Устройство для преобразования однофазного напряжения в трехфазное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического управления тиристог-ными преобразователями. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, а также повышение качества трехфазной системы напряжений путем уменьшения асимметрии и повышения стабильности фазовых сдвигов в диапазоне перестройки частоты, повышения стабильности частоты я автономном режиме. Устройство содержит соединенные определенным образом однофазный генератор 1, логическое устройство 2, преобразователь 3 фаз, два усилителя-ограничителя 4 и 5, датчик 6 фазового рассогласования, интегрирующий блок 7, стабилизатор 8 фазового сдвига и источник 9 синхронизирующего сигнала,. Введение в однофазный генератор аналогового перемножителя 32, конденсатора 33 и трех резисторов 34, 35 и 36, а в логическое устройство 2 - блока 37 контроля частоты и логического элемента ИЛИ 38, (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU „„1653098 (1) Н 02 М 5/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4709346/07 (22) 23.06.89 (46) 30.05.91. Вюл. Р 20 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовой полупроводниковой техники (72) В.С. Дубровин (53) 621.314.25(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 702469, кл. H 02 M 5/ 14, 1978.

Кисляков В .М., Трошикин В.М.Анализ работы трехфазного задающего генератора на интегральных микросхемах.

Электротехническая промьпппеннасть.

Сер. 11реобраэовательная техника, 1979, h> 7р с. 12. (54) УСТРОЙСТВО ДПЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ОДНОФАЗНОГО НАПРЯБЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического управления тиристорными преобразователями. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей, а также повышение качества трехфазной системы напряжений путем уменьшения асимметрии и повышения стабильности фазовых сдвигов в диапазоне перестройки частоты, повышения стабильности частоты и автономном режиме. Устройство содержит соединенные определенным образом однофазньп генератор 1, логическое устройство 2, преобразователь 3 фаз, два усилителя-ограничителя 4 и 5 датчик 6 фазового рассогласования, интегрирующий блок 7, стабилизатор 8 фазового. сдвига и источник 9 синхронизируюцего сигнала. Введение в однофазнык генератор аналогового перемножителя 32, конденсатора 33 и трех резисторов 34, 35 и 36, а в логическое устройство 2 — блока 37 контроля частоты и логического элемента ИЛИ 38, I

1653098 а также включение между источником синхронизирующего сигнала и третьим входом логического устройства стабилизатора 39 синхронизирующего сиг5 нала позволяет регулировать частоту и амплитуду выходных колебаний в широl

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического управления тиристорными преобразователями. 15

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей, а также повышение качества трехфазной системы напряжений путем уменьшения асимметрии и повьш ения стабильности фазовых сдвигов в диапазоне перестройки частоты, повышения стабильности частоты в автоматическом режиме.

На фиг, 1 представлена функциональная схема предложенного преобразователя; на фиг. 2 — характеристика "входвыход" блока контроля частоты; на фиг. 3 - векторные диаграммы напряжений преобразователя фаз.

Устройство для греобразования одно- 0 фазного напряжения в трехфазное содержит однофазный генератор 1 с управляющим и синхронизирующжч входами, логическое устройство 2 с тремя входами, преобразователь, фаз 3 с двумя входами и шестью выходами, первый 4 и вто- 3 рой 5 усилители-ограничители, датчик

6 фазового рассогласования, интегрирующий блок 7, стабилизатор 8 фазового сдвига и источник 9 синхронизирую10 щего сигнала, причем управляющий и синхронизирующий входы однофазного генератора 1 подключены соответственно к выходу интегрирующего блока 7 и выходу логического устройства 2> первый и второй входы которого соединены с выходом первого 4 и выходом второго

5 усилителей-ограничителей, вход однофазного генератора 1 соединен с первым выходом преобразователя фаз 3 и входом стабилизатора 8 фазового сдвига, 50 выход которого соединен с вторым входом преобразователя фаз 3, первый выход которого соединен с входом первого усилителя-ограничителя 4 и первым выходом 10 устройства для однофазного преобразования напряжения в трехфазное„ второй 11, третий 12, четвертый 13, пятый 14 и шестой 15 выходь1 которого ких пределах, уменьшить влияние на выходные параметры амплитуды и формы синхронизирующего сигнала, обеспечить в случае аварии работу преобразователя в автономном режиме с фиксированной частотой. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. соединены с вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым выходами преобразователя фаз 3, вход интегрирующего блока 7 подключен к выходу датчика 6 фазового рассогласования, первый и второй входы которого соединены с выходом первого 4 и выходом второго 5 усилителей-ограничителей, третий вход логического устройства 2 соединен с входом второго усилителя-ограничителя 5, причем в однофазном генераторе

