Способ формирования напряжений трехфазной сети

 

Способ формирования характеристических напряжений трехфазной сети заключается в формировании подсовокупности последовательностей импульсов напряжения одноименной полярности, во времени и по длительности совпадающих с соответствующими полуволнами соответствующих фаз напряжения питающей сети, и логическом преобразовании импульсных последовательностей подсовокупности с формированием напряжений для управления трехфазными потребителями электроэнергии. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах многофазного автоматического регулирования и управления электрической мощностью потребителя.

Известен реализованный устройством для контроля чередования фаз трехфазного переменного напряжения способ формирования управляющего напряжения из напряжений фаз трехфазной сети [1] , включающий формирование однополярных импульсов напряжения из напряжений фаз питающей сети, инвертирование путем применения операции логического отрицания НЕ одного из полученных напряжений, подачу двух неинвертированных и одного инвертированного напряжений на D-триггер для получения управляющих напряжений.

Недостатком известного способа является частичное использование полуволн фазных напряжений, это приводит к формированию управляющих напряжений, не обладающих общностью, что не позволяет им быть характеристическими напряжениями.

Наиболее близким к заявленному решению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ регулирования m-фазного выпрямленного напряжения [2] . Данный способ включает получение импульсов управления путем проведения операции преобразования полупериодов фазных напряжений сети в соответствующие им по длительности импульсы прямоугольной формы и операции логического преобразования полученных импульсов напряжения.

Функциональная схема устройства, поясняющего работу способа, содержит m входных преобразователей полупериодов фазных напряжений в импульсы прямоугольной формы, m инверторов, входами подключенных к выходам преобразователей, логические элементы. Упомянутое устройство работает следующим образом. Синусоидальное напряжение каждой фазы с помощью преобразователей обращается в последовательность прямоугольных импульсов одноименной полярности и поступает одновременно для логического преобразования в качестве последовательности, синфазной исходному напряжению и на инверторы, где после инвертирования путем логического отрицания Не поступает для того же логического преобразования в качестве последовательности, противофазной исходному напряжению, оставаясь при этом по полярности импульсов напряжения идентичной синфазной последовательности, с последующим логическим преобразованием обеих последовательностей в управляющие напряжения.

Недостатки известного способа (прототипа): операция преобразования полупериодов фазных напряжений сети в импульсы прямоугольной формы, которая представляет собой преобразование полуволн положительной полярности в прямоугольные импульсы положительной полярности, а преобразование полуволн отрицательной полярности в прямоугольные импульсы напряжения отрицательной полярности (т. е. лежащих ниже оси абсцисс), что исключает применение последующих логических преобразований, так как "логика" однополярна; выполнение операции получения противофазной последовательности путем подключения выходов преобразователей к входам инверторов, что приводит к исключению из использования полуволн одной из полярностей напряжений сети, в результате чего информация об исключенных полуволнах теряется безвозвратно; операция установления соответствия утерянным отрицательным полуволнам напряжения сети противофазной последовательности прямоугольных импульсов напряжения, так как противофазная последовательность представляет собой логическое отрицание НЕ последовательности импульсов, полученных из положительных полуволн напряжения сети, и поэтому не может соответствовать отрицательным полуволнам сети; операция логических преобразований над последовательностями прямоугольных импульсов одноименной полярности, одна из которых информационная, а другая является логическим отрицанием НЕ первой.

Остановимся на последнем недостатке подробнее. Если по наличию импульсов напряжения инвертированной путем применения логического отрицания НЕ последовательности судить о состоянии исходной последовательности, то наличие импульсов напряжения инвертированной последовательности означает наличие пауз в соответствующих местах между импульсами напряжения исходной последовательности. Если в инвертированной последовательности пропадет импульс напряжения, то для исходной последовательности это означает, что в соответствующем месте одновременно там, где была пауза, появляется импульс напряжения, т. е. напряжение есть, пропало напряжение вообще, т. е. напряжения нет.

Возникшая в результате совместного преобразования зависимых между собой исходной последовательности и ее логической инверсии неопределенность, представляющая собой одновременное существование двух взаимно противоположных утверждений, является катастрофической для автомата, работающего по двоичной алгебре. Положение усугубляется там, где неопределенности под воздействием случайных факторов или иных действий выстраиваются в фразу, которая автоматом может быть понята как команда.

Избежать появления неопределенности можно, отказавшись от рассмотрения пауз в однополярных исходных последовательностях импульсов напряжения и перейдя к рассмотрению биполярных исходных последовательностей импульсов напряжения. В этом случае отрицательным импульсам напряжения (полуволнам) исходной биполярной последовательности можно поставить в соответствие последовательность импульсов напряжения положительной полярности, аналогичной той, которая ставится в соответствие положительным полуволнам исходной биполярной последовательности, но логически не зависимой от нее. Логическая независимость достигается тем, что инверсии подвергается исходная биполярная последовательность полуволн, но это не логическая, а аналоговая инверсия (симметрия относительно оси π ).

Из исходных биполярных последовательностей полуволн фазных напряжений и их аналоговых биполярных инверсий раздельно производят выделение (детектирование) однополярных импульсных последовательностей одноименной полярности, соответствующих положительным и отрицательным полуволнам фазных напряжений. Таким образом, появление неопределенностей исключено.

