RU220862U1 - Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при построении систем управления вентильных регулируемых электроприводов и инверторов, входящих в состав агрегатов гарантированного питания. Преобразователь содержит однофазный источник напряжения, выход которого образует один из выходных выводов и соединен с входом формирователя фазы, импульсный генератор, источник опорного напряжения, переключатель полярности, инвертор, первый и второй аналоговые ключи, первый и второй фильтры нижних частот, причем формирователь фазы выполнен в виде управляемого фазовращателя, выход импульсного генератора соединен с входами управления переключателя полярности и второго аналогового ключа и через инвертор с входом управления первого аналогового ключа, а выход источника опорного напряжения через переключатель полярности соединен с входом управления управляемого фазовращателя, выход которого через первый и второй ключ подключен соответственно к входам первого и второго фильтров нижних частот, выходы которых соответственно образуют второй и третий выходные выводы преобразователя. Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия преобразователя однофазного напряжения в трехфазное. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при построении систем управления вентильных регулируемых электроприводов и инверторов, входящих в состав агрегатов гарантированного питания.

Известен преобразователь однофазного напряжения в трехфазное [Патент на изобретение №702469 РФ, МПК Н02М 5/14, опубл. 5.12.1979 г.], содержащий однофазный источник, подключенный к фазосдвигающему блоку и первому выходному зажиму, инвертирующий сумматор на интегральном операционном усилителе, а фазосдвигающий блок выполнен инвертирующим на операционном усилителе, причем один вход инвертирующего сумматора соединен с однофазным источником, другой вход - с выходом фазосдвигающего блока, второй и третий выходные зажимы выходами инвертирующих фазосдвигающего блока и сумматора, а к четвертому зажиму присоединены общие точки источника, фазосдвигающего блока и сумматора.

Недостатком данного преобразователя зависимость фазового сдвига двух формируемых выходных напряжений от частоты однофазного источника, поэтому он не работоспособен в широком диапазоне частот.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является преобразователь однофазного напряжения в трехфазное [Патент на изобретение №1432692 РФ, МПК Н02М 5/02, опубл. 23.10.1988 г.], содержащий однофазный источник напряжения, выход которого образует один из выходных выводов и соединен с входом формирователя фазы и с первым входом сумматора, второй вход которого, соединенный с выходом формирователя фаз, и выход образуют соответственно два других выходных вывода и общую шину, причем формирователь фазы состоит из инвертирующего усилителя постоянного тока, во входную цепь которого включен RC-трехполюсник, в цепь отрицательной обратной связи - резистор, сумматор включает другой инвертирующий усилитель постоянного тока, между выходом которого и его инвертирующим входом включен резистор отрицательной обратной связи, между инвертирующим входом и первым и вторым входами сумматора включены соответственно первый и второй входные резисторы, а неинвертирующий вход этого усилителя соединен с общей шиной, формирователь фазы дополнительно снабжен блоком преобразования период-напряжение и управляемым резистором, причем вход блока преобразования период-напряжение соединен с входом формирователя фазы, а его выход - с управляющим входом управляемого резистора, включенного между общей шиной и неинвертирующим входом усилителя постоянного тока формирователя фазы.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Наличие фазового фильтра в качестве формирователя фазы в схеме прототипа приводит к необходимости корректировки его выходного напряжения в зависимости от частоты входного сигнала. Этой цели служит преобразователь период-напряжение (частота-напряжение). Недостатком данного преобразователя является низкое его быстродействие особенно в области низких частот, обусловленное применением в устройстве преобразователя период-напряжение, в схеме которого на выходе используется фильтр нижних частот. При этом, постоянная времени фильтра нижних частот выбирается достаточно большой исходя из обеспечения заданных пульсаций выходного напряжения управления на самой нижней частоте рабочего диапазона, что предопределяет низкое быстродействие устройства особенно на низких частотах.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение быстродействия преобразователя однофазного напряжения в трехфазное.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий однофазный источник напряжения, выход которого образует один из выходных выводов и соединен с входом формирователя фазы, дополнительно введены импульсный генератор, источник опорного напряжения, переключатель полярности, инвертор, первый и второй аналоговые ключи, первый и второй фильтры нижних частот, причем формирователь фазы выполнен в виде управляемого фазовращателя, выход импульсного генератора соединен с входами управления переключателя полярности и второго аналогового ключа и через инвертор с входом управления первого аналогового ключа, а выход источника опорного напряжения через переключатель полярности соединен с входом управления управляемого фазовращателя, выход которого через первый и второй ключ подключен соответственно к входам первого и второго фильтров нижних частот, выходы которых соответственно образуют второй и третий выходные выводы преобразователя.

