CN105429474A - 一种新型三相正弦波信号源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种新型三相正弦波信号源,该信号源包括交流电源模块,第一二阶RC移相模块,第二二阶RC移相模块,第一放大模块,第二放大模块和第三放大模块;交流电源模块输出的交流信号M经第一放大模块放大后得到交流信号A;交流信号M经第一二阶RC移相模块后得到与单相交流信号M电压相位差为120°的交流信号P,并经第二放大模块放大后得到交流信号B;交流信号P经第二二阶RC移相模块后得到与交流信号P电压相位差为120°的交流信号Q,并经第三放大模块放大后得到交流信号C;交流信号A、交流信号B和交流信号C的电压相等,并为信号源的输出信号。本发明所述技术方案采用两个二阶RC移相电路和放大电路将单相交流电变为三相正弦波信号源。

Description

一种新型三相正弦波信号源
技术领域
本发明涉及一种信号源。更具体地,涉及一种新型三相正弦波信号源。
背景技术
在实践中发现,一些三相电器在只有单相电的条件无法使用,需要使用三相信号源为其供电。
目前三相信号源或三相逆变器采大多用由PWM波发生器组成的逆变器或由RC串联组成一阶RC移相电路。对于采用PWM波的逆变器,其原理大致如下:首先将市电经过整流滤波电路变为直流电,通过数字电路控制大功率开关管产生PWM波,再经过电容滤波即可得到谐波程度相对较小的正弦波信号。但这种采用数字电路控制大功率开关管产生PWM波的方式,结构相对复杂,需先将交流整流为直流电,在经过逆变电路把直流电逆变为三相交流电。其中逆变过程需要用数字电路对大功率开关管进行控制,这样不仅增加了制造成本,同时也增加了维修难度。此外,也可以利用两种电阻电容串联,来组成两组一阶RC移相电路,但这种方法产生的三相正弦波由于电压直接从RC电路取得,故对外电路来说,电源内阻很大,同时相间相位差也会受到负载的影响而改变。故这种移相电路并不具有较大的实用性。
因此,需要提供一种新型正弦波信号源,来解决制造成本过高,维修难度大,相间相位差受负载影响的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型三相正弦波信号源,采用两个二阶RC移相电路和放大电路将单相交流电变为三相正弦波信号源。
为达到上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种三相正弦波信号源,该信号源包括交流电源模块,所述该信号源还包括
第一二阶RC移相模块,第二二阶RC移相模块,第一放大模块,第二放大模块和第三放大模块;
所述交流电源模块输出交流信号M和交流信号N;
所述交流信号M经第一放大模块放大后得到交流信号A;
所述交流电源模块输出交流信号M经第一二阶RC移相模块后得到与交流信号M电压相位差为120°的交流信号P,并经第二放大模块放大后得到交流信号B;
所述交流信号P经第二二阶RC移相模块后得到与交流信号P电压相位差为120°的交流信号Q,并经第三放大模块放大后得到交流信号C;
所述交流信号A、交流信号B和交流信号C的电压相等,并为所述信号源的三相正弦波交流电输出信号。
优选的,所述
第一二阶RC移相模块进一步包括第一电容、第二电容、第一电阻和第二电阻;
第二二阶RC移相模块进一步包括第三电容、第四电容、第三电阻和第四电阻;
所述交流信号M依次串联所述第一电容和所述第二电容,所述第二电容的输出端输出交流信号P;
所述第一电阻一端连接在所述第一电容和所述第二电容之间,另一端接地;
所述第二电阻的一端连接在所述第二电容的输出端,另一端接地;
所述第二电容的输出端依次串联第三电容和第四电容,所述第四电容的输出端输出交流信号Q;
所述第三电阻一端连接在所述第三电容和所述第四电容之间,另一端接地;
所述第四电阻的一端连接在所述第四电容的输出端,另一端接地。
优选的,所述
第一二阶RC移相模块进一步包括第一电容、第二电容、第一电阻和第二电阻;
第二二阶RC移相模块进一步包括第三电容、第四电容、第三电阻和第四电阻;