Целью изобретения является обеспечение достоверности характеристических напряжений многофазной сети при одновременном расширении функциональных возможностей способа путем исключения неконтролируемого кодирования.

Цель достигается тем, что по способу формирования характеристических напряжений трехфазной сети, включающему формирование подсовокупности a_o, b_o, c_o последовательностей однополярных импульсов напряжения прямоугольной формы, во времени и по длительности совпадающих с соответствующими полуволнами напряжений соответствующих фаз напряжения питающей сети, и логическое преобразование импульсных последовательностей с формированием напряжений для управления трехфазными потребителями электроэнергии, согласно изобретению дополнительно формируют упорядоченное во времени множество U⁰= { U⁰(O), U⁰(1/3), U⁰(2/3), U⁰(1), U⁰(4/3), U⁰(5/3)} ≡ ≡ { U⁰₀, U⁰₁,U⁰₂,U⁰₃, U⁰₄, U⁰₅} , элементами которого являются выравненные по амплитуде напряжения, полученные путем формирования из каждой фазы напряжения питающей сети двух взаимно противофазных синусоидальных напряжений, первое из которых U^o(0), U^o(2/3), U^o(4/3) синфазно, а второе U^o(1/3), U^o(1), U^o(5/3) противофазно напряжению соответствующей фазы сети, и имеющие (напряжения) нули в точках 0, 1/3, 2/3, 1, 4/3, 5/3 π оси π (фиг. 1а), общей для всех напряжений указанного множества U^о (фиг. 1б), детектируют из напряжений множества U^о совокупность последовательностей однополярных импульсов напряжения прямоугольной формы U⁰(0) ≡ U⁰₀; U⁰(1/3) ≡ U⁰₁; U⁰(2/3) ≡ U⁰₂; U⁰(1) ≡ U⁰₃; U⁰(4/3) ≡ U⁰₄; U⁰(5/3) ≡ U⁰₅, в том числе упомянутою выше подпоследовательность a_o≡U_o^o, b_o≡U₂^o, c_o≡U₄^o (фиг. 1в), формируют характеристические напряжения нулевого порядка путем логического перемножения тех пар напряжений из полученной совокупности, которые пересекаются во времени на участках оси π , заключенных между нулями напряжений из множества U_o: y⁰₀ ≡ U⁰₀·U⁰₄; y⁰₁ ≡ U⁰₁·U⁰₅; y⁰₂ ≡ U⁰₂·U⁰₀; y⁰₃ ≡ U⁰₃·U⁰₁; y⁰₄ ≡ U⁰₄·U⁰₂; y⁰₅ ≡ U⁰₅·U⁰₃, (фиг. 1г), обладающих свойством оставаться неизменными (инвариантными) при преобразовании постоянного (импульсного однополярного) напряжения, которое может быть представлено логической суммой логических произведений y^o= y_o^ovy₁^ovy₂^ovy₃^ovy₄^ovy₅^o и трехфазного напряжения (фиг. 1д), полученного после выделения первых гармоник напряжения из напряжений, сформированных из характеристических напряжений логическим путем U⁰_A= y⁰₀∨y⁰₁∨y; U⁰_B= y⁰₂∨y⁰₃∨y;
U⁰_C= y⁰₄∨y⁰₅∨y (фиг. 1е) друг в друга, формируют подмножество выравненных по амплитуде между собой и между множеством U^o напряжений, взятых между теми напряжениями из множества U^о, абсциссы точек пересечения которых лежат на серединах отрезков оси π , ограниченных нулями напряжений из множества U^o:
U⁰(1/6)≡U⁰₀-U⁰₄; U⁰(3/6)≡U⁰₁-U⁰₅; U⁰(5/6)≡U⁰₂-U¹₀;
U⁰(7/6)≡U⁰₃-U⁰₁; U⁰(9/6)≡U⁰₄-U⁰₂; U⁰(11/6)≡U⁰₅-U⁰₃ (фиг. 2а), составляют упорядоченное множество напряжений U¹, элементами которого являются разностные напряжения упомянутого выше подмножества и элементы множества U^o:
U¹= { U⁰(O), U⁰(1/6), U⁰(2/6)≡U⁰(1/3), U⁰(3/6), U⁰(4,6) ≡
U⁰(2/3), U⁰(5/6), U⁰(6/6)≡U⁰(3/3), U⁰(7/6), U⁰(8/6)≡U²(4/3),
U⁰(9/6), U⁰(10/6)≡U⁰(5/3), U⁰(11/6)} ≡{ U, U¹₁, U¹₂, U¹₃,
U¹₄, U¹₅, U¹₆, U¹₇, U¹₈, U¹₉, U¹₁₀, U¹₁₁} , имеющие нули в точках 0, 1/6, 2/6, 3/6, 4/6, 5/6, 6/6, 7/6, 8/6, 9/6, 10/6, 11/6 π оси π (фиг. 2б), детектируют совокупность однополярных импульсных последовательностей напряжений прямоугольной формы из напряжений множества U¹ (фиг. 2в), формируют характеристические напряжения первого порядка путем логического перемножения пар напряжений множества U¹, пересекающихся во времени только на участках оси π , ограниченных нулями напряжений указанного множества U¹:
y¹₀≡U¹₀·U¹₇; y¹₁≡U¹₁·U¹₈; y¹₂≡U¹₂·U¹₉; y¹₃≡U¹₃·U¹₁₀;
y¹₄≡U¹₄·U¹₁₁; y¹₅≡U¹₅·U¹₀; y¹₆≡U¹₆·U¹₁; y¹₇≡U¹₇·U¹₂;
y¹₈≡U¹₈·U¹₃; y¹₉≡U¹₉·U¹₄; y¹₁₀≡U¹₁₀·U¹₅; y¹₁₁≡U¹₁₁·U¹₆ (фиг. 2г), которые осуществляют связь между постоянным напряжением, представляющим собой логическую сумму логических произведений
y¹= y¹₀∨y¹₁∨. . . ∨y₁₁≡U¹₀·U¹₇∨U¹₁·U¹₈∨U¹₂·U¹₉∨U¹₃·U¹₁₀∨