Существенными отличиями предлагаемого преобразователя однофазного напряжения в трехфазное являются введение импульсного генератора, источника опорного напряжения, переключателя полярности, инвертора, первого и второго аналоговых ключей, первого и второго фильтров нижних частот и выполнение формирователь фазы в виде управляемого фазовращателя. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение быстродействия преобразователя.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователь однофазного напряжения в трехфазное;

на фиг.2 - временные диаграммы напряжений u₁-u₃, u₆-u₈, u_A, u_B и u_C.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное (фиг.1) содержит однофазный источник напряжения 1, управляемый фазовращатель 2, импульсный генератор 3, источник опорного напряжения 4, переключатель полярности 5, инвертор 6, первый 7 и второй 8 аналоговые ключи, первый 9 и второй 10 фильтры нижних частот.

Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение u₁ = U_msinωt с выхода однофазного источника напряжения 1 с частотой ω = 2πf, являющееся выходным фазным напряжением u_A, подается на вход управляемого фазовращателя 2. Импульсный генератор 3 вырабатывает импульсное напряжение u₂ прямоугольной формы положительной полярности амплитудой 15 В (единичного логического уровня) и скважностью равной двум. Это напряжение u₂ подается на входы управления переключателя полярности 5, второго аналогового ключа 8 и через инвертор с входом управления первого аналогового ключа 7. При этом на вход переключателя полярности 5 подается стабильное напряжение U₄ = -5 В от источника опорного напряжения 4 (фиг.2).

Переключатель полярности 5 представляет собой управляемый усилитель на операционном усилителе с единичным коэффициентом усиления, причем при наличии напряжения управления u₂ он работает как инвертирующий усилитель, а при отсутствии напряжения u₂ - как неинвертирующий.

Переключатель полярности 5, управляемый импульсным напряжением и₂ с импульсного генератора 3 управляет полярностью его входного напряжения u₄ таким образом, что при наличии импульса напряжения u₂ полярность напряжения и₄ изменяется на противоположную, а при отсутствии импульса - полярность не изменяется.

В результате на выходе переключателя полярности 5 и на управляющем входе управляемого фазовращателя 2 формируется переменное напряжение u₅ прямоугольной формы с амплитудой U_5m=5 В (фиг.2).

В устройстве применен управляемый фазовращатель 2, который позволяет линейно изменять фазу ϕ входного сигнала от -180° до +180° при изменении величины управляющего напряжения от -7,5 В до +7,5 В. Таким образом, при напряжении управления +5 В его входное синусоидальное напряжение u₁ сдвигается на +120°, а при напряжении управления - 5 В напряжение сдвигается на -120°. В результате на выходе управляемого фазовращателя 2 формируется напряжение u₆ состоящее из фрагментов напряжений, сдвинутых на углы +120° и -120°, чередующихся с частотой напряжения u₂ импульсного генератора 3 (фиг.2).

При помощи аналоговых ключей 7 и 8, управляемых сигналом от импульсного генератора 3 и работающих в противофазе происходит выделение из напряжения u₆ напряжений, сдвинутых на углы +120° и -120°. Так при нулевом уровне импульсного сигнала импульсного генератора 3 на выходе переключателя полярности 6 и на управляющем входе управляемого фазовращателя 2 формируется напряжение -5 В и управляемый фазовращатель 2 сдвигает входное напряжение u₁ на угол -120°. При этом сигналом логической единицы с выхода инвертора 6 открывается аналоговый ключ 7 (ключ 8 закрыт) и входное напряжение u₁, сдвинутое на угол -120° попадает на вход фильтра нижних частот 9. При единичном логическом уровне импульсного сигнала импульсного генератора 3 на выходе переключателя полярности и на управляющем входе управляемого фазовращателя 2 формируется напряжение +5 В и управляемый фазовращатель 2 сдвигает входное напряжение u₁ на угол +120°. При этом сигналом логической единицы с импульсного генератора 3 открывается аналоговый ключ 8 (ключ 7 закрыт) и входное напряжение u₁, сдвинутое на угол +120° попадает на вход фильтра нижних частот 10 (фиг.2).