1, выполненном из дифференциального усилителя 16 постоянного тока, стабилизатора 17 амплитуды, первого 18 и второго 19 конденсаторов, первого

20, второго 21 третьего 22, четвертого 23 и пятого 24 резисторов, стабилизатор 17 амплитуды включен между выходом и инвертирующим входом дифференциального усилителя 16 постоянного тока, к неинвертирующему входу которого подключены одним выводом второй конденсатор i9 и второй резис-, тор 20, второй вывод которого соединен с общей шиной, между инвертирующим входом дифференциального усилителя 16 постоянного тока и общей шиной включены последовательно соединенные третий 22 и четвертый 23 резисторы, синхронизирующий вход и выход однофазного генератора 1 соединены с первым выводом пятого резистора 24 и выходом дифференциального усилителя

16 постоянного тока, к выходу которого одним вЫводом подключен первый резистор 20, второй вывод которого соединен с выводом первого конденсатора

18, второй вывод пятого резистора 24 соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 16 постоянного тока. Первый и второй входы логического устройства 2, состоящего из датчика 25 напряжения, триггера 26, первого 27 и второго 28 формирователей узких импульсов, логической схемы

И 29 с двумя входами и реле 30 с замыкающим контактом 31 соединены с входами первого 27 и второго 28 фор1653098 разсвателя фаз 3 соединен " первыми входамн первого 40 и второго 4t сумд иаторов, с входом первого инвертора

42 и первым выходом преобразователя фаэ 3, второй вход которо:о соединен с вторым входом первого сумматора 40, с выход которого соединен с вторым вхо. дом второго сумматора 41, с входом третьего инвертора 44 и пятьж выл одом

14 преобразователя фаз 3, второй 11, третий 12, четвертый 13 и шестой 15 е- выходы которого соединены с выходами

2, первого инвертора 42 второго сумматора 41, второго 43 и третьего 44 инверторов, а выход второго сумматора

4" соединен с входом второго инвертора 43. устройство работает следующты сб6 20 разом.

У Сднофаэный генератор 1 содержит ч- дифференциальный усилитель 16 постояно- ногс тока, стабилизатор 17 амплитуды, р частотно-задающие элементы: конденсаом 25 торы 18 и 19, резисторы 20, 21, 34, 35 и 36 и управляемый резистор, выполненньй из резисторов 2? и 23 и аналогового перемножителя 32. оНапряжение на выходе аналогового перемножителя 32 определяется как

"зг мЕ Ъ

3 хяг

R22/(1 к мЕ Ч) мирователей узких импульсов, выходы которых соединены с первым и вторым входами логической схемы И 29, выхо которой соединен с первым входом триггера 26, к выходу которого подключено реле 30, один вывод замыкающего контакта 31 которого соединен третьим входом логического устройства Z и входом датчика 25 напряжения а другой вывод соединен с выходом логического устройства 2, при этом однофазньп генератор 1 включает в с ,бя также аналоговый перемножнтель 3 третий конденсатор 33, шестой 34, седьмой 35 и восьмой 36 резисторы, причем первый и второй входы и выход аналогового перемножителя 32 подклю чены соответственно к инвертирующему входу дифференциального усилителя 1 постоянного тока, управляющему вход однофазного генератора 1 и общей то ке соединения третьего 22 и четверт го 23 резисторов, третий конденсато

33 включен между инвертирующим вход дифференциального усилителя 16 пост янного тока и общей шиной, шестой резистор 34 включен между выходом и инвертирующим входом дифференциальн го усилителя 16 постоянного тока, седьмой резистор 35 подключен парал лельно первому конденсатору 18, свободный вывод которого соединен с общей шиной и свободньм выводом второго конденсатора 19, восьмой резистор

36 одним выводом подключен к общей точке соединения первого конденсатора 18 и первого резистора 20, а другим — к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 16 постоянного тока.

