ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ОДНОФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ТРЕХФАЗНОЕ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при построении система управления регулируемых электроприводов и инверторов, входящих в состав агрегатов бесперебойного электропитания.
Известен преобразователь однофазного напряжения в трехфазное [Авторское свидетельство СССР №1339815 МПК Н02М 5/14, опубл. 23.09.1987 г.], содержащий пять RC-цепей, состоящих из соединенных последовательно резистора и конденсатора, причем средние точки первой и второй RC-цепи соединены соответственно с первой и второй входными клеммами, свободный вывод конденсатора третьей RC-цепи соединен со свободными выводами конденсатора первой RC-цепи и резистора второй RC-цепи, свободный вывод резистора четвертой RC-цепи соединен со свободными выводами резистора первой RC-цепи и конденсатора второй RC-цепи, а средняя точка второй RC-цепи соединена со свободными выводами резистора третьей RC-цепи и конденсатора четвертой RC-цепи, при этом свободные выводы резистора и конденсатора пятой RC-цепи соединены соответственно с общей точкой соединения конденсаторов первой и третьей RC-цепей и общей точкой соединения резисторов первой и четвертой RC-цепей, первая выходная клемма соединена со средней точкой третьей RC-цепи, вторая выходная клемма - со средней точкой пятой RC-цепи, а третья выходная клемма - со средней точкой четвертой последовательной RC-цепи.
Недостатком данного преобразователя является то, что он формирует трехфазное напряжение, симметричное и равное входному, но только для одного значения частоты.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является преобразователь однофазного напряжения в трехфазное [Авторское свидетельство СССР №1775820 МПК Н02М 5/14, опубл. 15.11.1992 г.], содержащий интегратор с двумя инвертирующими и одним неинвертирующим входами, между выходом и вторым инвертирующим входом которого включен аналоговый перемножитель, первый сумматор, первый вход которого соединен с входным выводом, дифференциальный интегратор, первый пиковый детектор и второй пиковый детектор, выход которого соединен с инвертирующим входом дифференциального интегратора, блок преобразования фаз, выходы которого соединены с выходными выводами, второй сумматор, первый и второй входы, которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока преобразования фаз и третий сумматор, первый и второй входы которого соединены соответственно с источником опорного напряжения и выходом дифференциального интегратора, неинвертирующий вход которого подключен к выходу первого пикового детектора, вход которого соединен с входным выводом для подключения однофазного источника и с первым инвертирующим входом интегратора, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, первый и второй входы блока преобразования фаз подключены соответственно к входному выводу и к выходу сумматора, второй вход которого соединен с выходом аналогового перемножителя, управляющий вход которого соединен с выходом сумматора, а выход второго сумматора соединен с входом второго пикового детектора.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Данный преобразователь обеспечивает равенство амплитуд входного и выходного напряжений в широком диапазоне частот. Однако его недостатком является невысокая точность, особенно в переходных режимах, обусловленная большим количеством операционных блоков и преобразований входного сигнала.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности преобразования однофазного напряжения в трехфазное за счет упрощения устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в известный преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, содержащий интегратор, аналоговый перемножитель, первый и второй пиковые детекторы и блок преобразования фаз, первый, второй и третий выходы которого образуют выводы для подключения нагрузки, причем вход преобразователя подключен к входу интегратора, входу первого пикового детектора и первому входу блока преобразования фаз, дополнительно введен блок деления и инвертор, причем выход интегратора соединен с первым входом блока деления и входом второго пикового детектора, выход которого соединен со вторым входом блока деления, выход которого соединен с первым входом аналогового перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого пикового детектора, а выход аналогового перемножителя через инвертор соединен со вторым входом блока преобразования фаз.
Существенными отличиями предлагаемого преобразователя являются введение блока деления и инвертора и организация новых связей между элементами устройства. Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение точности преобразования.
вх
1
3
4
А
B
C
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений u, u-u, u и u, u, и.
Преобразователь (фиг. 1) содержит интегратор 1, блок деления 2, аналоговый перемножитель 3, два пиковых детектора 4,5, инвертор 6 и блок преобразования фаз 7.
вх
m вх
1
вх
Преобразователь работает следующим образом. Входное синусоидальное напряжение переменного тока u=Usinωt подается на входы интегратора 1 и амплитудного детектора 5 и первый вход блока преобразования фаз 7. На выходе интегратора 1 формируется напряжение u, сдвинутое по фазе относительно u на угол 90° в сторону отставания (фиг. 2)
m вх
где U - амплитуда входного напряжения;
1m
U - амплитуда выходного напряжения интегратора;
ω - круговая частота входного напряжения;
R - сопротивление резистора интегратора;
С - емкость конденсатора интегратора.
1m
2
После деления выходного напряжение интегратора на его амплитуду U, формируемую пиковым детектором 4, в блоке деления 2, на его выходе формируется напряжение u=-cosωt с единичной амплитудой, которое поступает на вход аналогового перемножителя 3.
2
m вх
3
m вх
m вх
В аналоговом перемножителе 3 производится перемножение напряжения u с амплитудным значением входного напряжения U, поступающим с пикового детектора 5, в результате на его выходе формируется напряжение u=-Ucosωt, тем самым происходит восстановление амплитуды входного напряжения U.
4
m вх
После инвертирования инвертором 6, на его выходе и на втором входе блока преобразования фаз 7, формируется напряжение u=Ucosωt.
вх
m вх
4
m вх
Таким образом, на входах блока преобразования фаз 7 формируются ортогональные напряжения u=Usinωt и u=Ucosωt.
A
B
C
вх
4
A
В блоке преобразования фаз 7 формируется система трехфазных напряжений u, u, u путем геометрического суммирования в требуемых пропорциях ортогональных синусоидальных напряжений u и u, поступающих на соответствующие его входы. Поскольку амплитуды ортогональных напряжений всегда одинаковы, то на выходах блока преобразования фаз 7 обеспечиваются стабильные межфазовые сдвиги выходных напряжений 120 эл. градусов, при нулевой начальной фазе напряжения u.
Таким образом, в предлагаемой полезной модели существенно уменьшено количество операционных блоков и преобразований сигналов, тем самым достигается технический результат - повышение точности преобразователя.
При практической реализации предлагаемого устройства интегратор 1 можно выполнить по известной схеме на операционном усилителе (ОУ) с времязадающей RC-цепью. Аналоговый перемножитель 3 можно выполнить на микросхеме КР525ПС3. Блок деления 2 можно выполнить на ОУ, включив перемножитель на микросхеме К525ПС3 в цепь его отрицательной обратной связи. Пиковые детекторы 4 и 5 можно выполнить по одной из известных схем (А. Дж. Пейтон, В. Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994, стр. 292, рис. 11.17; стр. 304, рис. 11.29). Инвертор 6 представляет собой обычный инвертирующий усилитель на ОУ с единичным коэффициентом усиления. Блок преобразования фаз 7 можно выполнить по принципу (Дубровин B.C. Применение фазовращающих цепей при построении многофазных генераторов гармонических сигналов/Электроника и информационные технологии. №1 (10), 2011, стр. 1; рис. 1).