Генератор многофазной системы ЭДС с управляемой начальной фазой
MULTIPHASE EMF GENERATOR WITH CONTROLLED INITIAL PHASE

I. Область техники, к которой относится изобретение
I. 1 Область применения
Изобретение относится к области электротехники. Устройство предназначено для генерирования многофазной системы напряжений с управляемой начальной фазой колебаний требуемой частоты, величины напряжения, числа фаз.
Отличительным от устройств, описанных в [1] и [2], является возможность управлять начальной фазой колебаний. Необходимость управления начальной фазой колебаний возникает при подключении устройства к сети или к другому генератору. В этом случае необходимо согласовывать частоту колебаний, величину напряжений фаз, а также начальные фазы колебаний согласуемых устройств.
II. Уровень техники
II. 1 Сравнение с предшествующими уровнями техники
Предложенные в [1] и [2] генераторы многофазной системы ЭДС предназначены для автономной работы и не предусматривают работу совместно с внешней сетью или другим генератором. Целью изобретения является разработка устройства для генерирования многофазной системы напряжений с управляемой начальной фазой колебаний требуемой частоты, величины напряжения, числа фаз на основе использования импульсной техники. Устройство позволяет дискретно изменять начальную фазу колебаний с шагом 2π/n, где n- число дискретных интервалов, на которое разбивается период колебаний. Это необходимо для синхронизации работы генератора с другими устройствами при подключении генератора к внешней сети или другому генератору синусоидальных колебаний.
II. 2 Отличительные свойства предлагаемого устройства Предлагаемое устройство для генерирования многофазной системы напряжений позволяет управлять начальной фазой колебаний, что отличается его от описанных в работах [1], [2] устройств. Для параллельной работы генератора многофазной системы ЭДС с внешней сетью или другим генератором требуется согласование параметров этих устройств - частоты, напряжений, начальных фаз. Как и в устройствах, описанных в [1], [2], управление частотой в предлагаемом устройстве осуществляется изменением частоты генератора тактовых импульсов в устройстве управления, величина напряжения устанавливается при помощи блока питания. Предлагаемое устройство позволяет дискретно управлять начальной фазой колебаний с шагом 2π/n при помощи блока управления начальной фазой и набора плат блока коммутации. Это позволяет согласовывать все необходимые для совместной работы устройств параметры - частоту колебаний, величину напряжения, начальную фазу.
III. Раскрытие сущности изобретения
III. 1 Таблицы амплитудных значений импульсных функций
Алгоритм работы устройства базируется на свойствах симметрии функций, аппроксимирующих синусоидальные функции напряжений фаз многофазной системы ЭДС, и представлении аппроксимирующих функций последовательностью импульсных функций с ограниченным числом дискретных значений амплитуд импульсных функций. Период синусоидальной функции T разбивается на n временных интервалов.
Синусоидальная функция обладает следующими свойствами симметрии:
Эти свойства симметрии выполняются и для аппроксимирующей функции, представленной на фиг. 1 последовательностью импульсных функций. На рисунке фиг. 1 показана аппроксимирующая функция в виде последовательности импульсных функций для случая, когда период Т синусоидальной функции разбивается на число n=12 временных интервалов, n=1…12.
Эти свойства позволяют для аппроксимации синусоидальной функции использовать ограниченное число n/2 дискретных значений импульсных функций для напряжения каждой фазы m - фазной системы ЭДС.
В таблицах 1-4 записаны значения амплитуд импульсов функций, аппроксимирующих синусоидальные напряжения фаз трехфазной системы прямой последовательности фаз
1
m
e=Esin(ωt-ϕ) для первой фазы,
2
m
e=Esin(ωt-ϕ-120°) для второй фазы,
3
m
e=Esin(ωt-ϕ-240°) для третьей фазы,
когда число интервалов дискретизации равно n=12.
