RU2016479C1

RU2016479C1 - Device for synchronization of three-phase converter with single phase

Info

Publication number: RU2016479C1
Authority: RU
Inventors: Л.Б. Масандилов; Ю.И. Гетман; В.Л. Мелихов
Original assignee: Московский энергетический институт (Технический университет)
Priority date: 1991-01-08
Filing date: 1991-01-08
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device has pickup 1 of single phase voltage, three identical channels 2, 3, 4, three networks. One of them is composed of two resistors 7, 8 connected in series, second network includes resistor 9 and capacitor 10 linked in series. Third network incorporates capacitor 11 and resistor 12 connected in series. EFFECT: improved operational efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для синхронизации систем управления трехфазными преобразователями однофазного напряжения от одной фазы. The invention relates to electrical engineering and can be used to synchronize control systems for three-phase single-phase voltage converters from one phase.

Известно устройство [1], позволяющее получать посредством двух фазовращателей систему трехфазных напряжений, которые можно затем использовать для получения синхроимпульсов, управляющих многофазным преобразователем. Однако, для формирования синхроимпульсов необходимо в данное устройство вводить дополнительные узлы, что усложняет схему данного устройства. A device [1] is known, which makes it possible to obtain a system of three-phase voltages by means of two phase shifters, which can then be used to obtain clock pulses controlling a multiphase converter. However, for the formation of clock pulses it is necessary to introduce additional nodes into this device, which complicates the circuit of this device.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство [2] , содержащее датчик однофазного напряжения, генератор, делитель частоты и идентификаторы каналов, формирующие синхронизирующие импульсы, предназначенные для системы управления многофазным преобразователем. Наличие в данном устройстве генератора и делителя частоты усложняет схему. Кроме этого данное техническое решение содержит формирователь задающих однофазных синхроимпульсов, для работы которого используются все три фазы питающей сети, что также относится к его недостаткам. Closest to the proposed technical solution is a device [2], which contains a single-phase voltage sensor, a generator, a frequency divider and channel identifiers forming synchronizing pulses intended for a multiphase converter control system. The presence of a generator and a frequency divider in this device complicates the circuit. In addition, this technical solution contains a driver of master single-phase clock pulses, for the operation of which all three phases of the supply network are used, which also relates to its shortcomings.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение устройства и повышение надежности при синхронизации трехфазного преобразователя от одной фазы. The aim of the invention is to simplify the device and increase reliability when synchronizing a three-phase converter from one phase.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее датчик однофазного напряжения и три идентификатора каналов, дополнительно введен формирователь трехфазных напряжений, сдвинутых относительно друг друга на заданный угол, выполненный в виде трех параллельно соединенных цепочек, объединенные выводы которых подключены к выводам датчика однофазного напряжения, одна из цепочек состоит из двух последовательно соединенных резисторов, две другие - из последовательно включенных резистора и конденсатора, общие выводы последних подключены соответственно ко входам двух идентификаторов каналов, вход третьего идентификатора канала соединен с одним из выводов датчика напряжения, общий вывод цепочки из двух последовательно соединенных резисторов подключен к проводу нулевого потенциала, идентификаторы каналов выполнены в виде компараторов, кроме того, компаратор содержит операционный усилитель, входной резистор, входы операционного усилителя соединены между собой через две параллельные цепи, одна из которых включает в себя два последовательно соединенных резистора,другая - два последовательно соединенных диода, инвертирующий вход операционного усилителя через дополнительный резистор подключен к источнику опорного напряжения, при этом общий вывод двух последовательно соединенных резисторов подключен к проводу нулевого потенциала, а общий вывод двух упомянутых диодов подключен ко входному резистору. This goal is achieved by the fact that in the known device containing a single-phase voltage sensor and three channel identifiers, an additional three-phase voltage generator is inserted, shifted relative to each other by a predetermined angle, made in the form of three parallel-connected circuits, the combined terminals of which are connected to the terminals of the single-phase voltage sensor , one of the chains consists of two series-connected resistors, the other two - of series-connected resistor and capacitor, the common conclusions the latter are connected respectively to the inputs of two channel identifiers, the input of the third channel identifier is connected to one of the terminals of the voltage sensor, the common output of the chain of two series-connected resistors is connected to a zero potential wire, the channel identifiers are made in the form of comparators, in addition, the comparator contains an operational amplifier, input resistor, the inputs of the operational amplifier are interconnected via two parallel circuits, one of which includes two series-connected resistors, the other - two series-connected diodes, the inverting input of the operational amplifier through an additional resistor is connected to a reference voltage source, while the common output of two series-connected resistors is connected to a zero potential wire, and the common output of the two mentioned diodes is connected to an input resistor.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг.2 - векторная диаграмма; на фиг.3 - временные диаграммы напряжений устройства. In FIG. 1 shows a block diagram of a device; figure 2 is a vector diagram; figure 3 is a timing diagram of the voltage of the device.

