Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное
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
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
5U 1775819 А1 (51)5 Н 02 M 5/14
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
";.), ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
lul 00 ъ
l (21) 4907852/07 (22) 05.02,91 (46) 15,11,92. Бюл. ¹ 42 (71) Научно-производственное объединение силовой электроники (72) В.С.Дубровин (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 1352598, кл. H 02 М 5/14, 1987.
Авторское свидетельство СССР № 1718348, кл. Н 02 М 5/14, 1990. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО
НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ (57) 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
1775819 неинвертирующему входу которого подключен одним выводом двухполюсник 8, кодоуправляемый двухполюсник 9, включенный между неинвертирующим входом операционного усилителя 1 и общей шиной, кодоуправляемый двухполюсник 10, одним выводом подключенный к неинвертирующему входу операционного усилителя 5, а также блок 11 управления, к выходкой
N-разрядной шине которого подключены Nразрядные 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 однофаэный 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 фазосдвигающего 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 трехфаэное, 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 усилитсля 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 э.п, ф-лы, 1 ил. вертирующему входу второго операционного усилителя. второй двухполюсник, выполненный из второго конденсатора и включенный между неинвертирующим вхо5 дом второго операционного усилителя и общей шиной, первый кодоуправляемый двухполюсник, выполненный из первого блока кодоуправляемых резисторов и включенный между неинвертирующим входом
10 первого операционного усилителя и общей шиной, второй кодоуправляемый двухполюсник, выполненный из второго блока кодоуправляемых резисторов и включенный между свободным выводом четвертого ре15 эистора и неинвертиру.ощим входом второго операционного усилителя, а также блок управления, выполненный иэ блока преобразования "частота-код", причем общая точка соединения второго резистора и первого
20 двухполюсника, общая точка соединения четвертого резистора и второго кодоуправляемого двухполюсника, а также вход блока управления образуют входной вывод для подключения однофазного источника, к ко25 торому 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 N30 разрядной шине блока управления подключены N-разрядные шины первого и второго кодоуправляемых двухполюсников.
В первом кодоуправляемом двухполюснике один вывод соединен с общей шиной, 35 во втором двухполюснике должно обеспечиваться независимое подключение выходных шин (выводов). Однако в подобных кодоуправляемых двухполюсниках обеспечивается повышенная точность при подключении
40 одного из выводов к шине нулевого потенциала.
1775819
Целью изобретения является улучшение симметрии и повышение стабильности фазовых сдвигов формируемых колебаний.
Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе однофаэного напряже- 5 ния в трехфаэное, содержащем первый операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен первый резистор, а между инвертирующим и неинвертирующим входами 10 — последовательно соединенные второй резистор и первый двухполюсник, второй операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен третий резистор, четвертый ре- 15 зистор, подключенный одним выводом к инвертирующему входу второго операционного усилителя, к неинвертирующему входу которого подключен одним выводом второй двухполюсник, первый кодоуправляемый 20 двухполюсник, включенный между неинвертирующим входом первого операционного усилителя и общей шиной, второй кодоуправляемый двухполюсник, одним выводом подключенный к неинвертирующему 25 входу второго операционного усилителя, а также блок управления, к выходной N-разрядной шине которого подключены N-разрядные шины первого и второго кодоуправляемых двухполюсников, причем 30 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, 35 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- 40 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. 45
Кодоуправляемые двухполюсники выполнены из преобразователей кода в сопротивление, эквивалентное сопротивление которых обратно пропорционально коэффициенту, зависящему от цифровото кода, 50 блок управления выполнен из преобразователя "частота-код", а первый и второй двухполюсники иэ конденсаторов.Кодоуправляемые двухполюсники могут быть выполнены иэ преобразователей 55 кода в проводимость. эквивалентная проводимость которых прямо пропорциональна коэффициенту, зависящему от цифрового кода, Кодоуправляем ые двух пол юсн ики могут быть выполнены из преобразователей кода в эквивалентную индуктивность, значение которой обратно 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 пропорциональна 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 кодоуправляемых двухполюсников, причем общая точка соединения второ го резистора 3 и первого двухполюсника 4 и вход блока 11 управления объединены между собой в общую точку. соединенную с входным выводом 12для 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 операционногo 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 вывод второго кодоуправляемого резистора 0 соединен с общей шиной, Кодоуправляемые двухполюсники 9, 10 могут быть выполнены l13 преобразопателей кода в сопротивление, эквивалентное сл1775819 противление которых обратно пропорционально коэффициенту, зависящему от цифрового кода, блок 11 управления выполнен иэ преобразователя "частота-код", а первый
4 и второй 8 двухполюсники — иэ конденсаторов, Кодоуправляемые двухполюсники 9, 10 могут быть выполнены иэ 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 управления выполнен из преобразователя
"период-код", а первый 4 и второй 8 двухпол юсники — 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 усилитель 5, резисторы 6 и 7, двухполюсник 8 и кодоуправляемый двухполюсник 10 образуют второй управляемый фазовращатель, Передаточная функция управляемого фаэовращателя (при равенстве сопротивлений первого 2, второго 3, третьего 6 и четвертого 7 резисторов) описывается следующим выражением:
w (s)— где Z (8) — операторное сопротивление неуправляемых двухполюсников 4 и 3;
Za(S) — операторное сопротивление управляемых двухполюсников 9 и 10.