В таблице 1 записаны амплитудные значения импульсов трех фаз для случая, когда начальная фаза первой фазы трехфазного источника равна нулю ϕ=0.
В таблице 2 записаны амплитудные значения импульсов трех фаз для случая, когда начальная фаза первой фазы трехфазного источника равна 2π/n.
В таблице 3 записаны амплитудные значения импульсов трех фаз для случая, когда начальная фаза первой фазы трехфазного источника равна (2π/n)⋅2.
III.2 Структурная схема устройства
Структурная схема устройства показана на рисунке фиг. 2. На рисунке фиг. 2 показаны следующие блоки устройства:
- блок управления 25;
- блок установки начальной фазы колебаний 26;
- коммутационные платы 27-29 блока коммутации;
- блок питания 30.
1
n
1
n
1,1
n,1
1,2
n,2
1,k
n
k
1
1
n
1,1
n,1
2
1
n
1,2
n,2
k
1
n
1,k
n,k
Блок управления 25 посредством полюсов 8…8 подключается к блоку управления начальной фазой колебаний 26. При помощи блока 26 импульсы с входных полюсов 8…8 перераспределяются на выходные полюсы 8…8, 8…8, …, 8…8, в зависимости от положения переключателя 10. Число k не должно превышать значение n-1, когда начальная фаза колебаний в первой фазе составляет 330°. Практически установлено, что достаточно регулирование начальной фазы колебаний в диапазоне 30°…90°, однако возможно регулирование и в более широком диапазоне. В положении 10 сигналы с полюсов 8…8 передаются на полюсы 8…8, в положении 10 сигналы с полюсов 8…8 передаются на полюсы 8…8, в положении 10 сигналы с полюсов 8…8 передаются на полюсы 8…8.
1
2
3
4
5
6
1
2
n/2
Блок питания содержит источники питания с постоянными напряжениями Е Е, Е, Е, Е, Е в соответствии с рисунком фиг. 1 и таблицами 1-4. Эти источники подключаются к полюсам 11, 11…11.
1
1,1
1
1
2
2,1
6
6
3
3,1
2
2
К этим полюсам подключаются силовые ключи коммутационных плат 27, 28, 29 блока коммутации. Алгоритм подключения источников питания к силовым ключам для каждого временного интервала от 1 до n для каждой фазы коммутационных плат в зависимости от значения начальной фазы задается таблицами 1…3. Так, в коммутационной плате 27, когда значение начальной фазы ϕ равно нулю, в соответствии с таблицей 1 и рисунком фиг. 7 в первый временной интервал к выходному полюсу первой фазы 12 посредством ключа 16 и полюса 11 подключается источник E. К выходному полюсу устройства 12 в этот временной интервал посредством ключа 16 и полюса 11 подключается источник с напряжением Е=-Е3. К выходному полюсу устройства 12 в этот временной интервал посредством ключа 16 и полюса 11 подключается источник с напряжением Е. Аналогично осуществляются коммутации для других временных интервалов для каждой из фаз многофазной системы и соответствующих значений начальных фаз. На рисунках фиг. 7, 8, 9 показаны принципиальные схемы коммутационных плат 27, 28, 29 для m=3, n=12. Коммутации платы 27 соответствуют значению начальной фазы ϕ=0, коммутационная плата 28 соответствуют значению начальной фазы ϕ=30°, коммутационная плата 29 соответствуют значению начальной фазы ϕ=60°.
1
n/2
1
m
1
m
1
2
k
1,1
n,1
1,2
n,2
1,k
n,k.
