Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении систем управления вентильных электроприводов. Цель изобретения -обеспечение регулировок фазовых сдвигов выходных колебаний при сохранении стабильных амплитуд на выходах преобразователя . Устройство включает два интегратора 1, 2, одни входы которых соединены с входным 7 и выходным 11 выводами, а также с входом блока 5 преобразователя частота-напряжение и первыми входами соответственно инвертирующего 6 и неинвертирующего 10 сумматоров, выходы которых соединены соответственно с выходными выводами 12,13. Выход блока 5 через потенциометры 8,9 соединен соответственно с управляющими входами аналоговых перемножителей 3, 4, включенных между выходами и другими входами соответствующих интеграторов. Выходы аналоговых перемножителей 3, 4 соединены с вторыми входами соответствующих сумматоров 6, 10. Указанное выполнение устройства позволяет скомпенсировать погрешности, вызванные разбросом параметров силовой схемы устройства , и ускорить его настройку. При этом постоянство фазовых сдвигов обеспечивается независимо от входной частоты. 1 ил. ч fe VI ел 00 VI О О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 M 5/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4799921/07 (22) 06.03.90 (46) 30,08.92. Бюл. ¹ 32 (71) Научно-производственное обьединение

"Силовая электроника" (72) В.С. Дубровин (56) Авторское свидетельство СССР № 1432693, кл. Н 02 M 5/02, 1988.

Авторское свидетельство СССР № 1674332, кл, Н 02 M 5/16. 1989. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении систем управления вентильных электроприводов. Цель изобретения — обеспечение регулировок фазовых сдвигов выходных колебаний при сохранении стабильных амплитуд на выходах преобразователя. Устройство включает два интегра Ы;, 1758799 А1 тора 1, 2, одни входы которых соединены с входным 7 и выходным 11 выводами, а также с входом блока 5 преобразователя "частота-напряжение" и первыми входами соответственно инвертирующего 6 и неинвертирующего 10 сумматоров, выходы которых соединены соответственно с выходными выводами 12, 13. Выход блока 5 через поте н циометры 8, 9 соединен соответственно с управляющими входами аналоговых перемножителей 3, 4, включенных между выходами и другими входами соответствующих интеграторов, Выходы аналоговых перемножителей 3, 4 соединены с вторыми входами соответствующих сумматоров 6, 10.

Указанное выполнение устройства позволяет скомпенсировать погрешности, вызванные разбросом параметров силовой схемы устройства, и ускорить его настройку. При этом постоянство фазовых сдвигов обеспечивается независимо от входной частоты. 1 ил, 1758799

25

=А з|п(и(+ р), Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении систем управления вентильных элекгроприводов.

Известен преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий два последовательно соединенныхуправляемых фэзовращателя и блок преобразования период-напряжение, выход которого соеди= нен с управляющими входами фазоврэщателей, а вход — с входным выводом преобразователя однофазного напряжения в трехфазное, первый, второй и третий выходные выводы которого соединены соответственно с входным выводом преобразователя однофазного напряжения в трехфазное, с выходом первого управляемого фазовращателя и с выходом второго управляемого фазовращателя, при этом вход первого управляемого фазовращателя соединен с входным выводом преобразователя однофазного напряжения в трехфазное.

Преобразователь позволяет получить на своих выводах симметричнуютрехфазную систему гармонических колебаний; Изменяя параметры управляемых фазовращателей, можно регулировать фазовые сдвиги на втором и третьем выходных выводах относительно их номинальных значений

pro = -120 эл. град. и р зо = -240 эл. град.

Однако изменение номинального значения фазового сдвига в первом фазовращателе неизбежно приводит и к изменению фазового сдвига на выходе второго управляемого фазовращателя, то есть на третьем выходе преобразователя. Таким образом в преобразователе не обеспечиваются независимые регулировки фазовых сдвигов относительно их номинальных значений, что является определенным недостатком, поскольку усложняег настройку преобразователя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь однофазнсго напряжения в трехфазное, содержащий однофазный задающий генератор, сумматор с двумя входами, блок преобразования частота-напряжение, первый интегратор с двумя входами, второй интегратор с одним входом, первый и второй аналоговые перемножители и блок преобразования фаз, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходными выводами, а выход однофаэного задающего генератора соединен с перв лм входом сумматора и с входом блока преобразования частота-напряжение, выход которого соединен с управляющим входом первого анало30

56

55, гового перемножителя, выходом соединен ного с первым входом первого интегратора, выход которого соединен с входом первого аналогового перемножителя, причем выход сумматора соединен с входом второго аналогового перемножителя, управляющий вход которого соединен с выходом блока преобразования частота-напряжение, а выход — с вторым входом первого интегратора, выход которого соединен с первым входом блока преобразования фаз, второй вход которого соединен с выходом второго интегратора и с вторым входсм сумматора.