Если первый 4 и второй 8 двухполюсники выполнены из конденсаторов, э кодоупрэвляемые двухполюсники 9 и 10 — из преобразователей кода в сопротивление, то
Zo(S) 1/CoS и Za(S) = Ra, где Со — емкость первого 4 и второго 8 двухполюсников;
Ra — эквивалентное сопротивление двухполюсников 9 и 10, 30
sn. град. (фаза В).
Для того, чтобы при изменении частоты
f фазовые сдвиги р1 и . оставались постоянными, необходимо выполнить следующее условие 0 Яэ = const.
Если эквивалентное сопротивление R будет изменяться обратно пропорционально цифровому коду D>, который, в свою очередь, будет линейно зависеть.от частоты f входного сигнала, то произведение э — 1 — — 1 а1 m< 1m<
01 K> f Ki — const, где m< и К1 — масштабные коэффициенты кодоуправляемых .двухполюсников 9, 10 и
50 блока 11 управления, соответственно;
Dt — управляющее число преобразователя "частота-код", из которого выполнен блок управления 11.
Стабильные фазовые с двиги р1 и @.
55 можно получить и в том случае, если кодоуправляемые двухполюсники 9 и 10 выполнены иэ преобразователей кода в проводимость, . эквивалентная проводимость которых прямо пропорциональна цифровому коду 01
Ga am2D3
В этом случае периодическая функция управляемых фэзовращателей принимает следующий вид: т;$ — 1 ®,S+1 где гэ = CoRa — управляемая постоянная времени.
Коэффициент передачи управляемых фазовращателей не зависит от частоты f входного сигнала и равен единице, а сдвиг фазы определяется выражением р(в) = — л — 2 arctg (2 л1Сцйа), При подаче на вход 12 устройства напряжения
eax(t) = Um з! и в t с амплитудным значением Um и круговой частотой в = 2л f на. первом выходе 13 устанавливаются гармонические колебания
eg(t)=Um sin cut с нулевой начальной фазой (фаза А), а на выходах 14 и 15 — гармонические колебания
e (t) = Umsin (mt — ps) и ез{т) = Um sin (в 1 + pz) с той же самой амплитудой и частотой, но с дополнительными сдвигами по фазе р> и щ.
Для заданного значения частоты f =, 4 и выборе параметров Со и Ra из условия
2 ю оСойэ = 1/ 3 на втором выходе 14 устанавливаются гармонические колебания с фазовым сдвигом
pi=+120 эл.град. (фаза С), а на третьем выходе 15 — с фазовым сдвигом а = -120
1775819
10 где в2 — масштабный коэффициент преобразователя кода в проводимость.
В этом случае произведение т Rs —
1 1 1 1 1
Кэ в201 Kt mz f K> mz также остается постоянной величиной, а следовательно, фазовые сдвиги р1 и pz не будут зависеть от частоты входного сигнала.
Если первый 4 и второй 8 двухполюсники выполнены из резисторов, а кодоуправляемые двухполюсники 9 и 10 — из преобразователей кода в эквивалентную индуктивность, то
Zo(S) = R0 и Z (S) = SLý, где R> — сопротивление первого 4 и второго
8 двухполюсников;
1 э — эквивалентная индуктивность двухполюсников 9 и 10.
Сдвиг фазы определяется выражением
Р(В) = -m — 2arCtg (2Лf 4/Rî,)
Для получения симметричной трехфазной системы выходных колебаний необходимо выполнить условие:
2 л 4Ь/Rg = 1/ ГЗ.
