Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении систем управления вентильных электроприводов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения стабильных фазовых сдвигов выходного напряжения при изменении частоты входного напряжения. Устройство содержит операционные усилители 1,5, выходы которых образуют выходные выводы 11,12 для подключения нагрузки. Выходной вывод 10 объединен с входным выводом 9 для подключения источника питания, который соединен с входом блока 15 преобразования частота - код, через последовательно соединенные резисторы 2, 3 - с выходным выводом 11, через последовательно соединенные резисторы 6, 7 - с выходным выводом 12,. через конденсатор 4 с инвертирующим входом операционного усилителя 1 и блоком 13 кодоуправляемых резисторов, а через блок 14 кодоуправляемых резисторов - с инвертирующим входом операционного усилителя 5, соединенным через конденсатор 8 со свободным выводом блока 13 и с нулевой шиной; общие точки соединения резисторов 2, 3 и 6, 7 подключены соответственно к неинвертирующим входам усилителей 1,5. Выходная М-разрядная шина блока соединена с управляющими N-разрядными шинами блоков 13, 14 кодоуправляемых резисторов. Указанное выполнение устройства позволяет расширить диапазон рабочих частот и осуществлять независимое регулирование фазовых сдвигов на его выходах с использованием принципа компенсации возмущающего воздействия 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,(si)s H 02 М 5/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4836315/07 (22) 19.03.90 (46) 07.03.92. Бюл. N- 9 (71) Научно-производственное объединение силовой электроники (72) В,С,Дубровин (53) 621.314.25(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 1339815, кл. Н 02 М 5/14, 1987.

2. Авторское свидетельство СССР

N 1450069,,кл. Н 03 В 27/00, 1987. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ B ТРЕХФАЗНОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении систем управления вентильных электроприводов. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения стабильных фазовых сдвигов выходного напряжения при изменении частоты входного напряжения. Устройство содержит операционные усилители 1,5, выходы которых образуют выходные выводы 11, 12 для подключения нагрузки. Выходной вывод 10 объединен с входным выводом. Ы, „1718348 А1

9для подключения источника питания, который соединен с входом блока 15 преобразования частота — код, через последовательно соединенные резисторы 2, 3 — с выходным выводом 11, через последовательно соединенные резисторы 6, 7 — с выходным выводом 12, через конденсатор 4 с инвертирующим входом операционного усилителя 1 и блоком 13 кодоуправляемых резисторов, а через блок 14 кодоуправляемых резисторов — с инвертирующим входом операционного усилителя 5, соединенным через конденсатор 8 со свободным выводом блока 13 и с нулевой шиной; общие точки соединения резисторов 2, 3 и 6, 7 подключены соответственно к неинвертирующим входам усилителей 1,5. Выходная N-разрядная шина блока соединена с управляющими

N-разрядными шинами блоков 13, 14 кодоуправляемых резисторов. Указанное выполнение устройства позволяет расширить диапазон рабочих частот и осуществлять независимое регулирование фазовых сдвигов на его выходах с использованием принципа компенсации возмущающего воздействия

1 ил.

1718348

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении систем управления вентильных электроприводов, Известен преобразователь однофазного напряжения в трехфазное (1), содержащий пять RC-цепей, состоящих из соединенных последовательно резистора и конденсатора, причем средние точки первой и второй RC-цепей соединены соответственно с первой и второй входными клеммами, свободный вывод конденсатора третьей RC-цепи соединен со свободными выводами конденсатора первой RC-цепи и резистора второй RC-цепи, свободный вывод резистора четвертой RC-цепи соединен со свободными выводами резистора первой

RC-цепи и конденсатора второй Rc-цепи, а средняя точка второй RC-цепи соединена со свободными выводами резистора третьей

RC-цепи и конденсатора четвертой RC-цепи, при этом свободные выводы резистора и конденсатора пятой RC-цепи соединены соответственно с общей точкой соединения конденсаторов первой и третьей RC-цепей и общей точкой соединения резисторов первой и четвертой RC-цепей, первая выходная клемма соединена со средней точкой третьей RC-цепи, вторая выходная клемма— со средней точкой пятой RC-цепи, а третья выходная клемма — со средней точкой четвертой последовательной RC-цепи.

Преобразователь формирует трехфазное напряжение, симметричное и равное входному, не только для одного значения входной частоты.