所述交流信号M依次串联所述第一电阻和所述第二电阻,所述第二电阻的输出端输出交流信号P;
所述第一电容一端连接在所述第一电阻和所述第二电阻之间,另一端接地;
所述第二电容一端连接在所述第二电阻的输出端,另一端接地;
所述第二电阻的输出端依次串联所述第三电阻和所述第四电阻,所述第四电阻的输出交流信号Q;
所述第三电容的一端连接在所述第三电阻和所述第四电阻之间,另一端接地;
所述第四电容的一端连接在所述第四电阻的输出端,另一端接地。
优选的,所述
第一电容、第二电容、第三电容和第四电容的电容量相等;
所述第二电阻和第四电阻为可变电阻;
所述第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻的电阻值相等。
优选的,所述交流电源模块进一步包括
输入端口,用于接入频率为50Hz,电压为220V的单相交流电;
变压器,用于将输入端口接入的单相交流电降压得到两路交流信号。
优选的,所述该信号源进一步包括
整流模块,用于将所述变流电压模块输出的交流信号M和交流信号N经全桥整流并用电容滤波后得到两路直流电源。
优选的,所述
第一放大模块,第二放大模块和第三放大模块均包括连接在放大器反馈极与输出端之间的电阻,用于分别调节所述交流信号A、交流信号B和交流信号C的电压值。
本发明的有益效果如下:
本发明所述技术方案与现有技术相比,有以下优点:
1、比传统的数字电路产生PWM波的三相信号源原理简单、结构精简、可靠性好;
2、本发明未使用单片机等数字电路产生三相正弦波,比目前三相信号发生器成本低、便于维修。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明实施例1中一种三相正弦波信号源的结构示意图;
图2示出本发明实施例1中一种三相正弦波信号源的电路连接示意图;
图3示出本发明实施例1中一种三相正弦波信号源的含变压器的整流电路示意图;
图4示出本发明实施例2中一种三相正弦波信号源的移相装置电路示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1:
如图1所示,本发明公开了一种新型三相正弦波信号源,该信号源包括
市电101、变压器102、移相装置103、整流电路104、放大电路105;
变压器102,用于将输入的单相交流电市电101降压为第一交流信号和第二交流信号,第一交流信号输出至移相装置103和整流电路104与放大电路105,第二交流信号输出至整流电路104;
移相装置103,用于经第一二阶RC移相电路将第一交流信号电压移相为与第一交流信号电压相位差为120°的第三交流信号和经第二二阶RC移相电路将第三交流信号电压移相为与第一交流信号电压相位差为240°的第四交流信号,并将第三交流信号和第四交流信号输出至放大电路105;
整流电路104,用于将变压器102降压后的第一交流信号和第二交流信号整流为两路直流电源;
放大电路105,包括分别由运算放大器构成的正反馈放大器组成第一放大模块、第二放大模块和第三放大模块,并分别接收来自变压器102第一交流信号、经移相装置103中第一二阶RC移相电路输出的第三交流信号和经移相装置103中第二二阶RC移相电路输出的第四交流信号,经放大后分别得到电压相等的交流信号A、交流信号B和交流信号C,即为三相正弦波交流电输出信号。
如图2所示,该信号源的电路连接关系为,变压器102将单相交流电市电101降压,并输出第一输出端、第二输出端和第三输出端,第一输出端与电容组件C201、C202、C203、C204依次串联,R205一端耦合在C201与C202之间,R206一端耦合在C202与C203之间,R207一端耦合在C203与C204之间,R205、R206和R207另一端均与第二输出端连接,R208耦合在C204与第二输出端之间。其中,变压器102的第一输出端和第三输出端为交流信号输出端,第二输出端为零点端接地。