1
1,1
n,1
2
1,2
n,2
Блок коммутации состоит из набора коммутационных плат 27, 28, 29 и т.д. Их общее число не должно превышать значение k=n-1. Платы блока коммутации содержат силовые ключи, при помощи которых источники постоянного напряжения посредством полюсов 11…11 подключаются на интервал времени TI к выходным полюсам 12…12. Выходные полюсы 12…12 являются общими для каждой из коммутационных плат 27, 28, 29. С этих полюсов снимается напряжение для питания многофазной нагрузки. В зависимости от положения 10, 10,…, 10 переключателя 10 в блоке управления начальной фазы 26 активной является только одна коммутационная плата. В каждый временной интервал s=1…n к выходным полюсам устройства в каждой фазе подключается только один источник напряжения. Управление открытым состоянием ключей задается при помощи управляющих импульсов, поступающих на управляющие электроды силовых ключей с полюсов 8…8, или 8…8, или 8…8 блока 26. Какие из управляющих полюсов являются активными, а какие не активными задается при помощи переключателя начальной фазы колебаний блок 26. В положении 10 переключателя 10 активными являются полюсы 8…8, которые управляют открытым состоянием силовых ключей платы 27 блока коммутации. В этом случае начальная фаза ϕ=0. В положении 10 активными являются полюсы 8…8, с этих полюсов управляющие сигналы поступают на управляющие электроды силовых ключей платы 28. В этом случае начальная фаза колебаний равна ϕ=30°. Аналогично устанавливаются другие значения начальной фазы колебаний.
III. 3 Блок управления
1
Блок управления 25 обеспечивает циклическую, с заданным периодом Т, поочередную подачу управляющих импульсов длительностью TI=Т/n, которые управляют открытым состоянием электронных ключей, расположенных в блоке коммутации. Прежде чем попасть в блок коммутации, управляющие импульсы с полюсов 8…8n дешифратора блока управления 25 поступают в блок управления начальной фазой 26. Принципиальная схема блока управления 25 показана на рисунке фиг. 3. Блок управления 25 предназначен для формирования управляющих импульсов в результате создания последовательности прямоугольных импульсов заданной длительности TI и подачи этих сигналов на входы логических элементов ИЛИ, расположенных в платах блока коммутации. Блок управления формирует циклическую с периодом T последовательность импульсов. Величина T равна периоду синусоидальной функции. Число импульсов на периоде Т равно n, длительность одного импульса TI. Значения n и TI выбираются исходя из соображений обеспечения требуемой погрешности аппроксимации синусоидальной функции последовательностью прямоугольных импульсных функций и стоимостью реализации устройства. С увеличением n и уменьшением TI снижается погрешность и увеличивается стоимость.
При помощи электронных ключей, расположенных на платах блока коммутации, источники ЭДС, генерируемые блоком питания, подключаются в заданные блоком управления моменты времени в соответствии с заданным алгоритмом к выходным полюсам блока коммутации. Коммутация осуществляется в открытом состоянии ключа. Длительность открытого состояния каждого ключа равна TI. Амплитудные значения импульсов для каждого интервала времени для каждой из фаз трехфазной системы ЭДС для n=12 приведено в таблицах 1…3, для значений начальных фаз ϕ=0, ϕ-30°, ϕ=60°.
1
n
1,s
n,s
Блок управления 25, рисунок фиг. 3, реализован на элементах 1-7. Он содержит генератор тактовых импульсов (ГТИ) 1, логический элемент И 2, счетчик 3 числа импульсов на периоде Т периодической функции, схему сравнения 4, регистр 5, дешифратор 7 с числом выводов, равном n-числу импульсных функций на периоде Т. Выходные полюсы блока управления 8…8 подключаются к расположенным в блоке управления начальной фазой 26 логическим элемента 9…9, где, s=1…k. Запуск работы устройства осуществляется подачей сигнала по входу 6 блока управления 25. По входу 13 осуществляется запись кода числа временных интервалов n.
1
n
Выход ГТИ 1 подсоединен к первому входу элемента И 2, второй вход которого подсоединен к первому входу 6 устройства, а выход - к первому входу счетчика 3, выход которого подсоединен к входу дешифратора 7 и к первому входу схемы сравнения 4, второй вход которой подсоединен к выходу регистра 5, а выход - к второму входу счетчика 3, вход регистра 5 подсоединен к входу 13 устройства, выходы дешифратора 7 подсоединены к входам 8…8, при помощи которых блок управления соединяется с блоком управления начальной фазы 26.