Устройство, блок-схема которого приведена на фиг.1, содержит датчик однофазного напряжения 1, выполненный, например, в виде трансформатора напряжения, и три одинаковых идентификатора каналов 2, 3, 4. К выводам датчика однофазного напряжения 1 подключены три цепочки, одна из которых состоит из двух последовательно соединенных резисторов 7, 8. Вторая цепочка содержит последовательно включенные резистор 9 и конденсатор 10. Третья цепочка содержит последовательно соединенные конденсатор 11 и резистор 12. Общий вывод 13 резистора 9 и конденсатора 10 соединен со входом идентификатора канала 4, общий вывод 14 конденсатора 11 и резистора 12 соединен со входом идентификатора канала 2, а вывод 6 датчика однофазного напряжения 1 является общим с выводами элементов 8, 10, 12 и подключен ко входу идентификатора канала 3. Общий вывод 15 резисторов 7 и 8 соединен с проводом нулевого потенциала. Каждый идентификатор канала 2, 3 или 4 представляет собой компаратор и содержит операционный усилитель 16, входной резистор 17, входы операционного усилителя 16 соединены между собой через две параллельные цепи, одна из которых включает в себя два последовательно соединенных резистора 18 и 19, другая - два последовательно соединенных диода 20 и 21. Инвертирующий вход операционного усилителя 16 через дополнительный резистор 22 подключен к источнику опорного напряжения 23, при этом общий вывод двух последовательно соединенных резисторов 18 и 19 подключен к проводу нулевого потенциала, а общий вывод двух упомянутых диодов подключен ко входному резистору 17. Три вышеуказанные цепочки, подключенные между выводами датчика однофазного напряжения 1 и входами идентификаторов каналов 2, 3, 4 образуют формирователь 24 трехфазных напряжений. The device, the block diagram of which is shown in figure 1, contains a single-phase voltage sensor 1, made, for example, in the form of a voltage transformer, and three identical channel identifiers 2, 3, 4. Three circuits are connected to the terminals of the single-phase voltage sensor 1, one of which consists of two series-connected resistors 7, 8. The second chain contains a series-connected resistor 9 and a capacitor 10. The third chain contains a series-connected capacitor 11 and a resistor 12. The common terminal 13 of the resistor 9 and the soybean capacitor 10 inen with the input of the channel identifier 4, the common terminal 14 of the capacitor 11 and the resistor 12 is connected to the input of the channel ID 2, and the output 6 of the single-phase voltage sensor 1 is common with the outputs of the elements 8, 10, 12 and connected to the input of the channel ID 3. General terminal 15 resistors 7 and 8 are connected to a wire of zero potential. Each channel identifier 2, 3 or 4 represents a comparator and contains an operational amplifier 16, an input resistor 17, the inputs of the operational amplifier 16 are interconnected via two parallel circuits, one of which includes two resistors 18 and 19 connected in series, the other two series-connected diodes 20 and 21. The inverting input of the operational amplifier 16 is connected through an additional resistor 22 to a reference voltage source 23, while the common output of two series-connected resistors 18 and 19 is connected It is connected to the zero potential wire, and the common output of the two mentioned diodes is connected to the input resistor 17. The three above chains connected between the outputs of the single-phase voltage sensor 1 and the inputs of the channel identifiers 2, 3, 4 form a three-phase voltage generator 24.