Система трехфазных напряжений на выходах преобразователя однофазного напряжения в трехфазное получается в блоке преобразования фаз путем геометрического суммирования в требуемых пропорциях ортогональных синусоидальных напряжений, поступающих на входы блока преобразования фаз, Принцип преобразования заключается в том, что сумма двух синусоидальных величин с одной и той же частотой и является также синусоидэльной величиной с той же частотой

A1s ln(0> l + pl) + А s in(n) < +rp z)=

А + A) + 2A>Azcos(— p>) щр

A sing + Agsin

А)со$(/31 + А2соs+2

А и Ар — амплитудные значения входных колебаний; р1 и фг — начальные фазы входных колебаний;

А и p — амплитуда и начальная фаза результирующего сигнала.

Часто возникает необходимость производить подстройку фазовых сдвигов р результирующих колебаний относительно их номинальных значений p< = «+ 120 эл. град.

Это легко осуществить с помощью амплитудных значений А1 и Ар ортогональных сигналов, Однако изменение амплитуд А1 и А неизбежно приведет к изменению амплитуды A результирующего колебания.

Таким образом изменение фазовых сдвигов даже в небольших пределах относительно их номинальных значений приводит к изменению амплитуды формируемого сигнала, что является недостатком данного преобразователя

1758799

Цель изобретения — обеспечение регулировок фазовых сдвигов выходных колебаний при сохранении стабильных амплитуд на выходах преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь однофазного напряжения в трехфазное. содержащий первый интегратор с двумя входами, второй интегратор с одним входом, первый и второй аналоговые перемножители, блок преобразования частота-напряжение и инвертирующий сумматор с двумя входами, первый вход которого и вход блока преобразования частота-напряжение соединены с входным выводом для подключения источника однофазного напряжения, причем между выходом первого интегратора и его первым входом включен первый аналоговый перемножитель, дополнительно снабжен первым и вторым потенциометрами, вклю .енными между выходом блока преобразования частота-напряжение и управляющими входами соответственно первого и второго аналоговых перемножителей, а также неинвертирующим сумматором с двумя входами, при этом второй интегратор снабжен вторым дополнительным входом, который соединен с первым входом неинвертирующего сумматора, с вторым входом первого интегратора. входным выводом и первым выходным выводом преобразователя, второй и третий выход;-ые выводы которого соединены caoTB8TcTBGHHo с выходами инвертирующего и неинвертирующего сумматоров, при этом к выходам первого и второго аналоговых перемножителей подключены вторые входы соответственно инвертирующего и неинвертирующего сумматоров, а между выходом второго интегратора и его первым входом включен второй аналоговый перемножитель, На чертеже представлена функциональная схема преобразователя однофазного напряжения в трехфазное, Преобразователь содержит первый интегратор 1 с двумя входами, второй интегратор 2 с одним входом, первый 3 и второй 4 аналоговые перемножители, блок 5 преобразования частота-напряжение и инвертирующий сумматор 6 с двумя входами, первый вход которого и вход блока 5 преобразования частота-напряжение соединены с входным выводом 7 для подключения источника однофазного напряжения, причем между выходом первого интегратора 1 и его первым входом включен первый аналоговый перемножитель 3, Преобразователь также снабжен первым 8 и вторым 9 потенциометрами, включенными между выходом блока 5 преобразования частота-напряжение и управляющими входами соответственна первого 3 и второго 4 ачалоговых перемножителей, а также неинвертирующим сумматором G с двумя входами. При

5 этом второй интегратор 2 выполнен с вторым дополнительным входом, который соединен с первым входом неинвертирующего сумматора 10, с вторым входом первого интегратора 1, входным выводом 7 и первым

10 выходным выводом 11 преобразователя, второй 12 и третий 13 выходные выводы которого соединены соответственно с выходами инвертирующего 6 и неинвертирующего 10 сумматоров. При этом к выходам

15 первого 3 и второго 4 аналоговых перемножителей подключены вторые входы соответственно инвертирующего 6 и неинвертирующега 10 сумматоров, а между выходом второго интегратора 2 и его пер20 вым входом включен второй аналоговый перемножитель 4.

