устройство для синхронизации трехфазного преобразователя от одной фазы

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ ТРЕХФАЗНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ОТ ОДНОЙ ФАЗЫ, содержащее датчик однофазного напряжения и три идентификатора каналов, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, в него дополнительно введен формирователь трехфазных напряжений, сдвинутых относительно друг друга на заданный угол, выполненный в виде трех параллельно соединенных цепочек, объединенные выводы которых подключены к выходам 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 к 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.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что 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 к входному резистору.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для синхронизации систем управления трехфазными преобразователями однофазного напряжения от одной фазы.

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.

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.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение устройства и повышение надежности при синхронизации трехфазного преобразователя от одной фазы.

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.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг.2 - векторная диаграмма; на фиг.3 - временные диаграммы напряжений устройства.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.