На фиг. 2 показана векторная диаграмма напряжений на элементах блок-схемы фиг. 1, где номера точек 5, 6, 13, 14, 15 соответствуют номерам выводов, указанных на фиг.1. Векторы U6, U13, U14, указанные на фиг.2, определяются соответственно напряжениями снятыми на выводах 6, 13, 14 относительно провода нулевого потенциала (вывод 15 фиг.1). In FIG. 2 shows a vector diagram of voltages on the elements of the block diagram of FIG. 1, where the point numbers 5, 6, 13, 14, 15 correspond to the pin numbers indicated in FIG. The vectors U6, U13, U14 indicated in FIG. 2 are determined respectively by the voltages taken at the terminals 6, 13, 14 with respect to the zero potential wire (terminal 15 of FIG. 1).

На фиг.3 показаны временные диаграммы напряжений, поясняющие работу идентификатора канала 2. На фиг.3,а, б, в, г, д представлены следующие сигналы: U2, U3, U4 - напряжения на выходах соответственно идентификаторов каналов 2, 3, 4 (фиг.1); U16-, U16+ - напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах операционного усилителя 16; U6, U13, U14 - входные напряжения соответственно компараторов 3, 4, 2. Figure 3 shows the timing diagrams of voltages explaining the operation of the identifier of channel 2. Figure 3, a, b, c, d, d shows the following signals: U2, U3, U4 - voltage at the outputs of channel identifiers 2, 3, 4, respectively (figure 1); U16-, U16 + - voltage at the inverting and non-inverting inputs of the operational amplifier 16; U6, U13, U14 - input voltage, respectively, of the comparators 3, 4, 2.

Работа устройства основана на получении трехфазной системы переменных напряжений одинаковой амплитуды посредством преобразования входного напряжения фиксированной частоты с последующим формированием синхронизирующих импульсов в идентификаторах каналов 2, 3, 4. Следует заметить, что соотношения величин емкостей конденсаторов и сопротивлений резисторов 7, 8, 9, 10, 11, 12 параллельных цепочек задаются исходя из векторной диаграммы фиг. 2. При этом элементы 7-12 вышеупомянутых параллельных цепочек определяются единственным образом. Действительно, из векторной диаграммы фиг.2 видно, что отрезки 6-15 и 15-5 равны друг другу. При этом (см. фиг.1) напряжения на резисторах 7 и 8 одинаковы, а, следовательно, и сопротивления этих резисторов должны быть равны между собой. Кроме того, поскольку треугольники 5-6-14 и 6-5-13 (см. фиг.2) прямоугольные, то сопротивления резисторов и емкостей должны быть связаны соотношениями
Хс11 = R12/

и R9 = Xc10/

. где Хс11 и Хс10 - реактивные емкостные сопротивления конденсаторов 11 и 10;
R12 и R9 - сопротивления резисторов 12 и 9.The operation of the device is based on obtaining a three-phase system of variable voltages of the same amplitude by converting the input voltage of a fixed frequency with the subsequent formation of synchronizing pulses in the channel identifiers 2, 3, 4. It should be noted that the ratio of the capacitance of the capacitors and the resistances of the resistors 7, 8, 9, 10, 11, 12 parallel chains are set based on the vector diagram of FIG. 2. Moreover, the elements 7-12 of the aforementioned parallel chains are uniquely determined. Indeed, it can be seen from the vector diagram of FIG. 2 that segments 6-15 and 15-5 are equal to each other. In this case (see Fig. 1), the voltages across the resistors 7 and 8 are the same, and, therefore, the resistances of these resistors must be equal to each other. In addition, since the triangles 5-6-14 and 6-5-13 (see figure 2) are rectangular, the resistances of the resistors and capacitors must be connected by the relations
Xc11 = R12 /

