Аналоговий генератор трифазних синусоїдальних сигналів

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для получения плавной независимой регулировки частоты, амплитуд и фаз выходного напряжения. Известно несколько типов генераторов трехфазных синусоидальных сигналов. Наиболее известны из них, во-первых, регулир ующие амплитуду и частоту вы ходного напряжения по определенным зависимостям и, во-вторых, регулирующие амплитуду и/или часто ту и фаз у. Однако, часто при реализации требуется регулирование всех тре х параметров выходных синусоидальных напряжений, а именно частоты, фаз и амплитуд при простой унифицированной части, построенной на недорогих аналоговых операционных усилителях, что позволяет снизить их стоимость и на их базе создавать технологии по производству специализированных БИС. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является (А.с. СССР №1543534, кл. H03B27/00, 1990) цифровой генератор трехфазных синусоидальных сигналов, который позволяет работать в одном из четырех режимах: регулирование частоты при постоянной его амплитуде, регулирование амплитуды при постоянной частоте, регулирование фазы при постоянной частоте, регулирование фазы и амплитуды при постоянной частоте, а также во втором, третьем и четвертом режимах регулирование и частоты, устройство содержит блок управления, генератор переменной частоты, реверсивный счетчик, два блока постоянного запоминания, четыре цифроаналоговых преобразователя, семь сумматоров, два управляемых источника опорного напряжения, блок коррекции амплитуды, два инвертора. Однако такой цифровой генератор трехфазных синусоидальных сигналов не позволяет раздельное регулирование амплитудами каждой из трех выходных напряжений и их фазой и частотой, а также неунифицирован, с точки зрения аппаратной части. В основу настоящего изобретения положена задача создать аналоговый генератор трехфазных синусоидальных сигналов, который обеспечивает раздельное регулирование амплитудами каждой из трех выходных напряжений и их фазой и частотой, при простой унифицированной части, построенной на недорогих аналоговых операционных усилителях. Поставленная задача достигается тем, что в заявленном аналоговом генераторе трехфазных синусоидальных сигналов управляемый генератор пилообразного напряжения, состоящий из шести усилителей, порогового элемента, двух ключей, активного и емкостного элементов, вырабатывает сигналы пилообразного напряжения, которые подаются на три блока фазовращателей, каждый из которых состоит из двух сумматоров, порогового устройства, пропорционального звена, ограничителя, функционального и нелинейного преобразователей, формирующие на своих выходах, на основе смещающих цепочек, синусоидальные напряжения заданной частоты, сдвинутые на 120° относительно друг друга, которые подаются на три блока регулирования амплитуд, каждый из которых состоит из устройства умножения и фильтра, формирующие на своих выхода х, на основе сигналов задания на амплитуды и блока опорного напряжения, синусоидальные напряжения заданной амплитуды, причем регулирование осуществляется раздельно по каждой фазе, которые подаются на три блока регулирования фаз, каждый из которых состоит из устройства умножения и сумматора, формирующие на своих вы ходах, на основе сигналов задания на фазы и блока опорного напряжения, синусоидальные напряжения заданной формы, причем регулирование осуществляется раздельно по каждой фазе. На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого аналогового генератора трехфазных синусоидальных сигналов; на фиг.2 - схема блока фазовращателя; на фиг.3 - временные диаграммы сигналов блоков фазовращателей; на фиг.4 - схема блока регулирования амплитуды (фазы). Аналоговый генератор трехфазных синусоидальных сигналов содержит управляемый генератор пилообразного напряжения 1, состоящий из шести усилителей 2 - 7, порогового элемента 8, активного 9 и емкостного 10 элементов, двух ключей 11, 12, три блока фазовращателей 13 - 15, состоящие из двух сумматоров 16, 17, порогового устройства 18, пропорционального