В результате этого на выходе аналогового ключа 7 формируется напряжение u₇ фазы В, промодулированное импульсами импульсного генератора 3 и сдвинутое по фазе на угол -120°, а на выходе аналогового ключа 8 формируется напряжение u₈ фазы С, промодулированное импульсами импульсного генератора 3 и сдвинутое по фазе на угол +120°. Полученные напряжения u₇ и u₈ с выходов аналоговых ключей 7 и 8 поступают на входы фильтров нижних частот соответственно 9 и 10, которые подавляют высокочастотную составляющую напряжений u₇ и u₈. В результате на выходах фильтров нижних частот 9 и 10 формируются фазные напряжения соответственно u_B и u_C, сдвинутые по фазе на углы соответственно +120° и -120° (фиг.2).

В связи с тем, что скважность модулирующего напряжения равна двум, то при прохождении фильтров нижних частот 9 и 10 амплитуда основной гармоники снижается в два раза. Поэтому для восстановления амплитуды фазных напряжений коэффициенты передачи фильтров нижних частот 9 и 10 установлены равными двум.

Таким образом, использование функциональных узлов предлагаемой полезной модели позволяет получить трехфазную систему фазных напряжений из имеющегося однофазного.

Частота выходного напряжения u₃ импульсного генератора 3 выбирается порядка нескольких сотен килогерц, поэтому постоянная времени фильтров нижних частот 9 и 10 достаточно мала и значительно меньше (более, чем на два порядка) постоянной времени фильтра нижних частот преобразователя период-напряжение прототипа, поэтому предлагаемый преобразователь имеет более высокое быстродействие, чем прототип.

Таким образом, имеет место достижение технического результата полезной модели - повышение быстродействия преобразователя однофазного напряжения в трехфазное.

При практической реализации предлагаемого преобразователя однофазный источник напряжения 1 представляет собой обычный генератор синусоидального напряжения. Управляемый фазовращатель 2 можно выполнить по схеме (Патент на ПМ №206198 РФ, G01R 19/22. Управляемый фазовращатель, опубл. 30.08. 2021 г.). Импульсный генератор 3 можно выполнить в виде мультивибратора на микросхеме таймера КР1006 ВИ1 (Коломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. М.: Радио и связь. 1991, стр. 202, рис. 7.16). Источник опорного напряжения 4 представляет собой обычный источник стабильного напряжения. Переключатель полярности 5 можно выполнить по схеме управляемого усилителя (Патент на ПМ №168550 РФ, МПК G01R 25/00, опубл. 8.02.2017 г.). Инвертор 6 можно взять как логический элемент НЕ из микросхемы К561ЛН1. Аналоговые ключи 7 и 8 можно выполнить на микросхеме К561КТ3. Фильтры нижних частот 9 и 10 можно выполнить по схеме фильтра нижних частот первого порядка на ОУ (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 105, рис. 6.10).

Claims (1)

1. Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий однофазный источник напряжения, выход которого образует один из выходных выводов и соединен с входом формирователя фазы, отличающийся тем, что в него дополнительно введены импульсный генератор, источник опорного напряжения, переключатель полярности, инвертор, первый и второй аналоговые ключи, первый и второй фильтры нижних частот, причем формирователь фазы выполнен в виде управляемого фазовращателя, выход импульсного генератора соединен с входами управления переключателя полярности и второго аналогового ключа и через инвертор с входом управления первого аналогового ключа, а выход источника опорного напряжения через переключатель полярности соединен с входом управления управляемого фазовращателя, выход которого через первый и второй ключи подключен соответственно к входам первого и второго фильтров нижних частот, выходы которых соответственно образуют второй и третий выходные выводы преобразователя.