and R9 = Xc10 /

. where Xs11 and Xc10 - reactive capacitance of the capacitors 11 and 10;
R12 and R9 are the resistances of resistors 12 and 9.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом. Сигнал с выхода датчика однофазного напряжения 1 поступает на общие выводы 5, 6 трех параллельных цепочек, составленных из элементов 7-12, при этом, как показано выше, на выводах 6, 14, 13 образуется система трехфазных напряжений, сдвинутых относительно друг друга на 120 эл.град. На фиг.2 показаны векторы данных напряжений и обозначены как U6, U14, U13. Далее сигналы с выводов 6, 14, 13 поступают на соответствующие одинаковые идентификаторы каналов 4, 2, 3. The device (figure 1) works as follows. The signal from the output of the single-phase voltage sensor 1 is supplied to the common terminals 5, 6 of three parallel circuits composed of elements 7-12, while, as shown above, a terminal system of three-phase voltages is shifted to the terminals 6, 14, 13, 120 electric city Figure 2 shows the vectors of these voltages and are designated as U6, U14, U13. Next, the signals from pins 6, 14, 13 are sent to the corresponding identical channel identifiers 4, 2, 3.

Рассмотрим работу идентификатора канала 2, представляющего собой компаратор, на выходе которого формируется импульс заданной длительности (U2, фиг. 3,в) в момент перехода входного напряжения U14 через ноль. Положительная полуволна входного напряжения U14 поступает через диод 21, включенный в прямом направлении, на инвертирующий вход операционного усилителя 16 и суммируется с опорным напряжением - Еоп. Результатом суммирования является напряжение U16-, показанное на фиг.3,б. Отрицательная полуволна напряжения U14 через диод 20, включенный в обратном направлении, поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя 16 (напряжение U16+ фиг.3,б). В моменты равенства напряжений U16- и U16+ операционный усилитель 16 меняет свое состояние. Таким образом, работу компаратора во времени можно разделить на две части: работу с положительной полуволной входного напряжения U14 и работу с отрицательной полуволной напряжения U14. В первом случае отрицательное опорное напряжение источника 23 -Еоп суммируется с положительной полуволной входного напряжения U14 на инвертирующем входе операционного усилителя 16. Если сумма данных напряжений отрицательна, то выход операционного усилителя 16 находится в положительном насыщении. Если же их сумма положительна, то, соответственно, выход операционного усилителя 16 находится в отрицательном насыщении. Во втором случае отрицательное опорное напряжение -Еоп сравнивается с отрицательной полуволной напряжения U14, которое поступает через диод 20 на неинвертирующий вход операционного усилителя 16. Если разность абсолютных величин напряжений U14 и -Еоп отрицательна, то выход операционного усилителя 16 находится в положительном насыщении, если же эта разность положительна, то выход операционного усилителя 16 находится в отрицательном насыщении. На фиг.3б в моменты времени Т1, Т3, Т4, Т6, Т7 происходит смена состояния выхода операционного усилителя 16: в моменты времени Т1, Т4, Т7 выход операционного усилителя 16 переходит из отрицательного насыщения в положительное, а в моменты Т3, Т6, - переходит из положительного насыщения в отрицательное. В результате этого на выходе компаратора получается импульсный сигнал U2 (фиг.3в), причем передние и задние фронты импульсов U2, при равенстве резисторов 18, 19, 22, 24, возникают в моменты времени, симметричные относительно моментов Т2, Т5, Т8 перехода входного напряжения U14 через ноль. Ширина данных импульсов определяется уровнем опорного напряжения -Еоп источника 23. Аналогично работают идентификатор канала 3 и 4. Так как их входные напряжения U6, U13, U14 сдвинуты относительно друг друга на 120 эл.град. (см. фиг.3а), то на выходах идентификаторов каналов 2, 3, 4 появляются импульсные напряжения U2, U3, U4 в моменты времени, соответствующие переходам входных напряжений U14, U6, U13 через ноль, сдвинутые относительно друг друга на 60 эл. град. Consider the operation of the identifier of channel 2, which is a comparator, at the output of which a pulse of a given duration is formed (U2, Fig. 3, c) at the moment the input voltage U14 passes through zero. The positive half-wave of the input voltage U14 enters through the diode 21, turned on in the forward direction, to the inverting input of the operational amplifier 16 and is summed with the reference voltage - Eop. The result of the summation is the voltage U16-, shown in figure 3, b. The negative half-wave of voltage U14 through the diode 20, turned on in the opposite direction, is fed to the non-inverting input of the operational amplifier 16 (voltage U16 + Fig.3, b). At times of equal voltage U16- and U16 +, the operational amplifier 16 changes its state. Thus, the work of the comparator in time can be divided into two parts: work with a positive half-wave input voltage U14 and work with a negative half-wave voltage U14. In the first case, the negative reference voltage of the source 23 -Eop is summed with the positive half-wave of the input voltage U14 at the inverting input of the operational amplifier 16. If the sum of these voltages is negative, then the output of the operational amplifier 16 is in positive saturation. If their sum is positive, then, accordingly, the output of the operational amplifier 16 is in negative saturation. In the second case, the negative reference voltage -Eop is compared with the negative half-wave voltage U14, which is supplied through the diode 20 to the non-inverting input of the operational amplifier 16. If the difference in the absolute values of the voltages U14 and -Eop is negative, then the output of the operational amplifier 16 is in positive saturation, if since this difference is positive, the output of the operational amplifier 16 is in negative saturation. On figb at time points T1, T3, T4, T6, T7 there is a change in the state of the output of the operational amplifier 16: at times T1, T4, T7 the output of the operational amplifier 16 goes from negative saturation to positive, and at times T3, T6, - goes from positive to negative saturation. As a result of this, a pulse signal U2 is obtained at the output of the comparator (Fig. 3c), moreover, the leading and trailing edges of the pulses U2, when the resistors 18, 19, 22, 24 are equal, arise at time instants that are symmetrical with respect to the transition moment T2, T5, T8 of the input voltage U14 through zero. The width of these pulses is determined by the level of the reference voltage -Eop source 23. Similarly, the channel identifier 3 and 4. Since their input voltage U6, U13, U14 are shifted relative to each other by 120 el. (see figa), then on the outputs of the channel identifiers 2, 3, 4 appear pulse voltage U2, U3, U4 at time instants corresponding to the transitions of the input voltages U14, U6, U13 through zero, shifted relative to each other by 60 el. hail.

