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.