III. 4 Блок управления начальной фазой
1
1,1
n,1,
1,2
n
2
1,k
n
k
1,1
n,1
1,2
n,2
1,k
n,k
1
1
n
1,1
n,1,
2
1
1,2
n,2
k
1
1,k
n,k
1,1
n,1
1
1,2
n,2
1,k
n,k
1,2
n,2
1
n
1,2
n,2
2
1,k
n,k
1,p
n,p
1,1
n,1
1
1,1
n,1
1
1
1
1
1
1
1
1
1,1
n,1
1,1
n,1
1
1
1
1
1,1
n,1
1
1
n
1,2
n,2
2
1,2
n,2
1
n
1,k
n,k
k
1,k
n,k
Блок 26 предназначен для дискретного изменения начальной фазы колебаний, генерируемых устройством. Структурная схема этого блока представлена на рисунке фиг. 4. Входными для блока являются полюсы 8…8n, при помощи которых блок соединяется с блоком управления 25. Выходными являются группы полюсов 8…8, или 8…8,,…, или 8…8,. Полюсами 8…8 блок 26 подключается к плате 27 блока коммутации, полюсами 8…8 блок 26 подключается к плате 28 блока коммутации, полюсами 8…8 блок 26 подключается к плате 29 блока коммутации. Переключение осуществляется при помощи переключателя 10. В положении 10 переключателя 10 входные полюсы 8…8 подключаются к выходным полюсам 8…8, в положении переключателя 10 входные полюсы 8…8n подключаются к выходным полюсам 8…8, и т.д., в положении переключателя 10 входные полюсы 8…8n подключаются к выходным полюсам 8…8. Выходные полюсы 8…8 являются входными для платы 27 блока коммутации. В этом положении переключателя сигналы с полюсов 8…8n передаются на вход платы 27. На другие выходы 8…8,…, 8…8 сигналы от блока управления не поступают, в результате платы 28…29 не активны и они не управляют включением силовых ключей, при помощи которых напряжения от блока питания поступают на выход устройства. Выходные полюсы 8…8 являются входными для платы 28 блока коммутации. Передача сигналов с полюсов 8…8 на выходные полюсы 8…8 происходит только в положении 10 переключателя 10. С этих полюсов управляющие сигналы поступают на вход платы 28 блока коммутации. Выходные полюсы 8…8 являются входными для платы 29 блока коммутации. Принципиальная схема блока управления начальной фазой показана на рисунке фиг. 5. Переключение управляющих полюсов реализуется ключами 9…9, где р=1…k. В открытом состоянии ключей 9…9 сигналы с полюсов 8…8n передаются к полюсам 8…8. Управление открытием этих ключей осуществляется сигналом от источника постоянного напряжения 22 через переключатель 10, находящийся в положении 10, логический элемент И 20 и триггер 21. Когда на один вход логического элемента И 20 поступает сигнал с полюса 10, а на второй вход логического элемента И 20 поступает сигнал с выхода полюса 8 на его выходе будет сигнал логической 1. В этом случае на выходе триггера 21 появится сигнал, который переведет управляемые ключи 9…9 в открытое положение и на полюсы 8…8 будут переданы сигналы с полюсов 8-8n. Необходимость в элементах 20 и 21 обусловлена тем, что передача сигналов от 8-8n к полюсам 8…8 должна происходить только в момент работы первого такта, когда на полюсе 8 появляется сигнал. Передача сигналов от полюсов 8-8 к полюсам 8…8 будет происходить только в положении 10 переключателя 10 в момент прихода первого импульса посредством ключей 9…9. Передача сигналов от полюсов 8-8 к полюсам 8…8 будет происходить только в положении 10 переключателя 10 в момент прихода первого импульса посредством ключей 9…9.