Предлагаемое техническое решение использует для синхронизации трехфазного преобразователя сигнал датчика однофазного напряжения, в качестве которого, например, можно применить обмотку небольшой мощности серийного однофазного трансформатора блока питания системы управления преобразователя. Поэтому при использовании данного технического решения не требуется применения трех серийных однофазных трансформаторов или специального трехфазного трансформатора, что снижает стоимость, массу и габариты преобразователя. Уменьшение количества используемых элементов в схеме, особенно интегральных микросхем, по сравнению с прототипом, увеличивает надежность работы данного устройства. The proposed technical solution uses a single-phase voltage sensor signal to synchronize a three-phase converter, for example, as a small winding of a serial single-phase transformer of the power supply unit of the converter control system. Therefore, when using this technical solution, the use of three serial single-phase transformers or a special three-phase transformer is not required, which reduces the cost, weight and dimensions of the converter. Reducing the number of elements used in the circuit, especially integrated circuits, compared with the prototype, increases the reliability of this device.

Claims

1. DEVICE FOR SYNCHRONIZING A THREE-PHASE CONVERTER FROM ONE PHASE, containing a single-phase voltage sensor and three channel identifiers, characterized in that, in order to simplify and increase reliability, it additionally includes a three-phase voltage generator, shifted relative to each other by a given angle, made in in the form of three parallel-connected circuits, the combined conclusions of which are connected to the outputs of the single-phase voltage sensor, one of the chains consists of two series-connected resistors, there are others — from a resistor and a capacitor connected in series, the common terminals of the latter are connected respectively to the inputs of two channel identifiers, the input of the third channel identifier is connected to one of the voltage sensor outputs, the general output of a chain of two series connected resistors is connected to a zero potential wire, channel identifiers are made in the form of comparators.

2. The device according to claim 1, characterized in that the comparator contains an operational amplifier, an input resistor, the inputs of the operational amplifier are interconnected via two parallel circuits, one of which includes two series-connected resistors, the other two two series-connected diodes, inverting the input of the operational amplifier through an additional resistor is connected to a reference voltage source, while the common output of two series-connected resistors is connected to a zero potential wire, and the common the output of the two mentioned diodes is connected to an input resistor.