∨U¹₄·U¹₁₁∨U¹₅·U¹₀∨U¹₆·U¹₁∨U¹₇·U¹₂·U¹₈·U¹₃∨U¹₉·U¹₄∨U¹₁₀·U¹₅∨U¹₁₁·U¹₆ (фиг. 2д), и трехфазным напряжением, полученным после выделения первых гармоник из сформированных логическим путем напряжений
U¹_A= y¹₀∨y¹₁∨yy¹₆∨y¹₇∨yy¹₁₁;
U¹_B= y¹₂∨y¹₃∨yy¹₈∨y¹₉∨y ;
U¹_C= y¹₄∨y¹₅∨yy¹₁₀∨y¹₁₁∨y, частота которых в два раза выше частоты исходного напряжения (фиг. 2е), формируют подмножество напряжений, элементами которого являются разностные напряжения, взятые между любыми из тех напряжений U¹, абсциссы точек пересечения которых лежат на середине отрезков оси π , ограниченных нулями напряжений из U¹, и выравненные по амплитуде с амплитудой напряжений множества U^o и U¹
U²₁≡U¹₀-U¹₇= U¹₁₁-U¹₈= U¹₁₀-U¹₉; U²₃≡U¹₁-U¹₈= U¹₀-U¹₉= U¹₁₁-U¹₁₀;
U²₅≡U¹₂-U¹₉= U¹₁-U¹₁₀= U¹₀-U¹₁₁; U²₇≡U¹₃-U¹₁₀= U¹₂-U¹₁₁=U¹₁-U¹₀;
U²₉≡U¹₄-U¹₁₁= U¹₃-U¹₀= U¹₂-U¹₁; U²₁₁≡U¹₅-U¹₀= U¹₄-U¹₁= U¹₃-U¹₂;
U²₁₃≡U¹₆-U¹₁= U¹₅-U¹₅-U¹₂= U¹₄-U¹₃; U²₁₅≡U¹₇-U¹₂= U¹₆-U¹₃= U¹₅-U¹₄;
U²₁₇≡U¹₈-U¹₃= U¹₇-U¹₄= U¹₆-U¹₅; U²₁₉≡U¹₉-U¹₄= U¹₈-U¹₅= U¹₇-U¹₆;
U²₂₁≡U¹₁₀-U¹₅= U¹₉-U¹₆= U¹₈-U¹₇; U²₂₃≡U¹₁₁-U¹₆= U¹₁₀-U¹₇= U¹₉-U¹₈, составляют множество напряжений U², элементами которого являются элементы сформированного выше подмножества и множества U¹, которое в упорядоченном виде записывается следующим образом:
U²= { U¹₀, U¹₀-U¹₇, U¹₁, U¹₁-U¹₈, U¹₂, U¹₂-U¹₉, U¹₃, U¹₃-U¹₁₀, U¹₄,
U¹₄-U¹₁₁, U¹₅, U¹₅-U¹₀, U¹₆, U¹₆-U¹₁, U¹₇, U¹₇-U¹₂, U¹₈, U¹₈-U¹₃, U¹₉,
U¹₉-U¹₁₁, U¹₁₀, U¹₁₀-U¹₅, U¹₁₁, U¹₁₁-U¹₆} ≡{ U²₀, U²₁, U²₂, U²₃, . . . U²₂₄} и имеют нули в точках 0, 1/12, 2/12, 3/12, 4/12, 5/12, 6/12, 7/12, 8/12, 9/12, 10/12, 11/12, 12/12, 13/12, 14/12, 15/12, 16/12, 17/12, 18/12, 19/12, 20/12, 21/12, 22/12, 23/12 π оси π (фиг. 3а), детектируют совокупность однополярных импульсных последовательностей напряжений прямоугольной формы и напряжений множества U² (фиг. 3б), формируют характеристические напряжения второго порядка путем логического перемножения тех напряжений из совокупности последовательностей, которые пересекаются во времени только на участках оси π , ограниченных нулями напряжений множества U²
y⁰₂= U⁰₂·U⁰₁₃; y²₁= U²₁·U²₁₄; y²₂= U²₂·U²₁₅; y²₃= U²₃·U²₁₆;
y²₄= U²₄·U²₁₇; y²₅= U²₅·U²₁₈; y²₆= U²₆·U²₁₉; y²₇= U²₇·U²₂₀;
y²₈= U²₈·U²₂₁; y²₉= U²₉·U²₂₂; y²₁₀= U²₁₀·U²₂₃; y²₁₁= U²₁₁·U²₀;
y²₁₂= U²₁₂·U²₁; y²₁₃= U²₁₃·U²₂; y²₁₄= U²₁₄·U²₃; y²₁₅= U²₁₅·U²₁₄;
y²₁₆= U²₁₆·U²₅; y²₁₇= U²₁₇·U²₆; y²₁₈= U²₁₈·U²₇; y²₁₉= U²₁₉·U²₈;
y²₂₀= U²₂₀·U²₉; y²₂₁= U²₂₁·U²₁₀; y²₂₂= U²₂₂·U²₁₁; y²₂₃= U²₂₃·U²₁₂ (фиг. 3в), через которые осуществляется связь между постоянным напряжением, которое может быть представлено логической суммой логических произведений y²= y_o²vy₁²vy₂²vy₃²v. . . vy₂₃² (фиг. 3г), и трехфазным напряжением, получаемым путем выделения первых гармоник из сформированных логическим путем напряжений
U²_A= y²₀∨y²₁∨yy²₆∨y²₇∨yy²₁₂∨y²₁₃∨y²₁₄∨
y²₁₈∨y²₁₉∨y²₂₀∨y²₂₁∨y²₂₂∨y²₂₃;
U²_B= y²₂∨y²₃∨yy²₈∨y²₉∨yy²₁₄∨y²₁₅∨y²₁₆∨
y²₂₀∨y²₂₁∨y;
U²_C= y²₄∨y²₅∨yy²₁₀∨y²₁₁∨yy²₁₆∨y²₁₇∨y²₁₈∨
y²₂₂∨y (фиг. 3д), частота напряжения которого в четыре раза выше частоты исходного напряжения, на m-м шаге составляют множество напряжений
U^m= { U^m₀, U^m₁, U^m₂, . . . , U} , имеющих нули в точках 0, 1/3 ˙ 2^m, 2/3 · 2^m, . . , 6 ˙ 2^m-1/3 ˙ 2^m π оси π и выравненных по амплитуде напряжения, детектируют совокупность однополярных импульсных последовательностей напряжений прямоугольной формы из напряжений, принадлежащих множеству U^m, формируют характеристические напряжения m-го порядка путем логического перемножения тех напряжений из совокупности, полученных на m-м шаге, которые пересекаются во времени только на участках оси π , ограниченных нулями напряжений множества U^m:
y^m₀= U^m₀·U^m₀·U; y^m₁= U^m₁·U; ...
y= UU^m₀; . . . y= UU , через которые осуществляют связь между постоянным напряжением, которое может быть представлено логической суммой
y^m= y^m₀∨y^m₁∨y^m₂∨. . . ∨y, и трехфазным напряжением, сформированным путем выделения первых гармоник из сформированных логическим путем напряжений
U^m_A=y^m₀∨y^m₁∨y. . . ∨yyy
,
U^m_B=y^m₂∨y^m₃∨y. . . ∨y,
U^m_C= y^m₄∨y^m₅∨y^m₆∨. . . , частота напряжения которого в 2^m раз выше частоты исходного напряжения, и используют полученные характеристические напряжения для синтезирования управляющих энергопотребителями напряжений, устойчивых против неуправляемого кодирования.