Наиболее близким к предложенному техническому решению по технической сущности является преобразователь однофазного напряжения в трехфазное (2), содержащий первый операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен первый резистор, между инвертирующим и неинвертирующим входами — последовательно соединенные второй резистор и первый конденсатор, а между неинвертирующим входом и шиной нулевого потенциала — первый управляемый резистор, второй операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен третий резистор, между инвертирующим и неинвертирующим входами — последовательно соединенные четвертый резистор и второй конденсатор, а между неинвертирующим входом и шиной нулевого потенциала — второй управляемый резистор, при этом общая точка соединения второго резистора и первого конденсатора соединена с входным и первым выходным выводами преобразова5

55 теля однофазного напряжения в трехфазное, общая точка соединения четвертого резистора и второго конденсатора соединена с выходом первого операционного усилителя и вторым выходным выводом преобразователя однофазного напряжения в трехфазное, третий выходной вывод которого соединен с выходом второго операционного усилителя.

Преобразователь позволяет получить симметричную трехфазную систему гармонических колебаний, но только для одного значения входной частоты.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения стабильных фазовых сдвигов выходного напряжения при изменении частоты входного напряжения.

Цель достигается тем, что в преобразователе однофазного напряжения в трехфазное, содержащем первый операционный усилитель, к инвертирующему входу которого подключена общая точка соединения перBoro и второго резисторов, а к неинвертирующему входу — первый вывод первого конденсатора, второй операционный усилитель, к инвертирующему входу которого подключена общая точка соединения третьего и четвертого резисторов, а к неинвертирующему входу — первый вывод второго конденсатора, и два управляемых резистивных элемента, управляющий вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом системы управления, причем свободные выводы второго и четвертого резисторов подключены соответственно к выходам первого и второго операционных усилителей, образующим соответственно второй и третий выходные выводы для подключения нагрузки, свободные выводы первого резистора и первого конденсатора объединены между собой в общую точку, соединенную с входным выводом для подключения источника питания, объединенным с первым выходным выводом, первый управляемый резистивный элемент включен между нулевым выводом для подключения нулевой шины и неинвертирующим входом первого операционного усилителя, а второй управляемый резистивный элемент одним выводом подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, каждый из указанных управляемых резистивных элементов выполнен в виде блока кодоуправляемых резисторов, управляющий вход которого выполнен в виде Nразрядной шины, а в качестве системы . управления использован блок преобразования частота — код, выход которого выполнен в виде N-разрядной шины, каждый разряд

1718348

20

30

40

55 которой соединен с соответствующим разрядом управляющего входа каждого из указанных - блоков кодоуправляемых резисторов, причем другой вывод второго управляемого резистивного элемента соединен со свободным выводом третьего резистора, входом системы управления, образованным входом блока преобразования частота — код, и с входным выводом, а свободный вывод второго конденсатора соединен с нулевым выводом, Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый преобразователь отличается выполнением управляемых резистивных элементов в виде блока кодоуправляемых резисторов, управляющий вход которого выполнен в виде Nразрядной шины, и использованием в качестве системы управления блока преобрдзовэния частота код, выход которого выполнен в виде N-разрядной шины, а также соединением их с остальными элемЕнтами схемы. Таким образом, заявляемый преобразователь соответствует критерию изобретения "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие изобретение от прототипа, не выя влены, потому они обеспечи вают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена функциональная схема предложенного преобразователя однофазного напряжения в трехфазное.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное содержит первый операционный усилитель 1, к инвертирующему входу которого подключена общая точка соединения первого 2 и второго 3 резисторов, а к неинвертирующему входу — первый вывод первого конденсатора 4, второй операционный усилитель 5, к инвертирующему входу которого подключена общая точка соединения третьего 6 и четвертого 7 резисторов, а. к инвертирующему входу — первый вывод второго конденсатора 8, при этом свободные выводы второго 3 и четвертого 7 резисторов подключены к выходам первого

1 и второго 5 операционных усилителей соответственно, свободные выводы первого резистора 2 и первого конденсатора 4 объединены между собой и подключены к входному выводу 9 преобразователя однофазного напряжения в трехфазное, причем первый 10, второй 11 и третий 12 выходные выводы преобразователя подключены соответственно к входному выводу