III. 5 Блок питания
Блок питания предназначен для генерирования набора постоянных источников постоянного напряжения, значения ЭДС которых равны амплитудным значениям импульсов аппроксимирующей синусоиду функции.
Для случая m=3, n=12, согласно рисунку фиг. 1, это E1, Е2, Е3, Е4=-Е1, Е5=-Е2, Е6=-Е3. Блок питания может быть выполнен в различных вариантах в зависимости от назначения устройства (стационарный или мобильный), мощности нагрузки, технических требований.
1
6
1
1
1
2
1
2
2
1
3
1
2
3
3
1
4
4
4
1
5
4
5
5
1
6
4
5
6
6
1
1
6
Принципиальная схема блока питания, когда источниками питания устройства являются гальванические элементы или аккумуляторные батареи, показана на рисунке фиг. 6. Блок питания 30 для m=3, n=12 содержит источники постоянного напряжения 23…23. К выходному полюсу 11 блока питания подключается источник постоянного напряжения 23 (E), к полюсу 11 подключаются два последовательно соединенных источника напряжения 23 и 23, их общее напряжение равно Е=2Е. К полюсу 11 подключаются три последовательно соединенных источника постоянного напряжения 23, 23, 23, их общее напряжение равно Е=3Е Аналогично этому подключаются источники постоянного напряжения с обратной полярностью. К полюсу 11 подключается источник 23, его напряжение Е=-Е. К полюсу 11 подключаются два последовательно соединенных источника 23 и 23, их общее напряжение E=-2E. К полюсу 11 подключаются три последовательно соединенных источника 23, 23, 23, их общее напряжение равно Е=-3Е. Напряжения с полюсов 11…11 являются входными для коммутационных плат 27-29 блока коммутации.
III. 6 Блок коммутации
Блок коммутации обеспечивает подключение к выходным клеммам устройства источников, генерируемых блоком питания. Блок коммутации содержит ряд коммутационных плат, число которых равно числу дискретных значений начальных фаз и не должно превышать величину n-1.
На рисунках фиг. 7, фиг. 8 и фиг. 9 показаны принципиальные схемы
коммутационных плат для случая m=3, n=12. На рисунке фиг. 7 показана принципиальная схема коммутационной платы для значения начальной фазы ϕ=0, на рисунке фиг. 8 для ϕ=30°, на рисунке фиг. 9 для ϕ=60°.
1
m
Выходные полюсы коммутационных плат 12…12 являются общими и являются выходными полюсами всего устройства. С этих полюсов снимается напряжение для питания многофазной нагрузки или, при помощи этих полюсов осуществляется подключение многофазного генератора к внешней сети или другому генератору.
1…
n/2
При помощи коммутационных плат блока коммутации 27, 28, 29 источники напряжений, поступающие от блока питания 30, посредством полюсов 1111 подключаются силовыми ключами в соответствующие интервалы времени
(к-1)TI≤t≤kTI, k=1,2, …n
m
к выходным полюсам блока 12…l2. В записанном выражении TI- длительность временного интервала одного импульса напряжения, n- количество временных интервалов на периоде Т, m- количество фаз генератора, n- количество временных интервалов на периоде Т.
Коммутация осуществляется при помощи управляемых электронных ключей, находящихся на коммутационных платах 27, 28, 29.
1,1
1,6
2,1
2,6
3,1
3,6
На коммутационной плате 27, фиг. 7, для ϕ=0, это силовые ключи 16-16 для первой фазы, 16-16 для второй фазы, 16-16 для третьей фазы.
1,1
1,6
2,1
2,6
3,1
3,6
На коммутационной плате 28, фиг. 8, для ϕ=30°, это силовые ключи 32-32 для первой фазы, 32-32 для второй фазы, 32-32 для третьей фазы.