В результате сопоставительного анализа заявляемого технического решения и прототипа выявлено, что заявляемый способ отличается введением в него следующих операций процесса синтезирования характеристических напряжений: формирования упорядоченного во времени множества напряжений U^o, элементами которого являются выравненные по амплитуде напряжения, полученные путем формирования для каждой фазы питающей сети двух взаимно противофазных синусоидальных напряжений, одно из которых синфазно, а другое противофазно напряжению соответствующей фазы сети, и имеющие нули в точках 0, 1/3, 2/3, 1, 4/3, 5/3 π оси π , общей для всех напряжений множества U^о; детектирования (выделение) из напряжений множества U^осовокупности последовательностей однополярных импульсов напряжения; формирования характеристических напряжений нулевого порядка путем логического перемножения тех пар напряжений из полученной совокупности, которые пересекаются во времени на участках оси π , заключенных между нулями напряжений из множества U^о; формирования подмножества выравненных по амплитуде напряжений, взятых между теми напряжениями из множества U^о, абсциссы точек пересечения которых лежат на серединах отрезков оси π , ограниченных нулями напряжений из множества U^о; формирования упорядоченного множества U¹, элементами которого являются разностные напряжения упомянутого выше подмножества и элементы множества U^о, имеющего нули в точках 0, 1/6, 2/6, 3/6, 4/6, 1, 7/6, 8/6, 9/6, 10/6, 11/6 π оси π , общей для всех напряжений; детектирования совокупности однополярных импульсных последовательностей напряжений из напряжений множества U¹; формирования характеристических напряжений первого порядка путем логического перемножения пар напряжений множества U¹, пересекающихся во времени только на участках оси π , ограниченных нулями напряжений указанного множества U¹; формирования подмножества выравненных по амплитуде напряжений, элементами которого являются разностные напряжения, взятые между любыми из тех напряжений множества U¹, абсциссы точек пересечения которых лежат на серединах отрезков оси π , ограниченных нулями напряжений множества U¹; формирования множества упорядоченных напряжений U², элементами которого являются напряжения сформированного выше подмножества и напряжения множества U¹, имеющего нули в точках 0, 1/12, 2/12, 3/12, 4/12, 5/12, 6/12, 7/12, 8/12, 9/12, 10/12, 11/12, 12/12, 13/12, 14/12, 15/12, 16/12, 17/12, 18/12, 19/12, 20/12, 21/12, 22/12, 23/12 π оси π , общей для всех напряжений; детектирования совокупности однополярных импульсных последовательностей напряжений из напряжений множества U²; формирования характеристических напряжений второго порядка путем логического перемножения тех напряжений из полученной совокупности, которые пересекаются во времени только на участках оси π , ограниченных нулями напряжений множества U²; формирования на m-м шаге множeства напряжений U^m, имеющего нули в точках 0, 1/3 ˙2^m, 2/3 ˙2^m, . . . , 6 ˙2^m-1/3 ˙2^m π оси π , общей для всех напряжений и выравненных по амплитуде; детектирования совокупности однополярных импульсных последовательностей напряжений из напряжений множества U^m; формирования характеристических напряжений m-го порядка путем логического перемножения тех напряжений из совокупности, которые пересекаются во времени только на участках оси π , ограниченных нулями напряжений множества U^m; установления очередности проведения операций и их взаимосвязи.