变压器102的第一输出端与放大电路105中第一放大模块输入端连接,第一放大模块的输出端作为本发明三相正弦波信号源的输出端A并输出交流信号A;C202与C203之间的节点P作为第四输出端与放大电路105中第二放大模块输入端连接,第二放大模块的输出端作为本发明三相正弦波信号源的输出端B并输出交流信号B;C204与R208之间的节点Q作为第五输出端与放大电路105中第三放大模块输入端连接,第三放大模块的输出端作为本发明三相正弦波信号源的输出端C并输出交流信号C。
在本实施例中,如图2所示,移相装置103中,第一输出端与第四输出端之间为第一二阶RC移相电路,第四输出端与第五输出端之间为第二二阶RC移相电路。第一和第二二阶RC移相电路均为电压超前于电流型。为使交流电压信号每经过一次二阶RC移相电路相位都要超前,可利用公式:
式(1)中,为相位差限定值,由于本发明适用于f=50Hz的交流电路,故ω=100πrad/s,R为电阻组件R205-R208的电阻值,即R=R205=R206=R207=R208,C为电容组件C201-C204的电容量,即C=C201=C202=C203=C204,即可得到电容C与电阻R的关系式
C · R = 7 + 3 200 π - - - ( 2 )
在本实施例1中取值C=4.7μF,故得到电阻取值为R=1.48kΩ。
通过上述公式,即可计算得到使得相位差时,对应的电容组件,的电容量C,和电阻组件电阻值R。这样即可在节点P即第四输出端、节点Q即第五输出端获得电压相位分别超前于第一输出端输出的交流电源120°与240°的交流信号。此时交流电源输出的信号以及交流电源与P、Q两点获得的交流信号分别经放大电路105中的放大模块放大为交流信号A、B、C,交流信号A、B、C共同对地构成三相交流电,且相间的相位差一致,同为120°,及可作为三相正弦波信号源。
在实施例1中,由于不能保证接入电路的电容组件C201-C204的电容量都严格等于C,即C=4.7μF,同样地也不能保证接入电路的电阻组件R205-R208的电阻值都严格等于R,故电阻组件R205-R208并非全部采用定值电阻组件,而是将在与P点耦合的定值电阻组件替换为可变电阻组件R206,将在与Q点耦合的定值电阻组件替换为可变电阻组件R208,这样就可以通过调节可变电阻组件R206的电阻值使得P与第一输出端输出的交流电源的电压相位差为120°,同样也可以调节可变电阻组件R208的电阻值使得Q与第一输出端输出的交流电源的电压相位差为240°。
由于经过第一二阶RC移相电路第二二阶RC移相电路后,电压值都会有大约94%与63%的电压损失。要使得从P、Q两点移相后获得的电压信号相同,故需要用放大电路105中各放大模块中的的运算放大器将从P、Q两点获得的信号先放大再输出,得到与交流信号A电压值相等的交流信号B和交流信号C。放大电路105中的不仅可以实现各模块输出端所输出的交流信号电压相同,并且还可以通过改变连接在中放大器负反馈端与输出端之间电阻KaRo、KbRo和KcRo中的系数Ka、Kb和Kc来分别调节第一放大模块、第二放大模块和第三放大模块输出端交流信号的电压值大小。
为了提高放大电路105中运算放大器的性能,整流电路104使用全桥整流方式将变压器102的第一输出端和第三输出端输出的交流电整流为双电源VCC和VEE。在使用过程中直接接入放大电路105中即可为其供电。如图3所示,变压器102输入端E、F两点接入市电101,为了提高放大电路105中运算放大器的性能,整流电路104使用全桥整流将交流电流220V经变压器102输出的双9V交流信号进行全桥整流,并用电容滤波电路获得开路电压为±13.7V的双电源VCC和VEE。在使用过程中直接接入放大电路105中即可为其供电。
实施例2:
电流超前于电压型的二阶RC移相电路亦可实现实施例1中移相装置103在该三相正弦波信号源的作用,即采取四个等值电阻组件串联,四个电容组件分别耦合于各阻组件节点与地之间。如图4所示,将C201和R205位置对调,C202和R206位置对调,C203和R207位置对调,C204和R208位置对调,VD为经过变压器降压后的交流电压,R206和R208均为可变电阻,在本实施例中即可实现在第二输出端输出的交流移相电压信号滞后于第一输出端输出的交流电压信号120°,在第三输出端输出的交流移相电压信号滞后于第二输出端输出的变流电压信号120°,即滞后第一输出端输出的交流电压信号240°。