1,1
1,6
2,1
2,6
3,1
3,6
На коммутационной плате 29, фиг. 9, для ϕ=60°, это силовые ключи 18-18 для первой фазы, 18-18 для второй фазы, 18-18 для третьей фазы.
1
n
Импульсы, управляющие открытым состоянием каждого электронного ключа, поступают от полюсов 8…8 блока управления посредством логических элементов ИЛИ поступают к управляющим электродам силовых ключей.
1,1
1,6
2,1
2,6
3,1
3,6
На коммутационной плате 27, фиг. 7, для ϕ=0, это логические элементы 15-15 для первой фазы, 15-15 для второй фазы, 15-15 для третьей фазы.
1,1
1,6
2,1
2,6
3,1
3,6
На коммутационной плате 28, фиг. 8, для ϕ=30°, это логические элементы 31-31 для первой фазы, 31-31 для второй фазы, 31-31 для третьей фазы.
1,1
1,6
2,1
2,6
3,1
3,6
На коммутационной плате 29, фиг. 9, для ϕ=60°, это логические элементы 17-17 для первой фазы, 17-17 для второй фазы, 17-17 для третьей фазы.
1
В положении 10 переключателя 10 начальная фаза колебаний ϕ=0.
1
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
6
6,1
1,1
1,1
1,1
1
1
Для первой фазы устройства импульс от блока управления 25 с полюса 8 поступает в блок управления начальной фазой 26 и через управляемый ключ 9 поступает на полюс 8. На коммутационной плате 27, фиг. 7, для фазы 1 импульс от блока управления начальной фазой с полюса 8 поступает на первый вход логического элемента 15 и с его выхода сигнал поступает на управляющий электрод силового ключа 16. На второй вход логического элемента 15 управляющий сигнал поступает на шестом интервале времени с полюса 8 блока управления через блок управления начальной фазой 26 с полюса 8. С выхода логического элемента 15 на вход силового ключа 16 поступает управляющий импульс и открывает ключ на интервал времени TI. В открытом состоянии ключа 16 напряжение источника Е1 через полюс 11 поступает на выход блока коммутации к выходному полюсу 12.
1
1,1
1,1
1,1
2,1
2,1
2,1
2
2,1
2,1
2,1
2,1
6
6
2
Для фазы 2 импульс от блока управления 25 с полюса 8 поступает в блок управления начальной фазой 26 и через управляемый ключ 9 поступает на полюс 8. На коммутационной плате 27, фиг. 7, импульс от блока управления начальной фазой с полюса 8 поступает на первый вход логического элемента 15 и с его выхода сигнал поступает на управляющий электрод силового ключа 16. На второй вход логического элемента 15 управляющий сигнал поступает на втором интервале времени с полюса 8 блока управления через блок управления начальной фазой 26 с полюса 8. С выхода логического элемента 15 на вход силового ключа 16 поступает управляющий импульс и открывает ключ на интервал времени TI. В открытом состоянии ключа 16 напряжение источника Е через полюс 11 поступает на выход блока коммутации к выходному полюсу 12.
1
1,1
1,1
1,1
3,1
3,1
3,1
10
10,1
3,1
3,1
3,1
2
2
3
Для фазы 3 импульс от блока управления 25 с полюса 8 поступает в блок управления начальной фазой 26 и через управляемый ключ 9 поступает на полюс 8. На коммутационной плате 27, фиг. 7, импульс от блока управления начальной фазой с полюса 8 поступает на первый вход логического элемента 15 и с его выхода сигнал поступает на управляющий электрод силового ключа 16. На второй вход логического элемента 15 управляющий сигнал поступает на десятом интервале времени с полюса 8 блока управления через блок управления начальной фазой 26 с полюса 8. С выхода логического элемента 15 на вход силового ключа 16 поступает управляющий импульс и открывает ключ на интервал времени TI. В открытом состоянии ключа 16 напряжение источника Е через полюс 11 поступает на выход блока коммутации к выходному полюсу 12.
r
s
r
s
Работа остальных логических элементов 15, и силовых ключей 16,, где r=1…m, s=1…n/2 коммутационной платы 27 для других временных интервалов, аналогична описанным коммутациям для 1, 2 и 3 фаз для первого временного интервала.