Таким образом, заявленный способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявленного технического решения с прототипом и другими известными техническими решениями показывает, что общим у них является формирование характеристических напряжений и управляющих напряжений.

Формирование управляющих напряжений в прототипе производится путем преобразования полупериодов фазных напряжений сети в импульсы прямоугольной формы. Данный путь имеет тот недостаток, что полупериоды фазных напряжений, т. е. расстояния от 0 до π и от π до 2 π по оси π, отождествлены с полуволнами фазных напряжений, опирающимися на указанные полупериоды, из-за чего пропадает различие в полярности полуволн фазных напряжений. Указанный недостаток отражается на перечисленных ниже операциях преобразования полупериодов в импульсы напряжения, которые выполняются в следующей последовательности: детектирование прямоугольных импульсов напряжения из напряжений фаз, недостаток этой операции в том, что произошла потеря информации о полуволнах фазных напряжений одной из полярностей; логическое отрицание НЕ полученных импульсов напряжения для восстановления утерянной информации, недостаток этой операции заключается в подмене информации об утерянных полуволнах путем логического отрицания информации об уцелевших; формирование управляющих напряжений путем логических преобразований импульсной последовательности и ее логического отрицания, недостаток этой операции заключается в совместном преобразовании логически зависимых последовательностей импульсов напряжения.

Формирование характеристических напряжений в заявляемом решении производится путем раздельного преобразования полуволн фазных напряжений обеих полярностей и включает следующие операции, проводимые в следующей последовательности: аналоговое инвертирование фазных напряжений (симметрирование относительно оси π ), раздельное детектирование из фазных напряжений и их аналоговых инверсий последовательностей прямоугольных импульсов напряжения одноименной полярности, формирование характеристических напряжений путем логических преобразований логически независимых импульсных напряжений.

Таким образом, заявляемое решение отличается от известного тем, что: в него введена операция аналогового инвертирования фазных напряжений сети, операция детектирования дополнена детектированием из тех полуволн, которые были утеряны в прототипе, опущена операция логического отрицания НЕ, логические преобразования проводятся над принципиально иными последовательностями импульсов напряжения.

Указанные отличия исключают недостатки прототипа и других известных решений и являются существенными отличиями, так как они обеспечивают заявленному решению новое качество. Этим новым качеством является установление взаимно однозначного соответствия между многофазным напряжением и постоянным напряжением, части которого строго пронумерованы на участках оси π . Тем самым показана генная структура многофазных сетей и выделены гены, которые названы характеристическими напряжениями.

Существенными признаками заявляемого технического решения являются также связи между операциями и сами операции получения характеристических напряжений 1-го, 2-го, . . . , m-го порядков, реализация которых проявляет еще одно новое качество, а именно возможность осуществления умножения частоты многофазного напряжения без фазовых искажений исключительно (после формирования множеств напряжений U^o, U¹, . . . , U^m) логическими средствами. Указанные операции и связи между ними в литературе не описаны.

Рассмотрение совокупности существенных признаков убеждает в том, что характеристические напряжения обладают общностью, сохраняющей все признаки многофазной сети и осуществляющей линейное относительно логических преобразований взаимно однозначное отображение синусоидальной многофазной сети на однофазную сеть. Это дает основание утверждать, что характеристические напряжения представляют собой выделенный из многофазной сети ее "генетический код". "Генетический код" дает возможность перевести однофазные устройства автоматики в многофазные, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг. 1а - ось π ; на фиг. 1б - эпюры напряжений множества U^о, на фиг. 1в - эпюры продетектированных напряжений из напряжений множества U^о, на фиг. 1г - эпюры характеристических напряжений нулевого порядка, на фиг. 1д - эпюра постоянного напряжения, синтезированного из характеристических напряжений логическим путем, на фиг. 1е - эпюры трехфазного напряжения, восстановленного из характеристических напряжений; на фиг. 2а - эпюры разностных напряжений, на фиг. 2б - эпюры напряжений множества U¹, на фиг. 2в - эпюры продетектированных напряжений из напряжений множества U¹, на фиг. 2г - эпюры характеристических напряжений первого порядка, на фиг. 2д - эпюра постоянного напряжения, синтезированного из характеристических напряжений первого порядка, на фиг. 2е - эпюры трехфазного напряжения, восстановленного из характеристических напряжений первого порядка; на фиг. 3а - эпюры напряжений множества U², на фиг. 3б - эпюры напряжений, продетектированных из напряжений множества U², на фиг. 3в - эпюры характеристических напряжений второго порядка, на фиг. 3г - эпюра постоянного напряжения, синтезированного из характеристических напряжений второго порядка, на фиг. 3д - эпюры трехфазного напряжения, синтезированного из характеристических напряжений второго порядка.