9 преобразователя однофазного напряжения в трехфазное, к выходу первого операционного усилителя 1 и,к выходу второго операционного усилителя 5. Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное включает в себя первый 13 и второй 14 блоки кодоуправляемых резисторов, блок 15 преобразования частота — код, выходная N-разрядная шина которого соединена с управляющими N-разрядными шинами первого 13 и второго 14 кодоуправляемых резисторов, при этом первая и вторая выходные шины первого блока 13 кодоуправляемых резисторов подключены соответственно к неинвертирующему входу первого операционного усилителя 1 и к шине нулевого потенциала, к которой также подключен свободный вывод второго конденсатора 8, первая и вторая шины второго блока 14 кодоуправляемых резисторов подключены соответственно к свободному выводу третьего резистора 6 и к неинвертирующему входу второго операционного усилителя 5, причем первая выходная шина второго блока 14 кодоуправляемых резисторов и вход блока 15 преобразования частота — код подключены к входному выводу 9 преобразователя однофазного напряжения в трехфазное. Блоки

13, 14 кодоуправляемых резисторов выполнены из преобразователей кода в сопротивление, обеспечивающих независимое подключение выходных шин относительно шины нулевого потенциала, эквивалентное сопротивление которых обратно пропорционально коэффициенту, зависящему от цифрового кода, Преобразователь работает следующим образом.

Операционный усилитель 1, резисторы

2 и 3, конденсатор 4 и блок 13 кодоуправляемых резисторов образуют первый управляемый фазовращатель.

При равенстве сопротивлений первого

2 и второго 3 резисторов коэффициента передачи К первого управляемого фазовращателя постоянен и равен единице, т.е. К =

= R2/R>, где R) и Rz — сопротивления первого и второго резисторов 2 и 3 соответственно.

При этом сдвиг фазы определяется выражением

p) (а)) = — л — 2 arctg (игу ), где в = 2 x f — значение частоты входного сигнала; ту1 = С1 Вм — управляемая постоянная времени;

С вЂ” емкость первого конденсатора 4;

R > — эквивалентное сопротивление блока 13 кодоуправляемых резисторов.

1718348

Операционный усилитель 5, резисторы

6 и 7, конденсатор 8 и блок 14 кодоуправляемых резисторов образуют второй управляемый фазовращател ь.

При равенстве сопротивлений третьего

6 и четвертого 7 резисторов коэффициент передачи К2 второго управляемого фазовращателя постоянен и равен единице, т.е. Кг =

= R7/Rs, где R6 и Кт — сопротивления третьего и четвертого резисторов 6 и 7 соответственно. При этом сдвиг фазы определяется выражением

iщ (o)) = — 2 arctg (азтуг), где ty2 = Сг Вэг — УпРавлЯемаЯ постоЯннаЯ времени;

Сг — емкость второго конденсатора 8;

R 2 — эквивалентное сопротивление блока 14 кодоуправляемых резисторов.

При подаче на вход 9 преобразователя напряжения ! эх (с) = О„sin ис с амплитудным значением Um и круговой частотой 0) =2 тг f на первом выходе 10 устанавливаются гармонические колебания ! 1 (t) = Um sin и) t с нулевой начальной фазой (фаза А), а на выходах 11 и 12 — гармонические колебаниЯ l2 (t) = Um sin (й) t+ P1) и

1з (t) = Um sin (в t + рг) с той же самой амплитудой и частотой, но с дополнительными сдвигами по фазе р1 и pz.

Для того, чтобы при изменении частоты

f входного сигнала фазовые сдвига р1 и сщ оставались постоянными, необходимо обесПЕЧИтЬ ПОСтОЯНСтВО ПРОИЗВЕДЕНИЙ ату1 =

= const и в туг = сопэс, Эти условия могут быть выполнены в том случае, если значение

УпРавлЯемых постоЯнных вРемени су1 и туг обратно пропорциональны значению частоты f, т.е.

1 1

Iy1 = — и Cy2 =

f f

Выходной код(число О) блока 15 преобразования частота — код линейно зависит от частоты f, т.е. D = K« f, где K« — коэффициент передачи блока 15 преобразования частота — код, Полагая, что блоки 13 и 14 кодоуправляемых резисторов имеют идентичные характеристики, можно считать, что их эквивалентныесопротивления R 1и Вэг равны, т.е.

R 1 = R>2 = R> = Rp (2 — 1)/D = m/D, N где N — количество двоичных разрядов, используемых для управления;

D — управляющее число;

R — постоянная;

m — масштабный коэффициент.