Коммутации, реализуемые коммутационными платами 28 и 29, аналогичны описанным коммутациям платы 27.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 Аппроксимация синусоидальной функции последовательностью импульсных функций для n=12.
Фиг. 2 Структурная схема устройства.
Фиг. 3 Принципиальная схема блока управления.
Фиг. 4 Структурная схема блока управления начальной фазой.
Фиг. 5 Принципиальная схема блока управления начальной фазой.
Фиг. 6 Принципиальная схема блока питания для n=12.
Фиг. 7 Принципиальная схема коммутационной платы блока коммутации для трехфазного источника m=3, n=12, ϕ=0.
Фиг. 8 Принципиальная схема коммутационной платы блока коммутации для трехфазного источника m=12, n=12, ϕ=30°.
Фиг. 9 Принципиальная схема коммутационной платы блока коммутации для трехфазного источника m=3, n=12, ϕ=60°.
IV. Осуществление изобретения
i
1
n
11
n1
12
n2
1k
nk
Описание работы устройства. В исходном состоянии на регистре 5 блока управления 25, рисунки фиг. 2 и фиг. 3, по входу 13 записан код числа временных интервалов n. На это число интервалов разбивается период синусоидальной функции T при аппроксимации синусоидальной функции последовательностью импульсных функций. На счетчике 3 хранится код нуля (вход сброса в ноль на счетчике 3 на фиг. 3 не показан). Работа устройства начинается после подачи пускового сигнала по входу 6 логического элемента И 2. После подачи пускового сигнала импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 1 через открытый элемент И 2 начинают поступать на вход счетчика 3. Код с выхода счетчика 3 поступает на вход дешифратора 7. На выходе дешифратора появляется единичный сигнал только на одном из n его выходов. Единичный сигнал на i-ом 8(i=1…n) выходе дешифратора 7 подается на вход блока управления начальной фазой 26, рисунки фиг. 2 и фиг. 5. При помощи блока управления начальной фазой 26 полюсы 8…8 перераспределяются на один из выходов с полюсами 8…8, или 8…8, или 8…8. Управление перераспределением полюсов осуществляется при помощи переключателя 10, фиг. 5.
1
1
n
11
n1
1
11
2
21
n
n1
В первом положении переключателя в положении 10 осуществляется перераспределение полюсов 8…8 на полюсы 8…8. Полюс 8 подключается к полюсу 8, полюс 8 к полюсу 8,…, полюс 8 к полюсу 8.
2
1
n
12
n2
1
12
2
22
n
n2
Во втором положении переключателя в положении 10 осуществляется перераспределение полюсов 8…8 на полюсы 8…8. Полюс 8 подключается к полюсу 8, полюс 8 к полюсу 8,…, полюс 8 к полюсу 8.
1
n
Аналогично выполняется перераспределение полюсов 8…8 на другие выходные полюсы блока 26 в других положениях переключателя 10.
1
2
k
11
n1
1,2
n,2
1,k
n,k
1
k
1
1
1
k
1
k
11
n1
1,2
n,2
1,k
n,k
Перераспределение полюсов реализуется с использованием переключателя 10, имеющего фиксированные положения 10, 10,…,10 и управляемых электронных ключей 9…9 в первом положении переключателя, ключей 9…9, во втором положении переключателя, ключей 9…9 в κ-ом положении переключателя. Сигнал, управляющий открытым состоянием этих ключей, поступает от источника сигнала 22 через переключатель на первый вход логического элемента И 20…20. На второй вход логического элемента поступает сигнал с полюса 8. Этим обеспечивается момент переключения фаз - только в момент прихода первого временного интервала и поступления импульса с полюса 8. С выхода логического элемента И 20…20 управляющий сигнал поступает на вход триггера 21…21. Триггер переходит в устойчивое состояние и обеспечивает включение всех электронных ключей - это 9…9 в первом положении переключателя, 9…9, во втором положении переключателя, 9…9 в к-ом положении переключателя 10.