На эпюрах синусоидальные напряжения множеств для удобства чтения представлены в треугольной форме, так как интерес представляют только величина их амплитуды и абсциссы точек пересечения во времени. Формирование множеств напряжений осуществляется следующим образом. Все напряжения множеств выравниваются по величине амплитуды. Каждое из напряжений, входящее в соответствующее множество, рассматривается на периоде 2 π оси π , общей для всех напряжений множеств. За начало напряжения во времени принимается точка оси π , в которой напряжение переходит с отрицательной в положительную полуволну на периоде 2 π . В обозначении напряжения эта точка записывается в скобках. Множества упорядочиваются в том смысле, что напряжения в них записываются в порядке их начал во времени на периоде 2 .

Таким образом, множество напряжений U^o формируется из напряжений, каждое из которых либо синфазно, либо противофазно каждой фазе сети и отвечает перечисленным выше требованиям:
U⁰= { U⁰(0), U⁰(1/3), U⁰(2/3), U⁰(1), U⁰(4/3), U⁰(5/3)} ≡
≡{ U⁰₀, U⁰₁, U⁰₂, U⁰₃, U⁰₄, U⁰₅} .

Множество напряжений U¹ формируется из двух групп напряжений, одна из которых представляет собой отвечающие перечисленным выше требованиям разностные напряжения, взятые между теми напряжениями множества U^о, абсциссы точек пересечения во времени которых лежат между нулями напряжений из этого множества U^о, а другая группа является самим множеством U^о:
U¹= { U⁰(0), U⁰(0)-U⁰(4/3), U⁰(1/3), U⁰(1/3)-U⁰(5/3), U⁰(2/3), U⁰(2/3)-U⁰(0)
U⁰(1), U⁰(1)-U⁰(1/3), U⁰(4/3), U⁰(4/3)-U⁰(2/3), U⁰(5/3), U⁰(5/3)-U⁰(1)} ≡
≡ { U⁰(0), U⁰(1/6), U⁰(2/6), U⁰(3/6), U⁰(4/6), U⁰(5/6), U⁰(1), U⁰(7/6),
U⁰(8/6), U⁰(9/6), U⁰(10/6), U⁰(11/6)≡U¹₀, U¹₂, U¹₃, U¹₄, U¹₅, U¹₆,
U¹₇, U¹₈, U¹₉, U¹₁₀, U¹₁₁} .

Аналогично, любое последующее множество напряжений U^m формируется из двух групп напряжений, одна из которых представляет собой отвечающие выше перечисленным требованиям разностные напряжения, взятые между теми напряжениями предшествующего множества U^m-1, абсциссы точек пересечения которых лежат между нулями его напряжений, а другая группа является напряжениями самого этого множества U^m-1 с последующим упорядочиванием напряжений в множестве U^m.

Из каждого множества U^o, U¹, U², . . . , U^m путем детектирования выделяют по одной совокупности импульсных последовательностей напряжений одноименной полярности. Среди напряжений каждой совокупности производят группирование напряжений по парам по признаку совпадения этих напряжений во времени только на тех участках оси π , которые находятся между соседними нулями напряжений того множества, из которого выделена данная совокупность последовательностей напряжений, и производят логическое перемножение сгруппированных пар напряжений. Для каждой совокупности напряжений логические произведения пар напряжений являются характеристическими напряжениями, названными так потому, что это простейшие напряжения, обладающие свойством логического преобразования многофазной синусоидальной сети в однофазное постоянное (импульсное) напряжение. При этом преобразование взаимно однозначное. Любое постоянное напряжение может быть логическими средствами преобразовано в многофазное. Для случая трехфазного напряжения достаточно на выбранном периоде 2 π из постоянного напряжения выделить и пронумеровать шесть равных по длительности напряжений и сформировать из них три напряжения, первое из которых получают объединением во времени 1-го, 2-го, 3-го импульсов в качестве нового импульса и 4-го, 5-го, 6-го после операции НЕ в качестве паузы, второе получают объединением 3-го, 4-го, 5-го импульсов в качестве нового импульса и 6-го, 1-го, 2-го импульсов после операции НЕ в качестве паузы, третье - объединением 5-го, 6-го, 1-го в качестве нового импульса и 2-го, 3-го, 4-го после операции НЕ в качестве паузы. После выделения первых гармоник из импульсных напряжений получают обычное трехфазное напряжение. Характеристические напряжения, выделенные из напряжений множества U^о, называются характеристическими напряжениями нулевого порядка, из U^m - m-го порядка.

Порядок характеристического напряжения - это степень, в которую надо возвести число 2, чтобы получить кратность увеличения частоты исходного напряжения без нарушения синфазности.

Взаимно однозначная логическая связь, устанавливаемая между многофазными сетями и однофазным напряжением с помощью характеристических напряжений, является препятствием неконтролируемому кодированию.