Логическое устройство 2 включает в себя также блок 37 контроля частоты и логическую схему ИЛИ 38 с двумя входаья, причем вход и выход блока

37 контроля частоты соединены с тре- . тьим входом логического устройства 2 и первым входом логической схемы ИЛИ

38, второй вход и выход которой подключен к выходу датчика 25 напряжения и второму входу триггера 26, а межцу источником 9 синхронизирующего сигнала и третьим входом логического устройства 2 дополнительно включен стабилизатор 39 синхросигнала.

Преобразователь фаз 3 выполнен из первого 40 и второго 41 сумматоров, первого 42, второго 43 и третьего 44 инверторов, причем первый вход преоб3 где Км коэфф ц ент переда мно тельного устройства 32;

E — напряжение на управляющем

1 входе гене рат ор а 1; д — напряжение на инвертирующем

40 входе дифференциального усилителя 16 постоянного тока.

Разность напряжений (U® — Б ) определяет величину тока I 2, протекаю щего через резистор 22, поэтому вели45 чина управляемого резистора

Для обеспечения возбуждения колебаний в генераторе конденсатор 33 выбирается из условия

С.ц= Сщ .(1+ — ) +

R20

R54 R2l

Д6 + 4р,, д,ф R2 о )

34- 34 9

1653098 а частота возникающих колебаний определяется выражением

R2 t +1 36 2о ° 1 М 1 34+- — (1 + ) — 1/2

1 К R. 1 1 К, 2ц С@ С19 Rgo R з

Отсюда следует, что, изменяя сопро.! тивления резистора В (напряжение управления Е ), можно менять частоту выходного сигнала, не нарушая при 10 этом условия возбуждения, т„е„ такой генератор является генератором с одним управляемым резистором, в котором при перестройке частоты в рабочем диапазоне амплитуда вьг одных колеба- > ний остается постоянной.

Через резистор 24 поступает синхронизируюций сигнал на инвертирующий вход дифферендиального усилителя 16 постоянного тока однофаэного генера- ?0 тора 1.

Для уменьшения влияния уровня синхросигнала на амплитуду и форму выходных колебаний однофазного генератора 1 к выходу источника 9 синхрони- 2

25 зирующего сигнала подключен стабилизатор 39 синхрониэирующего сигнала, который поддерживает амплитуду синхросигнала на постоянном уровне„

При отсутствии Hà : r "-..H Hà. B(точ 10 нике 9 синхрониэирующего сигнала на выходах датчика 25 напряжения блока

37 контроля частоты и логической схемы ИЛИ 38 присутствуют сигналы с уровнем "1". Триггер 26 устанавливается в такое положение, при котором контакт 31 реле 30 логического устройства 2 разомкнут и интегрируюиий блок

7 выдает на выходе постоянное напряжение, определяющее собственную час- 10 тоту однофазного генератора 1 в автономном режиме. . При появленхи напряжения на выходе источника 9 синхрониэирующего сигнала на выходе датчика 25 напряже- z,5 ния, а следовательно„ и на первом входе логической схемы ИЛИ" 38 появляется сигнал "0" Однако уровень сигнала на втором входе триггера 26 íе изменяется до тех пор, пока на втором;0 входе логической схемы ИЛИ 38, т.е,, на выходе блока 37 контроля частоты,, также че появляется сигнал "0 . Это происходит только в том случае, когда частота синхросигнана находится в допустимых пределах (фиг.2), Верхний Гв, и нижний 1, граничные пороги срабатывания блока 37 контроля частоты выбираются исходя из допустимых отклонений частоты синхросигнала от номинального значения Х

При нахождении частоты синхросигнала в допустимых пределах Хв р )

) Й ц„) f „, на выходе блока 37 контроля частоты присутствует сигнал с

11 l1 уровнем 0 . В этом случае с второго входа триггера 26 снимается сиг1С тт нал 1 и триггер 2 6 подготавливается к переключению по первому входу .

Первый 4 и второй 5 усилители-огр аничи тели формируют прямоугольные сигналы из гармонических сигналов

Р однофазного генератора 1 и источника

9 синхронизирующего сигнала.

Формирователи 27 и 28 узких импульсов логического устройства 2 формируют импульсы при переходе через нуль кривых напряжения однофазного генератора 1 и источника 9 синхросигнала. Сформированные импульсы поступают на первый и второй входы логической схемы И 29 и в момент совпадения триггер 26 переводится в такое состояние, при котором включаются реле 30„ переводя интегрирующий блок 7 в режим интегрирования и замыкая эамыкаюцж контакт 31.