11
n1
12
n2
Каждая группа выходных полюсов блока 26 связана со своей коммутационной платой 27-29 блока коммутации, см. рисунки фиг. 2, фиг. 4. Так, полюсы 8…8 являются входными для коммутационной платы 27, см. рисунки фиг. 5 и фиг. 7. Полюсы 8…8 являются входным для коммутационной платы 28 и т.д.
Сигналы, поступающие от каждой из этих групп полюсов, позволяют управлять открытым состоянием силовых ключей, расположенных на коммутационных платах 27-29. При помощи силовых ключей источники ЭДС, расположенные в блоке питания 30, см фиг. 2 и 6, подключаются на интервал времени TI к выходным полюсам устройства. Алгоритм подключения источников задан в таблицах 1-3 для каждой из фаз трехфазной системы m=3, n=12 для различных значений начальной фазы ϕ=0°, 30°, 60°..
2
1
n
12
n2
1,1
1,6
2,1
2,6
3,1
3,6
Соединения полюсов на коммутационных платах 27-29 соответствуют алгоритму, заданному в таблицах 1-3. Рассмотрим соединение полюсов платы 28, когда начальная фаза колебаний установлена ϕ-30°, см. рисунок фиг. 8. В положении 10 переключателя 10 сигналы с полюсов 8…8 поступают на выходные полюсы 8…8 блока управления начальной фазы 26 и далее на первый или второй вход логических элементов 31. Для первой фазы используются логические элементы 31…31, для второй фазы используются логические элементы 31…31, для третьей фазы используются логические элементы 31 31.
1,1
1,2
4,2
1,1
2
2
1
Так, для фазы 1 в первый временной интервал на первый вход логического элемента 31 поступает управляющий сигнал с полюса 8, на второй вход этого логического элемента с полюса 8 в четвертый временной интервал. С выхода логического элемента управляющий сигнал поступает на управляющий электрод силового ключа 32, который на интервал времени TI этим сигналом переводится в открытое состояние. Напряжение от источника напряжения Е с полюса 11 передается на выходной полюс первой фазы устройства 12.
2,1
1,2
12,2
2,1
6
3
6
2
Для фазы 2 в первый временной интервал на первый вход логического элемента 31 поступает управляющий сигнал с полюса 8, на второй вход этого логического элемента с полюса 8 в двенадцатый временной интервал. С выхода логического элемента управляющий сигнал поступает на управляющий электрод силового ключа 32, который на интервал времени TI этим сигналом переводится в открытое состояние. Напряжение от источника напряжения Е=-Е с полюса 11 передается на выходной полюс второй фазы устройства 12.
3,1
1,2
8,2
3,1
1
3
Для фазы 3 в первый временной интервал на первый вход логического элемента 31 поступает управляющий сигнал с полюса 8, на второй вход этого логического элемента с полюса 8 в восьмой временной интервал. С выхода логического элемента управляющий сигнал поступает на управляющий электрод силового ключа 32 который на интервал времени TI этим сигналом переводится в открытое состояние. Напряжение от источника напряжения Е1 с полюса 11 передается на выходной полюс первой фазы устройства 12.
1,1
1,6
2,1
2,6
3,1
3,6
Коммутации других силовых ключей 32…32, 32…32, 32…32 осуществляются аналогично тому, как описано выше.
VI. Литература
1. Патент №2016127384, МПК Н05В 1/00, 2017, Гаврилов Л.П. Генератор многофазной системы ЭДС
2. Патент №2671539 Гаврилов Л.П. Генератор многофазной системы ЭДС для мобильных устройств