звена 19, функционального преобразователя 20, ограничителя 21, нелинейного преобразователя 22, генератор опорного напряжения 23, три блока регулирования амплитуд 24 - 26, состоящие из устройства умножения 27, фильтра 28, три блока регулирования фаз 29 - 31, состоящие из устройства умножения 32, сумматора-фильтра 33. Устройство работает следующим образом. Входной сигнал на задание частоты подается на первый вход усилителя 2 управляемого генератора пилообразного напряжения 1, второй вход которого соединен с узлом соединения активного 9 и емкостного 10 элементов, служащий для сбрасывания его выходного напряжения в нулевое положение в моменты закорачивания емкостного 10 элемента ключом 11 или 12. Моменты открывания ключей 11, 12 определяются временем заряда емкостного 10 элемента и задаются коэффициентами усиления усилителей 3, 4, и уровнем порогового напряжения порогового элемента 8 (в самом простом случае представляющий собой два стабилитрона). Обвязка усилителя 5 осуществлена так, чтобы переднему фронту, подаваемому на усилитель 5 напряжения, на его выходе соответствовал короткий импульс, порядка 50мкс, что при частоте 50Гц выходного напряжения составляет около 1° и определяет время заднего фронта пилообразного напряжения. Усилители 6, 7 усиливают сигнал с выхода усилителя 5 на входы ключей 11, 12 и задают необходимые знаки напряжения в зависимости от их типа. Вы ходное напряжение усилителя 2 является выходным напряжением управляемого генератора пилообразного напряжения 1, имеющего вид как показано на фиг.3 при а при Напряжение подается на три блока фазовращателей 13 - 15. В фазовращателе 13 (фиг.1), определяющий синусоидальное напряжение фазы сигнал подается на первый вход первого сумматора 16, на вторые, третьи входы которого подаются соответственно сигналы первого смещения и с выхода порогового устройства 18. При этом выход первого сумматора 16 соединен с входом порогового устройства 18, независимо от полярности выходного напряжения управляемого генератора пилообразного напряжения 1, имеем однополярный положительный пилообразный сигнал (влево). сдвинутый на угол 120° вперед Величина и знак сигнала первого смещения смещения определяет угол и направление пилообразного напряжения Напряжение подается на входы пропорционального звена 19, выходной сигнал которого подается на первый вход второго сумматора 17, и функционального преобразователя 20, выходной сигнал которого частоты происходит смена двух фаз, что соответствует изменению направления вращения суммарного вектора трех фазных вы ходных напряжений. Выходной сигнал нелинейного преобразователя 22 (фиг.3), являющегося выходным сигналом блока фазовращателя фазы подается на вход блока регулирования амплитуды 24 фазы (фиг.4). Соответственно подаются выходные сигналы фазовращателей 14, 15 фаз на входы блоков регулирования амплитуд 25, 26. При этом выходные сигналы блоков фазовращателей 13 - 15 имеют вид подается на вход ограничителя 21. Выход ограничителя подается на второй вход второго сумматора, выход которого соединен с первым входом нелинейного преобразователя 22. Второй вход нелинейного преобразователя 22 соединен с сигналом второго смещения На схеме блока фазовращателя 13 фазы показанной на фиг.2, приведена его схемная реализация. На усилителях активных сопротивлениях и диодах реализованы первый сумматор 16, пороговое устройство 18, на усилителе активных сопротивлениях функциональный преобразователь 20, на диоде включенный в обратную связь усилителю - ограничитель 21, на активном сопротивлении пропорциональное звено 19, на усилителе У4, активных сопротивлениях - второй сумматор 17, на диодах стабилитронах активных сопротивлениях включенных в обратную связь усилителя нелинейный преобразователь 22. Временные диаграммы сигналов блоков фазовращателей показаны на фиг.3. при этом в зависимости от сигналов первых смещений смещение для фазы A происходит вперед (влево), при этом знак этого сигнала положительный, для фазы в смещение не происходит, при этом сигнал для фазы C происходит назад (вправо), при этом знак