Следовательно, значения постоянных

ВРЕМЕНИ ту1 И ty2 ОПИСЫВаЮтСЯ СЛЕДУЮЩИМИ выражениями;

1 m 1 y1 - =С1 Вэ1 = С1 m — = С1—

О Кчн

1 m 1 туг = С2 Вэг = С2 m — — С2

D Кчн откуда следует, что действительно значения постоянных времени су1 и туг обратно про10 порциональны значению частоты f входного сигнала.

Максимально возможное изменение сдвига фазы в первом управляемом фаэовращателе в диапазоне от минус 180 до ми15 нус 360О, а во втором управляемом фаэовращателе — в диапазоне от 0 до минус.

180О.

Для получения на третьем выходе 12 преобразователя фазового сдвига, равного

20 минус 120 (фаза В), необходимо выполнить условие, чтобы произведение а туг = tg () = 3. 2

Для получения на втором выходе 11 пре25 образователя фазового сдвига, равного минус 240 (фаза С), необходимо выполнить условие, чтобы произведение вт„1 = 3/3.

При этом суммарный фазовый сдвиг на втором выходе преобразователя составляет

P1 = — л — 2 arctg (3/3) = — 240

Из соотношения иr г Сг R3 Сг УЗ (с) Ту1 С1 Кэ С1 y3/3 следует, что емкость С2 конденсатора 8 должна быть в три раза больше емкости С1 конденсатора 4.

Технико-экономический эффект заключается в том, что обеспечиваются стабильные фазовые сдвиги выходных колебаний независимо.от изменений частоты входного сигнала, т.е, расширяются функциональные возможности преобразователя. Применение кодоуправляемых резисторов позволяет расширить диапазон рабочих частот преобразователя, поскольку диапазон изменения эквивалентных сопротивлений кодоуправляемых резисторов определяется, в первую очередь, количеством разрядов, используемых для управления. Применение кодоуправляемых резисторов позволяет также повысить точность задания и стабильность поддержания фазовых сдвигов по сравнению с аналоговыми устройствами, такими как полевые транзисторы, аналоговые перемножители и т.п, Построение преобразователя однофазного напряжения в трехфазное с использованием параллельно включенных управляемых фазовращателей

1718348

45

Составитель В.Дубровин

Техред М.Моргентал Корректор M,Äåì÷èê

Редактор Т.Юрчикова

Заказ 889 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 позволяет производить независимые регулировки (подстройки) фазовых сдвигов на выходах преобразователя, что повышает его эксплуатационные возможности.

Преобразователь может быть выполнен в виде монолитной интегральной микросхемы, поскольку реализация блоков кодоуправляемых резисторов как с независимым, так и зависимым подключением выходных шин относительно шины нулевого потенциала не представляет технических трудностей.

Формула изобретения

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий первый операционный усилитель, к инвертирующему входу которого подключена общая точка соединения первого и второго резисторов, а к неинвертирующему входу — первый вывод первого конденсатора, второй операционный усилитель, к инвертирующему входу которого подключена общая точка соединения третьего и четвертого резисторов, а к неинвертирующему входу — первый вывод второго конденсатора, и два управляемых резистивных элемента, управляющий вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом системы управления, причем свободные выводы второго и четвертого резисторов подключены, соответственно, к выходам первого и второго операционного усилителей, образующим соответственно второй и третий выходные выводы для подключения нагрузки, свободные выводы первого резистора и первого конденсатора объединены между собой в общую точку, соединенную с входным выводом для подключения источника питания, объединенным с первым выходным выводом, первый

5 управляемый резистивный элемент включен между нулевым выводом для подключения нулевой шины и неинвертирующим входом первого операционного усилителя, а второй управляемый резистивный элемент

10 одним выводом подключен к неинвертирующему входу второго операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения стабильных фазо15 вых сдвигов выходного напряжения при изменении частоты входного напряжения, каждый из управляемых резистивных элементов выполнен в виде блока кодоуправляемых резисторов, управляющий вход

20 которого выполнен в виде N-разрядной шины, а в качестве системы управления использован блок преобразования частота— код, выход которого выполнен в виде N-разрядной шины, каждый разряд которой сое25 динен с соответствующим разрядом управляющего входа каждого из блоков кодоуправляемых резисторов, причем другой вывод второго управляемого резистивного элемента соединен со свободным выводом

30 третьего резистора, входом системы управления, образованным входом. блока преобразования частота — код и с входным выводом, а свободный вывод второго конденсатора соединен с нулевым выводом.