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 регулируемых электроприводов и инверторов, входящих в состав агрегатов гарантированного питания.

. Известно устройство преобразования однофазного сигнала в трехфазный, содержащее два последовательно соединенных неуправляемых фазовращателя, каждый из которых выполнен из операционного усилителя, в цепи отрицательной обратной связи которого включены две RC-цепи, при этом первый, второй и третий выходные выводы для подключения трехфазной нагрузки соединены, соответственно, с входным выводом для подключения однофазного источника, с выходом первого неуправляемого фазовращателя и с выходом второго неуправляемого фазовращателя.

Устройство позволяет получить в ограниченной полосе частот стабильные фазовые сдвиги выходных колебаний, но их амплитудные значения зависят от частоты входного сигнала.

Наиболее близким к предложенному техническому решению по количеству совпадающих признаков является генератор ортогональных сигналов, содержащий трех- входовой интегратор с двумя инвертирующими и одним неинвертирующим входами, между выходом и вторым инвертирукж(им входом которого включен первый аналоговый перемножитель, последовательно соединенные первый интегратор, сумматор и второй аналоговый перемножитель, к выходу которого подключен первый инвертирующий вход трехвходового интегратора, последовательно соединенные релейный элемент, второй интегратор, третий аналоговый перемножитель, мостовой ограничитель, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими входами сумматора, и три блока симметрирования, первый из которых включен между выходом и неинвертирующим входом трехвходового интегратора, второй - между выходом сумматора и неинвертирующим входом первого интегратора, третий - между выходом третьего аналогового перемножителя и неинвертирующим входом второго интегратора, причем управляющие входы первого,

второго и третьего аналоговых перемножителей объединены и являются входом управления частотой генератора ортогональных сигналов, первый и второй выходные выводы которого соединены с выходами, соответственно, трехвходового интегратора и первого интегратора, к выходу которого подключен вход релейного элемента, при этом каждый блок симметрирования выполнен из дифференциального интегратора,

пикового детектора отрицательных напряжений, пикового детектора положительных напряжений, фильтра нижних частот и двухстороннего ограничителя напряжения. Устройство предназначено для получения ортогональных напряжений, регулируемых по частоте,

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что

преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий интегратор с двумя инвертирующими и одним неинвертирующим входами, между выходом и вторым инвертирующим входом которого

включен аналоговый перемножитель, первый сумматор, первый вход которого соединен с входным выводом для подключения однофазного источника, дифференциальный интегратор, первый пиковый детектор

и второй пиковый детектор, выход которого соединен с инвертирующим входом дифференциального интегратора, дополнительно снабжен блоком преобразования фаз, первый, второй и третий выходы которого образуют выходные выводы для подключения трехфазной нагрузки, вторым сумматором, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока преобразования фаз, и третьим сум5 матором, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с дополнительно введенным источником опорного напряжения и выходом дифференциального

интегратора, неинвертирующий вход которого подключен к выходу первого пикового детектора, вход которого соединен с указанным входным выводом и с первым инвертирующим входом интегратора, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, при этом первый и второй входы блока преобразования фаз подключены, соответственно, к входному выводу для подключения однофазного источника и к выходу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом аналогового перемножителя, управляющий вход которого соединен с выходом третьего сумматора, а выход второго сумматора соединен с входом второго пикового детектора.

На чертеже представлена функциональная блок-схема предлагаемого преобразователя однофазного напряжения в трехфазное.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное содержит интегратор 1 с двумя инвертирующими и одним неинвертирующим входами, между выходом и вторым инвертирующим входом которого включен аналоговый перемножитель 2, первый сумматор 3, первый вход которого соединен с-входным выводом 4 для подключения однофазного источника, дифференциальный интегратор 5, первый пиковый детектор 6 и второй пиковый детектор 7, выход которого соединен с инвертирующим входом дифференциального интегратора 5, дополнительно введенный блок 8 преобразования фаз, первый, второй и третий выходы которого соединены, соответственно, с первым 9, вторым 10 и третьим 11 выходными выводами для подключения трехфазной нагрузки, второй сумматор 12, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока 8 преобразования фаз, и третий сумматор 13, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с источником 14 опорного напряжения и выходом дифференциального интегратора 5, неинвертирующий вход которого подключен к выходу первого пикового детектора 6, вход которого соединен с входным выводом 4 для подключения однофазного источника и с первым инвертирующим входом интегратора 1, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, при этом первый и второй входы блока 8 преобразования фаз подключены, соответственно, к входному выводу 4 для подключения однофазного источника и к выходу первого сумматора 3, второй вход которого соединен с выходом аналогового перемножителя 2, управляющий вход которого соединен с выходом третьего сумматора 13, а выход второго сумматора 12 соединен с входом второго пикового детектора 7 Устройство работает следующим образом.