этого сигнала отрицательный, при смене знака задания на частоту на входе аналогового генератора трехфазных синусоидальных сигналов выходной сигнал генератора пилообразного напряжения будет иметь вид как показано на фиг.3 в виде сигнала симметричный сигналу при положительном знаке сигнала задания на частоту При этом в фазовращателях 13 - 15, при тех же знаках смещающи х напряжений имеем соответственно следующие смещения: в фазовращателе 13 - смещение назад (вправо), 14 без смещения, 15 - смещение вперед (влево). Таким образом, при смене знака на задание На блоки регулирования амплитуд также подается сигнал от генератора опорного напряжения 23 и сигналы задания на амплитуды фаз На основании сигналов подаваемых на первый, второй, третий входа устройства умножения 27 блока регулирования амплитуды 24 и последующего соединения его выхода с входом фильтра 28 фазы сигналов подаваемых на блок регулирования амплитуды 25 фазы сигналов подаваемых на блок регулирования амплитуды 26 фазы (фиг.1), вырабатываются выходные сигналы блоков регулирования амплитуд вида что достигается на основе использования широтноимпульсной модуляции. На фиг.4 показаны схемы генератора опорного напряжения 23 (ГОН) и блока регулирования амплитуды 24 фазы ГОН 23 реализован на усилителях У5, У6, активных сопротивлениях емкостном сопротивлении диодах стабилитроне параметры которых рассчитаны так, что выходной синусоидальный сигнал имеет частоту 10кГц и амплитуду равную амплитуде синусоидального сигнала частота которого определяется сигналом задания на частоту при выполнении условия (частота сигнала должна быть на два и более порядков меньше частоты сигнала Блок регулирования амплитуды фазы (аналогично блоки регулирования амплитуд фаз соответственно 25, 26), содержит усилители полевой транзистор диод активные и емкостное сопротивления. Причем устройство умножения 27 реализовано на усилителях полевом транзисторе диоде активных сопротивлениях построено по принципу широтно-импульсной модуляции. Фильтр 28 реализован на усилителе активных и емкостном сопротивлениях и имеет параметры, расчет которых производится на частоту фильтрации равную частоте генератора опорного напряжения 23. С выходов блоков регулирования амплитуд 24 26 сигналы поступают на блоки регулирования фаз 29 - 31, на которые подаются также сигнал с сигналы выходов аналогично для двух др уги х фаз блоков фазовращателей 13 - 15, сигналы задания на фазы соответственно, как показано на фиг.1. На основе этих си гналов вырабатываются выходные сигналы блоков регулирования фаз 29 - 31, являющиеся выходными сигналами аналогового генератора трехфазных синусоидальных сигналов. Блок регулирования фазы 29 (аналогично блоки регулирования фаз соответственно 30, 31) содержит, как показано на фиг.1, устройство умножения 32 и сумматор-фильтр 33. По своей реализации, схема представлена на фиг.4, блок регулирования фазы 29 аналогичен блоку регулирования амплитуды 24 и состоит из тех же элементов и добавленного активного сопротивления изображенного на фиг.4 пунктирно, при этом на его входа вместо сигналов подаются сигналы соответственно, кроме этого подается сигнал через активное сопротивление на вход усилителя сигнал опережающий на 120° (аналогично на блоки регулирования фаз 30, 31 подаются сигналы и соответственно и сигнал с Таким образом, при сложении на сумматорефильтре 33 синусоидального сигнала полученного умножением сигналов синусоидального сигнала и и (аналогично в фазах и соответственно). При амплитудных значениях синусоидальных сигналов равных имеют место синусоидальные сигналы вида где результирующие согласно следующего общего правила сложения синусоидальных сигналов при Таким образом, выходные сигналы аналогового генератора трехфазных синусоидальных сигналов обеспечивают раздельное регулирование амплитудами каждой из трех выходных напряжений и их фазой и частотой, при простой унифицированной части, построенной на недорогих аналоговых операционных усилителей, что позволяет строить на его базе широкий класс систем управления и регулирования.