Формула изобретения

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ, заключающийся в том, что формируют подсовокупности последовательностей импульсов напряжения одноименной полярности, во времени и по длительности совпадающих с соответствующими полуволнами соответствующих фаз напряжения питающей сети, формируют напряжения для управления трехфазными потребителями электроэнергии, отличающийся тем, что, с целью обеспечения достоверности напряжений многофазной сети, формируют упорядоченное во времени множество
U⁰= { U⁰(O), U⁰(1/3), U⁰(2/3), U⁰(1), U⁰(4/3), U⁰(5/3)} ≡ { U⁰₀, U⁰₁,U⁰₂,U⁰₃, U⁰₄, U⁰₅} ,
элементами которого являются выравненные по амплитуде напряжения, полученные путем формирования для каждой фазы напряжения питающей сети двух взаимно фазных синусоидальных напряжений, первое из которых синфазно, а второе противофазно напряжению соответствующей фазы, и имеющие нулевые значения в точках 0, 1/3, 2/3, 1 , 4/3 , 5/3π оси π , общей для всех напряжений указанного множества U⁰, детектируют из напряжений множества U⁰ совокупность последовательностей однополярных импульсов напряжения, в том числе и упомянутую подсовокупность, формируют напряжения нулевого порядка путем логического перемножения тех пар напряжений из полученной совокупности, которые пересекаются во времени на участках оси π , заключенных между соседними нулевыми значениями напряжений из множества U⁰
U⁰₀·U⁰₄= y⁰₀; U⁰₁·U⁰₅= y⁰₁; U⁰₂·U⁰₀= y⁰₂;
U⁰₃·U⁰₁= y⁰₃; U⁰₄·U⁰₂= y⁰₄; U⁰₅·U⁰₃= y⁰₅,
и используют их для формирования постоянного напряжения, равного
y⁰= y⁰₀∨y⁰₁∨y⁰₂∨y⁰₃∨y⁰₄∨y⁰₅,
и трехфазного напряжения, получаемого путем выделения первых гармоник напряжения из напряжений, синтезированных из напряжений нулевого порядка
U⁰_A= y⁰₀∨y⁰₁∨y,
U⁰_B= y⁰₂∨y⁰₃∨y,
U⁰_C= y⁰₄∨y⁰₅∨y,
формируют подмножество выравненных напряжений, элементами которого являются разностные напряжения, взятые между теми напряжениями из множества U⁰, абсциссы точек пересечения которых лежат на серединах отрезков оси π , ограниченных нулевыми значениями напряжений из множества U⁰
U⁰(1/6)≡U⁰₀-U⁰₄; U⁰(3/6)≡U⁰₁-U⁰₅; U⁰(5/6)≡U⁰₂-U¹₀,
U⁰(7/6)≡U⁰₃-U⁰₁; U⁰(9/6)≡U⁰₄-U⁰₂; U⁰(11/6)≡U⁰₅-U⁰₃,
формируют упорядоченно множество напряжений U¹, элементами которого являются разностные напряжения упомянутого подмножества и элементы множества U⁰
=
≡ { U¹₀, U¹₁, U¹₂, U¹₃, U¹₄, U¹₅, U¹₆, U¹₇, U¹₈, U¹₉, U¹₁₀, U¹₁₁} , ,
имеющие нули в точках 0, 1/6, 2/6, 3/6, 4/6, 5/6, 6/6, 7/6, 8/6, 9/6, 10/6, 11/6 π оси π , детектируют совокупности однополярных импульсных последовательностей напряжений прямоугольной формы из напряжений множества U¹, формируют напряжения первого порядка путем логического перемножения пар напряжений множества U¹, пересекающихся во времени на участках оси π , ограниченных соседними нулевыми значениями напряжений указанного множества U¹
U¹₀·U¹₇= y¹₀; U¹₁·U¹₈= y¹₁; U¹₂·U¹₉= y¹₂; U¹₃·U¹₁₀= y¹₃;
U¹₄·U¹₁₁= y¹₄; U¹₅·U¹₀= y¹₅; U¹₆·U¹₁= y¹₆; U¹₇·U¹₂= y¹₇;
U¹₈·U¹₃= y¹₈; U¹₉·U¹₄= y¹₉; U¹₁₀·U¹₅= y¹₁₀; U¹₁₁·U¹₆= y¹₁₁;
и используют их для формирования постоянного напряжения, равного
y¹= y¹₀∨y¹₁∨. . . ∨y¹₁₁,
и трехфазного напряжения, полученного путем выделения первых гармоник из сформированных логическим путем напряжений
U¹_A= y¹₀∨y¹₁∨yy¹₆∨y¹₇∨yy¹₁₁,
U¹_B= y¹₂∨y¹₃∨yy¹₈∨y¹₉∨y ,
U¹_C= y¹₄∨y¹₅∨yy¹₁₀∨y¹₁₁∨y,