综上所述,本发明所述技术方案,采用两个二阶RC移相电路和放大电路将单相交流电变为三相正弦波信号源,比传统的数字电路产生PWM波的三相信号源原理简单、结构精简、可靠性好,在未使用单片机等数字电路的情况下产生正弦波比目前的三相信号发生器成本低且便于维修。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种三相正弦波信号源,该信号源包括交流电源模块,其特征在于,所述该信号源还包括
第一二阶RC移相模块,第二二阶RC移相模块,第一放大模块,第二放大模块和第三放大模块;
所述交流电源模块输出的交流信号M经第一放大模块放大后得到交流信号A;
所述交流电源模块输出交流信号M经第一二阶RC移相模块后得到与交流信号M电压相位差为120°的交流信号P,并经第二放大模块放大后得到交流信号B;
所述交流信号P经第二二阶RC移相模块后得到与交流信号P电压相位差为120°的交流信号Q,并经第三放大模块放大后得到交流信号C;
所述交流信号A、交流信号B和交流信号C的电压相等,并为所述信号源的三相正弦波交流电输出信号。
2.根据权利要求1所述的信号源,其特征在于,所述
第一二阶RC移相模块进一步包括第一电容、第二电容、第一电阻和第二电阻;
第二二阶RC移相模块进一步包括第三电容、第四电容、第三电阻和第四电阻;
所述交流信号M依次串联所述第一电容和所述第二电容,所述第二电容的输出端输出交流信号P;
所述第一电阻一端连接在所述第一电容和所述第二电容之间,另一端接地;
所述第二电阻的一端连接在所述第二电容的输出端,另一端接地;
所述第二电容的输出端依次串联第三电容和第四电容,所述第四电容的输出端输出交流信号Q;
所述第三电阻一端连接在所述第三电容和所述第四电容之间,另一端接地;
所述第四电阻的一端连接在所述第四电容的输出端,另一端接地。
3.根据权利要求1所述的信号源,其特征在于,所述
第一二阶RC移相模块进一步包括第一电容、第二电容、第一电阻和第二电阻;
第二二阶RC移相模块进一步包括第三电容、第四电容、第三电阻和第四电阻;
所述交流信号M依次串联所述第一电阻和所述第二电阻,所述第二电阻的输出端输出交流信号P;
所述第一电容一端连接在所述第一电阻和所述第二电阻之间,另一端接地;
所述第二电容一端连接在所述第二电阻的输出端,另一端接地;
所述第二电阻的输出端依次串联所述第三电阻和所述第四电阻,所述第四电阻的输出交流信号Q;
所述第三电容的一端连接在所述第三电阻和所述第四电阻之间,另一端接地;
所述第四电容的一端连接在所述第四电阻的输出端,另一端接地。
4.根据权利要求2或3所述的二阶RC移相模块中,其特征在于,所述
第一电容、第二电容、第三电容和第四电容的电容量相等;
所述第二电阻和第四电阻为可变电阻;
所述第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻的电阻值相等。
5.根据权利要求1所述的信号源,其特征在于,所述交流电源模块进一步包括
输入端口,用于接入频率为50Hz,电压为220V的单相交流电;
变压器,用于将输入端口接入的单相交流电降压得到两路交流信号。
6.根据权利要求1所述的信号源,其特征在于,所述该信号源进一步包括
交流电源模块还输出交流信号N;
整流模块,用于将所述变流电压模块输出的交流信号M和交流信号N经全桥整流并用电容滤波后得到两路直流电源。
7.根据权利要求1所述的信号源,其特征在于,所述
第一放大模块,第二放大模块和第三放大模块均包括连接在放大器反馈极与输出端之间的电阻,用于分别调节所述交流信号A、交流信号B和交流信号C的电压值。
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