При этом однофаэный генератор 1 входит в режим эахватывания частоты и работает синхронно на частоте источника 9 синхросигнала. Если собственная часто-а однофазного генератора

1 и источника 9 синхросигнала равны между собой, то фазовый сдвиг между синхронизируемыми напряжениями отсутствует.

При неравных частотах появляется фазовый сдвиг между напряжениями однофаэного генератора 1 и источника 9 синхрочизирующеro oHrH, H BbI» ходе датчика 6 фазового рассогласования появляются прямоугольные импульсы, длительность и полярность которых определяется величиной и знаком фазового рассогласования.

Импульсный сигнал, преобразованный интегрируюцим блоком 7 в потенциальный, воздействует на управляющим вход однофаэногс генератора 1 и изменяет его частоту до тех пор,пока фазовый сдвиг не будет равен нулю, при этом собственная частота однофазного генератора 1 становится равной частоте источника 9 синхронизирующего сигнала.

При нахождении измеряемой (контролируемой) частоты вблизи граничных

1653098

10 значений 1 II.rp u f s p блок 37 контроля частоты может легко срабатывать при любой паже незначительной помехе, вызванной девиацией синхросигнала по частоте. Повьш1енная помехозащищенность обеспечивается за счет введения гистерезисной характеристики (фиг. 2) блока 37 контроля частоты.

Изменяя.положение частот f1, f2 и f3/

f4, можно регулировать зону нечувствительности, т.е. ширину гистерезисной характеристики.

Действительно, если частота синхросигнала 1 изменяется от номинального значения fo в сторону увеличения, то переключения не происходит до тех пор, пока f не превысит значения Й 1.

Дальнейшее увеличение частоты 1: > не изменяет состояния блока 37 конт- щ роля частоты.

Если же частота синхросигнала начинает уменьшаться и опять достигает значения f1 то и в этом случае не произойдет обратного переключения бло- 5 ка 37 контроля частоты, пока частота синхросигнала не достигнет значения Г .

Аналогично работает блок 37 контроля частоты и при изменении частоты синхросигнала в сторону уменьшения, 30 т.е. при нахождении f вблизи нижней граничной частоты f8 <-P

Система трехфазных напряжений (фиг. 3) получается в преобразователе фаз 3 путем геОметрическогО суммирО вания в требуемых пропорциях ортогональных сину-соидальных напряжений: выходного напряжения однофазного генератора 1 и выходного напряжения стабилизатора 8 фазового сдвига,обес- 40 печиваюцего постоянньп1 фазовый сдвиг

1 =

= Т1 /2 в рабочем диапазоне частот.

О

С помощью первого сумматора 40, который является инвертирующим, суммируются векторы напряжения 08 и U<>(g.45

Коэффициент передачи сумматора 40 по первому входу равен 1/2, по второму 3/2 в результате на выходе сумматора 40 появляется напряжение 11 (С1 2 О 1о + 2 U< сдвинутое На угол 50

Ч11 = +120 эл.град, по отношению к напряжению U 1О(1 )

С помощью второго сумматора 41, который также является инвертирующим, 55 суммируются ВектОры 01О1д) и 014 () о Ко эффициенты передачи сумматора 41 по первому и второму входам равны еди— нице, поэтому на выходе сумматора 41 появляется напряже н11е 11, 1 угол Ц1- = —; 20 эл. град. по отноше11ию к исходному напряжению Ью(111.

Та1.им образ ом, на выходах 1 О, 1 2 и 14 прес -3разовате11я Однофазнога напрямен11я в трехфазное форм1лруется с1плметрич1лая трехфазназ система напряжений V4, U, U, а на выхo-. дах 11,13 и 15 — инвертированная система симметричных трехфазных ко-з лебаний 0,, U V

Формула изобpeтения

1 Устройство для преобразования однофазпого напряжения в трехфаз.".Ое, содержацее Однофазный генератор с