Устройство работает следующим образом, На первый вход инвертирующего интег25 ратора 1 поступает напряжение esx(t) с входного вывода 7, а на второй вход — напряжение

Оф1 с выхода первого аналогового перемно>кителя 3, Выходное напряжение интегратора

1 описывается выражением

0и1(S) = — С Евх(Я) + S 0ф1(- >) где К11 и K1z — коэффициенты передачи ин35 тегратора 1 по первому и второму входам соответственно;

S — комплексная переменная;

EBx(S), Оф1(Я) — изображения напряжений на первом и втором входах интегратора.

40 На сигнальный вход первого аналогового перемножителя 3 поступает напряжение

U<1(S) с выхода интегратора 1, а на управляющий вход — напряжение Еу1. с выхода первого потен циометра 8. В ыходное

45 напряжение первого аналогового перемножителя 3 описывается выражением

Uy 1(S) = m1Ey1U«.(S).

50 где m1 — коэффициент передачи первого аналогового перемножителя 3.

Первый интегратор 1 и первый аналоговый перемножитель 3 образуют первый управляемый фильтр нижних частот, 55 передаточная функция которого описывается вы ражением

Кф1

1 + Sry1

1758799 где

V$2(S) = гпгЕу20и2(->) T y1 = Тф1/гпЕу1.

5 где mz — коэффициент передачи второго аналогового перемножителя 4.

Второй интегратор 2 и второй аналоговый перемножитель 4 образуют второй уп10 равляемый фильтр нижних частот, передаточная функция которого описывается выражением

Кф2

Первый управляемый фильтр нижних частот и инвертирующий сумматор 6 обра- 15 зуют первый управляемый фазовращатель, выходное напряжение которого описывается выражением

Ифг(З)—

1 + Я гуг

Т у2 = Тф2/m2Ey2

20 где п11 и п1г — коэффициенты передачи инвертирующего сумматора 6 по первому и второму входам соответственно.

При Кф1 = п11 = 1 и и iz = 2 первый управляемый фазовращатель будет иметь передаточную функцию всепропускающего З0 фильтра первого порядка

40

p1c0 = — 2агстд(а1гу1) .

На первый вход второго интегратора 2 также поступает напряжение 0фг, а на второй вход — напряжение eox(t) с выхода второго аналогового перемножителя 4. 45

Выходное напряжение интегратора 2 описывается выражением лг(з) = —," 2, 0.z(S) = — Q Е.,(S) + Оф (З), 50

К21 %2

Кф1 = К11/К12; Тф1 =- 1/К1г:

На первый вход инвертирующего сумматора 6 поступает напряжение Esx(S), а на второй — напряжение 0ф1(Я) с выхода первого управляемого фильтра нижних частот, которое описывается следующим выражением

0ф1(Я) = -(Кф1/(Tyi S + 1))Евх(Я).

Ег(5)= (П11Евх(Я)+П120ф1(5))= (nil п12 ()) ввх(Я), Кф1

ry1S +1 коэффициент передачи которого постоянен и равен единице, а сдвиг фазы определяется выражением где К21 и Кгг — коэффициенты передачи интегратора 2 по первому и второму входам соответственно.

На сигнальный вход второго аналогового перемножителя 4 поступает напряжение

U z(S) с выхода интегратора 2, а на управляюЩий вхоД вЂ” напРЯжение Еуг с выхоДа второго потенциометра 9. Выходное напряжение второго аналогового перемножителя 4 описывается выражением где Кф2 = К21/К22 1 ф2 = 1 f Kzz;

На первый вход неинвертирующего сумматора 10 поступает напряжение

E»(S),а на втоРой — напРЯжение 0вг(Б) с выхода второго управляемого фильтра нижних частот, которое описывается следующим выражением

О фг() = (Кфг/(IyzS + 1))Евх(Б) Второй управляемый фильтр нижних частот и неинвертирующий сумматор 10 образуют второй управляемый фазовращатель, выходное напряжение которого описывается выражением

Ез®=п21Е sx(S)+A220ф2(Б))=

=(oat n ()) E„(si, где пг1 и пгг — коэффициенты передачи неинвертирующего сумматора 10 по первому и второму входам соответственно.