Интегратор 1. аналоговый перемножитель 2 и первый сумматор 3 образуют управляемый фазовращатель, входом которого является общая точка соединения первых входов интегратора 1 и сумматора 3. выходом - выход сумматора 3, а управляющий вход соединен с управляющим входом аналогового перемножителя 2.

П.:я условии, что коэффициенты передачи сумматора 3 по первому и второму входам равны единице, а отношение коэффициента передачи интегратора 1 к его коэффициенту передачи по второму входу равно двум, управляемый фазовращатель будет выполнять функцию всепропускающего фильтра первого порядка с передаточной функцией

w(s).

где Гу r/(mEy)-управляемая постоянная

времени;

т- постоянная времени интегратора 1; m и Еу - масштабный множитель и управляющее напряжение аналогового перемножителя 2.

При подаче на вход 4 устройства напряжения

eBx(t) Um sin to t

с амплитудным значением Um и круговой частотой о 2 f на первом входе второго

сумматора 12 также устанавливаются гармонические колебания ei(t) Um sin ш с той же самой амплитудой и начальной фазой, равной нулю.

Параметры управляемого фильтра выбираются таким образом, чтобы для заданного значения частоты входного сигнала f f0 на его выходе, а, следовательно, и на втором входе сумматора 12 устанавливались гармонические колебания ea(t) U.-n sin (wt ) с

фазовым сдвигом р0 -90 эл.град., что обеспечивается при выполнении следующего условия:

2лто

V5

m Eyo

где Еуо - управляющее напряжение на входе управляемого фильтра, обеспечивающее получение необходимого фазового сдвига ро.

При выборе коэффициентов передачи а и (Xi сумматора 12 из условия а ОС2 1/VJT амплитудное значение Еще результирующего колебания е(0 на выходе сумматора 12 будет определяться следующим выражением:

Emo - Urn JT+ COS 90° Um.

Следовательно, на выходе первого 6 и второго 7 пиковых детекторов, то есть на неинвертирующем и инвертирующем входах дифференциального интегратора 5 будут постоянные напряжения EI и Е2, равные амплитудному значению Um входного сигнала.

Разность этих напряжений UЈ Et-Ea будет равна нулю, поэтому компенсирующее напряжение Ек, являющееся выходным напряжением дифференциального интегратора 5 также равно нулю.

При коэффициентах передачи Ki и К2 третьего сумматора 13, равных единице, управляющее напряжение Еуо будет равно напряжению Ео источника 14, обеспечивающему фазовый сдвиг ра -90 эл.град.

При отклонении частоты f входного cyir- нала от номинального значения fu, на выходе управляемого фильтра появляется дополнительный фазовый сдвиг Др, знак которого и абсолютная величина будут определяться отклонениями Af частоты входного сигнала.

В этом случае амплитудное значение Ет результирующего колебания e(t) определяется следующим выражением:

Ет Umi/ 1 + COS (90 -f Ар)

+Sln Д,

откуда следует, что если суммарный фазовый сдвиг р(ю) - 90 ± становится больше 90 эл.град., то амплитудное значение Em Emo, в противном случае Em Emo.

Уменьшение (увеличение) напряжения Em приводит к уменьшению (увеличению) напряжения Е2 на выходе второго пикового детектора 7, в результате чего на входах дифференциального интегратора 5 появляется напряжение UЈ рассогласования, величина и полярность которого определяется величиной и знаком фазовой погрешности Ду.