Если эквивалентная индуктивность 1э будет изменяться обратно пропорционально цифровому коду D1, то произведение вэ вэ 1 вз
fr=1 -=f — — =—
D1 К1 где вэ — масштабный коэффициент преобразователя кода в эквивалентную индуктивность.
Если первый 4 и второй 8 двухполюсники выполнены из резисторов, а кодоуправляемые двухполюсники 9 и 10 — иэ имитаторов емкости, то
Zp(S) = Ro и 2э($) = 1/Сэ$. где Сэ — эквивалентная емкость кодоуправляемых двухполюсников 9 и 10.
В этом случае передаточная функция управляемых фазовращателей описывается следующим выражением:
1 — Гэ 3
vz(S) = 1+7 5 где тэ = RpCg управляемая постоянная времени.
Сдвиг фазы определяется выражением р(в)= -2 arctg (2 л Л4Сэ).
Для заданного значения частоты f - fo u выборе параметров Сэ и Яо иэ условия
2 1г оСэ о =&3 на втором выходе 14 устанавливаются гармонические колебания с фаэовым сдвигом
p1= -120 эл.град. (фаэа В), а на третьем выходе 15 с фазовым сдвигом р = + 120 эл.град. (фаза С).
Для получения стабильных фазовых сдвигов, инвариантных к изменению входной частоты f, необходимо выполнить условие
5 fC = const.
Если эквивалентная емкость Сэ будет изменяться прямо пропорционально цифровому коду Dz, который, в свою очередь, будет линейно зависеть от периода Т = 1/f.
10 то произведение
fCs = fm4Dz = fm4Kz — = mzKz где m4 и Kz — масштабные коэффициенты кодоуправляемых двухполюсников 9, 10 и
15 блока 11 управления, соответственно;
Dz — управляющее число преобразователя "период-код", из которого выполнен блок 11 управления.
Технико-зкономический эффект заключается в
20 том, что, применение двух идентичных заземленных кодоуправляемых двухполюсников позволило улучшитьсимметрию и повысить стабильность фазовых сдвигов формируемых колебаний.
Формула изобретения
25 1. Преоб эзователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий первый операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен первый резистор, а между ин30 вертирующим и неинвертирующим входами — последовательно соединенные второй резистор и первый двухполюсник, второй операционный усилитель, между инвертирующим входом и выходом которого включен третий
35 резистор, четвертый .резистор, подключенный одним выводом к инвертирующему входу второго операционного усилителя, к неинвертирующему входу которого подключен одним выводом второй двухполюсник, 40 первый кодоуправляемый двухполюсник, включенный между неинвертирующим входом первого операционного усилителя и общей шиной, второй кодоуправляемый двухполюсник, одним выводом подключен45 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 кодоуправляемых двухпо50 люсников. причем общая точка соединения второго резистора и первого двухполюсника и вход блока управления объединены между собой в общую точку, соедиченную с входным выводом для подключения входно55 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 и и ч а ю щ и1775819
Соста итель В,Дубровин
Техред М.Моргентал Корректор Н,Ревская
Редактор T.ÈâàíoBà
Заказ 4039 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
11 и 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 под- 5 ключены к второму выходному выводу, а свободный вывод второго кодоуправляемого резистора соединен с общей шиной, 2. Преобразователь по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что кодоуправляемые двухпо- .10 люсники выполнены из преобразователей кода в сопротивление, эквивалентное сопротивление которых обратно пропорцио. нально коэффициенту, зависящему от цифрового кода, блок управления выполнен 15 из преобразователя частота-код, а первый и второй двухполюсники — из конденсаторов, 3. Преобразователь по п.2, о т л и ч а юшийся тем, что кодоуправляемые двухпо- 20 люсники выполнены из преобразователей кода в проводимость, эквивалентная проводимость которых прямо пропорциональна коэффициенту, зависящему от цифрового кода.
4, Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что кодоуправляемые двухполесники выполнены из преобразователей кода в эквивалентную индуктивность, значение которой обратно пропорционально коэффициенту, зависящему от цифрового кода, блок управления выполнен из преобразователя частота-код, а первый и второй двухполюсники — иэ резисторов.
5. Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что кодоуправляемые двухполюсники выполнены из имитаторов емкости, эквивалентная емкость которых прямо пропорциональна коэффициенту, зависящему от цифрового кода; блок управления выполнен иэ преобразователя период-код, а первый и второй двухполюсники — из резисторов.