формируют подмножество напряжений, элементами которого являются разностные напряжения, взятые между любыми из тех напряжений множества U¹, абсциссы точек пересечения которых лежат на середине отрезков оси π , ограниченных нулевыми значениями напряжений из множества U¹, и выравненные по амплитуде
U²₁≡U¹₀-U¹₇= U¹₁₁-U¹₈= U¹₁₀-U¹₉; U²₃≡U¹₁-U¹₈= U¹₀-U¹₉= U¹₁₁-U¹₁₀;
U²₅≡U¹₂-U¹₉= U¹₁-U¹₁₀= U¹₀-U¹₁₁; U²₇≡U¹₃-U¹₁₀= U¹₂-U¹₁₁=U¹₁-U¹₀;
U²₉≡U¹₄-U¹₁₁= U¹₃-U¹₀= U¹₂-U¹₁; U²₁₁≡U¹₅-U¹₀= U¹₄-U¹₁= U¹₃-U¹₂;
U²₁₃≡U¹₆-U¹₁= U¹₅-U¹₅-U¹₂= U¹₄-U¹₃; U²₁₅≡U¹₇-U¹₂= U¹₆-U¹₃= U¹₆-U¹₄;
U²₁₇≡U¹₈-U¹₃= U¹₇-U¹₄= U¹₆-U¹₅; U²₁₉≡U¹₉-U¹₄= U¹₈-U¹₅= U¹₇-U¹₆;
U²₂₁≡U¹₁₀-U¹₃= U¹₉-U¹₆= U¹₈-U¹₇; U²₂₃≡U¹₁₁-U¹₈= U¹₁₀-U¹₇= U¹₉-U¹₈;
формируют множество напряжений U², определяемое как
U²= { U¹₀, U¹₀-U¹₇, U¹₁, U¹₁-U¹₅, U¹₈, U¹₂. . . U¹₁₁, U¹₁₁-U¹₈} ≡ { U²₀, U²₁, U²₂, U²₃, . . . U²₂₄}
и имеющее нули напряжений в точках 0, 1/12, 2/12, 3/12, 4/12, 5/12, 6/12, 7/12, 8/12, 9/12, 10/12, 11/12, 12/12, 13/12, 14/12, 15/12, 16/12, 17/12, 18/12, 19/12, 20/12, 21/12, 22/12, 23/12 π оси π , детектируют совокупность однополярных импульсных последовательностей напряжений прямоугольной формы из напряжений множества U², формируют напряжения второго порядка путем логического перемножения тех напряжений из совокупности последовательностей, которые пересекаются во времени на участках оси π , ограниченных соседними нулевыми значениями напряжений множества U²
y⁰₂= U⁰₂·U⁰₁₃; y²₁= U²₁·U²₁₄; y²₂= U²₂·U²₁₅; y²₃= U²₃·U²₁₆;
y²₄= U²₄·U²₁₇; y²₅= U²₅·U²₁₈; y²₆= U²₆·U²₁₉; y²₇= U²₇·U²₂₀;
y²₈= U²₈·U²₂₁; y²₉= U²₉·U²₂₂; y²₁₀= U²₁₀·U²₂₃; y²₁₁= U²₁₁·U²₀;
y²₁₂= U²₁₂·U²₁; y²₁₃= U²₁₃·U²₂; y²₁₄= U²₁₄·U²₃; y²₁₅= U²₁₅·U²₄;
y²₁₆= U²₁₆·U²₅; y²₁₇= U²₁₇·U²₆; y²₁₈= U²₁₈·U²₇; y²₁₉= U²₁₉·U²₈;
y²₂₀= U²₂₀·U²₉; y²₂₁= U²₂₁·U²₁₀; y²₂₂= U²₂₂·U²₁₁; y²₂₃= U²₂₃·U²₁₂;
и используют их для формирования постоянного напряжения, равного
y²= y²₀∨y²₁∨y²₂∨y²₃∨. . . ∨y²₂₃,
и трехфазного напряжения, полученного путем выделения первых гармоник из сформированных логическим путем напряжений
U²_A= y²₀∨y²₁∨yy²₆∨y²₇∨yy²₁₂∨y²₁₃∨y²₁₄∨
y²₁₈∨y²₁₉∨y²₂₀∨y;
U²_B= y²₂∨y²₃∨yy²₈∨y²₉∨yy²₁₄∨y²₁₅∨y²₁₆∨
y²₂₀∨y²₂₁∨y; ;
U²_C= y²₄∨y²₅∨yy²₁₀∨y²₁₁∨yy²₁₆∨y²₁₇∨y²₁₈∨
y²₂₂∨y, ,
на m-м шаге составляют множество напряжений
U^m= U^m₀, U^m₁, U^m₂, . . . , U
имеющих нули в точках 0, 1/3˙2^m , 2/3˙2^m , . . . , 6˙2^m-1/3˙2^m π оси π и выравненных по амплитуде напряжения, детектируют совокупность однополярных импульсных последовательностей напряжений прямоугольной формы из напряжений из множества U^m, формируют напряжения m-го порядка путем логического перемножения тех напряжений из совокупности полученных на m-м шаге, которые пересекаются во времени на участках оси π , ограниченных соседними нулевыми значениями напряжений множества U^m,
y^m₀= U^m₀·U^m₀·U;
y^m₁= U^m₁·U; . . .

y= UU^m₀, . . .

y= UU,
и используют их для формирования постоянного напряжения, равного
y^m= y^m₀∨y^m₁∨y^m₂∨. . . ∨y,
и трехфазного напряжения, полученного путем выделения первых гармоник из сформированных напряжений
U^m_A=y^m₀∨y^m₁∨y. . . ∨yyy;
U^m_B=y^m₂∨y^m₃∨y. . . ∨y;
U^m_C= y^m₄∨y^m₅∨y^m₆∨. . . ,
частота напряжения которого в 2^m раз выше частоты исходного напряжения, и используют полученные напряжения для указанного формирования напряжения для управления трехфазными потребителями электроэнергии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3