УИРавля10Ц11ч и синхРоьп1зHPQIOIIIIII I в,;Одами, логическое устройство с тремя входами, преобразователь фаз с двумя входам11 и шестью выхода1п», первый и второй усилители-ограничители, датчик фазового рассогласования, интегрирую1пп1 блок, стабилизатор фазового сдвига и источник синхронизирующего сигнала, причем управляющий и синхронизируюший входы однофазного генератора подключены соответственно к выходу интегрирующего блока и к выходу логического устройства, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом первого и выходом второго усилителей-ограничителей,выход однофазного генератора соединен с первым входом преобразователя фаз и с входом стабилизатора фазового сдвига, выход которого соединен с вторым входом преобразователя фаз, первьпл выход которого соединен с входом первого усилителя-ограничителя и с первым выходом устройства для преобразован.1я однофазного напряжения в трехфазное, второй, третий, четвертьп1, пятый и шестой выходы которого соединены в свою очередь соответственно с вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым выходами преобразователя фаз, вход интегрирующего блока подк1ппчен к выходу датчика фазового рассогласования, первый и второй вход которого соединены соответственно с выходом первого и выходом второго усилителей-ограничителей, третий вход логического устройства соединен с входом второго усилителя-ограничителя, причем в одчофазном генераторе, выполненном из дифференциального усилителя постоянного тока, стабилиза1653098 тора амплитуды, первого п второго конденсаторов, первого, второго, третьего, четвертого и пятого резисторов, стабилизатор амплитуды включен между выходом и инвертирующим входом дифференциального усилителя постоянного тока, к неинвертирующему входу которого подключены одним выводом второи конденсатор и второй резистор, второй 10 вывод которого соединен с общей шиной, между инвертируюцим входом дифференциального усилителя постоянного тока и общей шиной включены последовательно соединенные третий и четвертый резисторы, синхронизирующий вход и выход однофазного генератора соединены соответственно с одним выводом пятого резистора и выходом дифференциального усилителя постоянного тока, 2б к выходу которого одним выводом подключен первый резистор, второй вывод которого соединен с выходом первого конденсатора, при этом в логическом устройстве, выполненном из датчика на->5 пряжения, триггера., первого и второго формирователей узких импульсов, логической схемы И с двумя входами, и реле с контактом, первый и второй входы логического устройства соединены с 30 входами соответственно первого и вто-, рого формирователей: узких импульсов выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами логической схемы И, выход которой соединен с первым входом триггера, к выходу второго подключено реле, один вывод контакта которого соединен с третьим входом логического устройства и входом датчика напряжения, а другой вы- 4б вод соединен с выходом логического устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цепью расширения функциональных возможностей, а также повышения качества трехфазной системы на- 45 пряжений путем уменьшения асимметрии и повышения стабильности фазовых сдвигов в диапазоне перестройки частоты, повышения стабильпости частоты в автономном резюме, в однофазный генератор дополнительно введены аналоговый перемножитель, третий конденсатор, шестой, седьмой и восьмой резисторы, причем первый, второй входы и выхоц аналогового перемножителя под55 ключены соответственно к инвертирующему входу дифференциального усилителя постоянного тока, управляющему

1 входу однофазного генератора и общей точке соединения трптьего и четвертого резисторов, третий конденсатор включен между инвертирующим входом дифференциального усилителя постоянного тока и общей шиной, шестой резистор включен между выходом и инвертируюыим входом дифференциального усилителя постоянного тока, с которым соединены свободный вывод пятого резистора, седьмой резистор подключен параллельно первому конденсатору, свободный вывод которого соединен с общей ниной и свободным выводом второго конденсатора, восьмой резистор одним выводом подключен к общей точке соединения первого конденсатора и первого резистора, а другим — к неинвертирующему входу дифференциального усилителя постоянного тока, при этом в логическое устройство дополнительно введены блок контроля частоты и логическая схема ИЛИ с двумя входами, причем вход и выход блока контроля частоты соединены соответственно с третьим входом логического устройства и первым входом логической схемы ИЛИ, второй вход и выход которого подключен соответственно к выходу датчика напряжения и к второму входу триггера, а между источником синхронизирующего сигнала и третьим входом логического устройства дополнительно включен стабилизатор синхросигнала.

2. Устройство по и. i о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что преобразователь фаз выполнен из первого и второго сумматоров, первого, второго и третьего инверторов, причем первый вход преобразователя фаз соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, с входом первого инвертора и первым выходом преобразователя фаз, второй вход которого соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, с входом третьего инвертора и пятым выходом преобразователя фаз, второй, третий, четвертый и шестой выходы которого соединены соответственно с выходом первого инвертора, выходом второго сумматора, выходом второго инвертора и выходом третьего инвертора, а выход второго сумматора соединен с входом второго инвертора.

1653098

Фи2. 2 е

Составитель А. Логинов

Редактор Л.Пчолинская Техред Л.Олийнык Корректор М Самборская

Заказ 1778 Тираж 391 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101