При Кф2 = п21 = 1 и nzz = 2 второй управляемый фазовращатель будет иметь передаточную функцию всепропускающего фильтра первого порядка коэффициент передачи которого постоянен и равен единице, а сдвиг фазы определяется выражением фг(ш) = — л — 2агстЯ(ЙУГуг), В блоке 5 преобразования частота-напряжение происходит преобразование час1758799

Еу = Кчн, е»(т) = Um 3!и г2 л

2лТЕ1 п11 1Кчн

25 2>Т; п126. 2Кчн е2(т) = 0 sin(o> t + p2)

ЕЗ(т) = U„Sin(В т+ трд) 30

Вгу1 = tg() = у 3 .

on-у2 = vz/3.

Из отношения

ЮГУ) Т2 т2ЕТ /3 гу2 m 1E yТф2 Л 73 тоты f входного сигнала e»(t) в управляющее напряжение Еу, которое описывается следующим выражением где Кчн — коэффициент передачи блока 5 преобразования частота-напряжение, Напряжения, снимаемые с потенциометров 8 и 9, описываются следующими выражениями

Ey1= Q)Ey и Ey2 = Q2Ey. где а1 и c2 — коэффициенты передачи первого 8 и второго 9 потенциометров соответственно.

При подаче на вход 7 устройства напряжения с амплитудным значением Um и круговой частотой o& 2 л1 на первом выходе 11 устанавливаются гармонические колебания

e1(t) = Um sin ют с нулевой начальной фазой (фаэа А), а на выходах 12 и 13 — гармонические колебания с той же самой амплитудой и частотой, но с дополнительными сдвигами по фаЗЕ щ и 2З.

Максимально возможное изменение сдвига фазы в первом управляемом фазовращателе лежит в диапазоне от 0 до минус

180 . Для получения на втором 12 выходе устройства фазового сдвига, равного минус

120 (фаза В), необходимо выполнить условие, чтобы произведение

Для получения на третьем выходе 13 устройства фазовый сдвиг минус 240 (фаза С) необходимо вы пол нить условие следует, что при одинаковых коэффициентах передачи m1 = m2 = m аналоговых перемножителей 3 и 4, постоянная времени Тф1 должна быть в три раза больше постоянной

5 времени Тф2.

Для обеспечения постоянных фазовых сдвигов

p2(N) = const и рз(гтрк ) =- const

10 независимо от входной частоты необходимо, чтобы пРоизвеДениЯ о1гу1 и опу2 были инвариантными по отношению входной частоты 1, что автоматически обеспечивается

15 с помощью блока 5 преобразования частота-напряжение.

Действительно, 20 ®ъ

Т 1 Т

m1гк1 K»

cut>z = 2N ф — = 2M т2 т п2Еу m2<2K» f откуда следует, что фазовые сдвиги

p1 = — 2arctg(ony1) и p2 = — т — 2arctg(ony2) не зависят от входной частоты f и их значение можно регулировать с помощью потенциометров 8 и 9, Технико-зкономический эффект заключается в том, что обеспечивается регулировка фазовых сдвигов на выходах преобразователя однофазного напряжения в трехфазное при сохранении стабильных амплитудных значений формируемых сигналов.

Формула изобретения

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий первый интегратор с двумя входами, второй интегратор с одним входом, первый и второй аналоговые перемножители, блок преобразования частота-напряжение, инвертирующий сумматор с двумя входами, первый вход которого и вход блока преобразования частота-напряжение соединены с входным выводом для подключения источника однофазного напряжения, à ТВК>Ке три выходных вывода для подключения нагрузки, причем между выходом первого инвертора и его первым входом включен первый аналоговый перемножитель, о т л и ч а ю сц и и = я тем, что, с целью обеспечения регулировок фазовых сдвигов

1758799

Составитель В.Дубровин

Редактор И.Касарда Техред iVl.Moðãåíòàë Корректор Л.Лукач

Заказ 3008 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 выходных колебаний при сохранении стабильных амплитуд на выходах преобразователя, дополнительно введены первый и второй потенциометры, включенные между выходом блока преобразования частота-напряжение и управляющими входами соответственно, первого и второго аналоговых перемножителей, а также неинвертирующий сумматор с двумя входами, при этом второй интегратор дополнительно снабжен вторым входом, который соединен с первым входом неинвертирующего сумматора, с вторым входом первого интегратора, входным выводом и первым выходным выводом, второй и третий выходные выводы соединены соответственно с выходами инвертирую5 щего и неинвертирующего сумматоров, причем к выходам первого и второго аналоговых перемножителей подключены вторые входы соответственно инвертирующего и неинвертирующего сумматоров, а между

10 выходом второго интегратора и его первым входом включен второй аналоговый перемножитель,