухполюсники 9 и 10 выполнены из преобразователей кода в проводимость, эквивалентная проводимость которых прямо пропорциональна цифровому коду DI G3 rnaDt.

где ma масштабный коэффициент преобразователя кода в проводимость. В этом случае произведение

fp -f 1 - ткэ-т --т тк7гг Т Кйт

также остается постоянной величиной, а следовательно, фазовые сдвиги р и (pi не будут зависеть от частоты входного сигнала. Если первый 4 и второй 8 двухполюсники выполнены из резисторов, а кодоуправляе- мые двухполюсники 9 и 10 - из преобразователей кода в эквивалентную индуктивность,

Zo(S) R0 и Z3(S) SL3, где Ro - сопротивление первого А и второго 8 двухполюсников;

- эквивалентная индуктивность двухполюсников 9 и 10.

Сдвиг фазы определяется выражением р (со) -и - 2 arctg (2 я f Ц/Ro) Для получения симметричной трехфазной системы выходных колебаний необходимо выполнить условие:

27ГТ0Ц/Я2 1/ ЗГ.

Если эквивалентная индуктивность Ц будет изменяться обратно пропорционально цифровому коду DI, то произведение тз 1 гдз Ki Т К

где тз - масштабный коэффициент преобразователя кода в эквивалентную индуктивность.

Если первый А и второй 8 двухполюсники выполнены из резисторов, а кодоуправ- ляемые двухполюсники 9 и 10 - из имитаторов емкости, то

Z0(S)Ro и 2э(3)1/СэЗ, где Сэ - эквивалентная емкость кодоуправ- ляемых двухполюсников 9 и 10.

В этом случае передаточная функция управляемых фазовращателей описывается следующим выражением:

... ,сл 1 - гэ S

где гэ RoC3 - управляемая постоянная времени.

Сдвиг фазы определяется выражением

р (о) -2 arctg (2 л f R0C3).

Для заданного значения частоты f f0 и выборе параметров Сэ и R0 из условия

на втором выходе 14 устанавливаются гармонические колебания с фазовым сдвигом р -120 эл.град. (фаза В), а на третьем выходе 15 с фазовым сдвигом pz + 120 эл.град. (фаза С).

f , f тз f fU-f-p--f

Для получения стабильных фазовых сдвигов, инвариантных к изменению вход ной частоты f, необходимо выполнить условие5fC3 const.

Если эквивалентная емкость Сэ будет изменяться прямо пропорционально цифровому коду D2, который, в свою очередь, будет линейно зависеть от периода Т 1/f. 10 то произведение

тСэ ТГТИ02 fm4K2 j ГП2К2,

где лги и-К2 - масштабные коэффициенты кодоуправляемых двухполюсников 9, 10 и

15 блока 11 управления,соответственно;

D2 - управляющее число преобразователя период-код, из которого выполнен блок 11 управления.

Технико-экономический эффект заключается в

0 том, что, применение двух идентичных заземленных кодоуправляемых двухполюсников позволило улучшить симметрию и повысить стабильность фазовых сдвигов формируемых колебаний. Формула изобретения

5 1. Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий первый операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен первый резистор, а между ин0 вертирующим и неинвертирующим входами - последовательно соединенные второй резистор и первый двухполюсник, второй операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен третий

5 резистор, четвертый резистор, подключенный одним выводом к инвертирующему входу второго операционного усилителя, к неинвертирующему входу которого подключен одним выводом второй двухполюсник,

0 первый кодоуправляемый двухполюсник, включенный между неинвертирующим входом первого операционного усилителя и общей шиной, второй кодоуправляемый двухполюсник, одним выводом подключен5 ный к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, а также блок управления, а к выходной N-разрядной шине которого подключены N-разрядные шины первого и второго кодоупракляемых двухпо0 люсников, причем общая точка соединения второго резисторе и первого двухполюсника и вход блока управления объединены между собой в общую точку, соединенную с входным выводом для подключения входно5 го источника питания, первый, второй и третий выходные выводы для подключения нагрузки соединены соответственно с входным выводом, а выходом первого операционного усилителя и с выходом второго операционного усилителя, о т л и ч а ю щ ии с я тем, что, с целью улучшения симметрии и повышения стабильности фазовых сдвигов формируемых колебаний, свободные выводы третьего резистора и второго двухполюсника объединены между собой и подключены к второму выходному выводу, а свободный вывод второго кодоуправляемо- го резистора соединен с общей шиной.

кода, блок управления выполнен из преобразователя частота-код, а первый и второй двухполюсники - из резисторов.

а первый и второй двухполюсники - из резисторов.