На выходе управляемого фазовращателя формируется фазовый сдвиг p(w) определяемый выражением:

-2агад 2яГ т(Ј+Е$,

где Ек - корректирующее напряжение, пропорциональное интегралу от напряжения рассогласования U& .

При частоте f fo увеличивается корректирующее напряжение Ек, что приводит к увеличению управляющего напряжения Еу Ео + Ек. а в конечном итоге - к уменьшению угла р (ft)), Интегратор 5 будет отрабатывать

напряжение рассогласования до тех пор, пока не восстановится прежнее значение угла ро - -90 эл.град.

Аналогично работает регулятор и при частоте f f0, с той лишь разницей, что в этом случае напряженияиеи Ек меняют свой знак на противоположный, то есть становятся отрицательными,

Система трехфазных напряжений на 0 выходах 9, 10 и 11 преобразователя однофазного напряжения в трехфазное получается в блоке 8 преобразования фаз путем геометрического суммирования в требуемых пропорциях ортогональных синусои- 5 дальных напряжений ei(t) и e2(t). поступающих на соответствующие входы блока 8 преобразования фаз. Поскольку амплитуды ортогональных сигналов всегда имеют одинаковые значения, то на выходах 0 10 и 11 формируются стабильные фазовые сдвиги (±120 эл.град.) независимо от амплитуды входных колебаний eBx(t). при нулевой начальной фазе на выходе 9.

Технико-экономический эффект заклю- 5 чается в расширении функциональных возможностей путем формирования- из однофазного гармонического сигнала системы трехфазных симметричных колебаний и сохранении стабильных фазовых сдвигов 0 выходных колебаний при изменении частоты однофазного источника.

Формула изобретения Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий интегра- 5 тор с двумя инвертирующими и одним неинвертирующим входами, между выходом и вторым инвертирующим входом которого включен аналоговый перемножитель, первый сумматор, первый вход которого со- 0 единен с входным выводом для подключения однофазного источника.дифференциальный , интегратор, первый пиковый детектор и второй пиковый детектор, выход которого соединен с инвертирующим входом 5 дифференциального интегратора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он дополнительно снабжен блоком преобразования фаз, первый, второй и третий выходы кото- 0 рого образуют выходные выводы для подключения трехфазной нагрузки, вторым сумматором, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока преобразования фаз, 5 и третьим сумматором, первый и второй входы которого соединены соответственно с дополнительно введенным источником опорного напряжения и выходом дифференциального интегратора, неинвертирующий

9 177582010

вход которого подключен к выходу первогоподключения однофазного источника и к выпикового детектора, вход которого соеди-ходу первого сумматора, второй вход котонен с указанным входным выводом и с пер-рого соединен с выходом аналогового

вым инвертирующим входом интегратора,перемножителя, управляющий вход которонеинвертирующий вход которого соединен5 го соединен с выходом третьего сумматора,

с общей шиной, при этом первый и второйа выход второго сумматора соединен с вховходы блока преобразования фаз подключе-дом второго пикового детектора. ны соответственно к входному выводу для

Использование: изобретение может быть использовано при построении систем управления регулируемых электроприводов и инверторов, входящих в состав агрегатов гарантированного питания. Сущность изобретения: устройство содержит интегратор 1 с двумя инвертирующими и одним неинвертирующим входами, между выходом и вторым инвертирующим входом которого включен аналоговый перемножитель 2, сумматор 3, первый вход которого соединен с входным выводом 4, дифференциальный интегратор 5, первый пиковый детектор 6 и второй пиковый детектор 7, выход которого соединен с инвертирующим входом дифференциального интегратора 5. блок 8 преобразования фаз, выходы которого соединены с выходными выводами 9, 10, 1.1, сумматор 12, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока 8 и сумматор 13, первый и второй входы которого соединены соответственное источником 14 опорного напряжения и выходом дифференциального интегратора 5, неинвертирующий вход которого подключен к выходу первого пикового детектора 6, вход которого соединен с входным выводом 4 для подключения однофазного источника и с первым инвертирующим входом интегратора 1, неинвертирующий вход которого сл с