пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть

Классы МПК:H04B3/54 системы передачи информации по линиям энергоснабжения
Автор(ы):, , , , , , ,
Патентообладатель(и):Гутин Клавдий Иосифович
Приоритеты:
подача заявки:
2002-04-15
публикация патента:

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных электрических сетей (0,4-35) кВ без обработки их высокочастотными заградителями. Достигаемый технический результат - снижение потребляемой мощности в генераторе на 160 Вт. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2

Формула изобретения

Пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, в соответствии с которым, коммутируя ключ с частотой fo, на пассивном участке времени t при пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363 при замкнутом ключе, накапливают электромагнитную энергию

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

в первой катушке индуктивности, закорачивая ток

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

по контуру: низковольтная обмотка трансформатора 10/0,4 кВ фазы А - первая катушка индуктивности - первый диод, резистор - ключ - третий диод, отличающийся тем, что при разомкнутом ключе на активном участке времени пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363, создают свободные колебания на частоте fo в параллельном колебательном контуре, состоящем из первой катушки индуктивности и первого конденсатора, для чего указанный контур настраивают в резонанс на частоту fo, при этом создают в последовательном колебательном контуре, состоящем из низковольтной обмотки трансформатора 10/0,4 кВ фазы В - второй катушки индуктивности, индуктивно связанной с первой катушкой индуктивности - второго конденсатора - низковольтной обмотки трансформатора 10/0,4 кВ фазы С, ток сигнала io(t), который представляет собой биения колебаний

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

вводят в трехфазную электрическую сеть через фазу В и фазу С, при этом последовательный колебательный контур настраивают в резонанс на частоту fo где

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

при этом ток i(t) замыкают через третий диод на "земляную" шину, (нейтраль трансформатора 10/0,4 кВ, которая заземлена),

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363 - период частоты сигнала;

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363 - амплитудное значение фазного промышленного напряжения частоты F;

R - сопротивление резистора;

L1 - индуктивность первой катушки индуктивности;

С1 - емкость первого конденсатора;

2Um - амплитудное значение тока биений io(t);

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 22243631=2пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363f1; пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 22243632=2пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363f2; f1=f0-F; f2=f0+F.

F=50Гц - частота промышленного напряжения;

L2 - индуктивность второй катушки индуктивности;

С2 - емкость второго конденсатора,

при этом L1=L2; C1=C2, трансформатор, образованный индуктивно связанными первой и второй катушками индуктивности, является идеальным с коэффициентом трансформации n=1 и коэффициентом связи к=I.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных электрических сетей (0,4-35 кВ) (сеть), без обработки их высокочастотными заградителями. Достигаемый технический результат - снижение потребляемой мощности в генераторе, который реализует заявленный способ.

Известно "Устройство для передачи сигналов по трехфазной линии электропередачи", которое реализует известный способ (патент SU 1107750 А, Н 04 В 3/54, 1982 г.). Недостатком известного устройства является отсутствие в цепи сигнального ключа (ключ) ограничивающего сопротивления, которое должно ограничивать ток через ключ, когда он замкнут, если его, по каким-то причинам, не выключили в заданный момент времени, при этом, устройство сгорит раньше, чем выйдут из строя предохранители.

Известен также пассивно-активный способ образования тока сигнала, принятый за прототип, который реализован в генераторе пассивно-активного типа (С. А.Цагарейшвили, К.И.Гутин. Теоретические основы построения каналообразующего устройства на тональных частотах по электрическим сетям 0,4-35 кВ. Наука и технологии в промышленности, Москва, 2 (5), 2001 г., стр. 55-56).

В известном генераторе установлен ограничивающий резистор, но остался недостаток - большое потребление мощности из сети.

Реализация предложенного способа значительно снижает потребляемую мощность из сети.

Пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть 2 (сеть) - (фиг.1), в соответствии с которым на пассивном участке времени t, где пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363, протекает ток

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

при пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

по низковольтной обмотке трансформатора 10/0,4 кВ (трансформатор) фазы А - по первой катушке индуктивности (катушка) - первому диоду - резистору - ключу - третьему диоду, при этом, в первой катушке накапливают электромагнитную энергию

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

в параллельном колебательном контуре (контур), состоящем из первой катушки и первого конденсатора создают свободные колебания на частоте fо пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363, при этом параллельный контур настраивают в резонанс на частоту сигнала fо,

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

в последовательном контуре, состоящем из низковольтной обмотки трансформатора фазы В - второй катушки, которая индуктивно связана с первой катушкой - второго конденсатора - низковольтной обмотки трансформатора фазы С, при этом, в последовательном контуре образуют ток сигнала io(t), который представляет собой биения колебаний:

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

Ток io(t) вводят в сеть по схеме фаза В - фаза С, при этом, последовательный контур настраивают в резонанс на частоту fo

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

Ток i(t) замыкают через третий диод 53 на "земляную шину" (земля), при этом, на пассивном участке времени t - ключ замкнут, на активном участке времени t2, где пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363 ключ разомкнут, где

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363 период частоты сигнала fo;

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363 амплитудное значение промышленного напряжения частоты F;

2Im - амплитудное значение тока i(t) при пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363;

R - сопротивление резистора;

L1 - индуктивность первой катушки;

С1 - емкость первого конденсатора;

2Im - амплитудное значение тока биений io(t);

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 22243631 = 2пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363f1, пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 22243632 = 2пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363f2; f1=fo-F; f2=fo+F;

F=50 Гц - частота промышленного напряжения;

L2 - индуктивность второй катушки;

C2 - емкость второго конденсатора.

Схема генератора с пассивно-активным способом ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть (генератор) приведена на фиг.1, где

1. Трансформатор.

2. Сеть.

3. Первая катушка.

4. Первый конденсатор.

5. Диодный мост 51, 52, 53, 54 соответственно его первый, второй, третий, четвертый диоды.

6. Резистор.

7. Ключ.

8. Вторая катушка.

9. Второй конденсатор.

Работает генератор следующим образом.

1. Рассмотрим работу генератора, выполненного по схеме, как в прототипе. Для этого исключают из схемы (фиг.1) элементы 4, 8, 9, катод третьего 53 и анод второго 52 диодов подключают не к "земле", а к фазе В. (Подключение показано пунктиром). Конденсатор прототипа 41 (фиг.1) (показан пунктиром) включен между фазами А-В. Принимаем, что потенциал фазы А выше потенциала фазы В. При значении t=0 конденсатор 41 заряжен, как это показано на фиг.1. В промежутке времени пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363 через ключ протекают два тока:

1. Ток заряда i(t) электромагнитной энергией первой катушки.

2. Ток разряда конденсатора 41 на резистор 6. (Значениями сопротивлений диодов и ключа пренебрегают, в связи с их малостью по сравнению с величиной сопротивления резистора - 6). Ток разряда протекает по цепи: "плюс" конденсатора 41 - первый диод 51 - резистор 6 - ключ 7 - третий диод 53 - "минус" конденсатора 41. Действующее значение напряжения, приложенного к конденсатору 41, равно U= 380 В. Энергия, накопленная конденсатором 41 за один период То, равна:

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

где Wc - энергия электрического поля, накопленная конденсатором 41 за период Tо;

с - емкость конденсатора 41.

При протекании тока разряда конденсатора 41 напряжение Uc(t) убывает по экспоненте:

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

где Um=536 В - амплитудное значение;

t - время разряда конденсатора;

l - основание натурального логарифма;

R - сопротивление резистора 6;

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363 = Rпассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363C;

Энергия, рассеиваемая в сопротивлении R, в течение всего переходного процесса равна энергии, запасенной в электрическом поле до коммутации, т.е. в промежутке времени t, где пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363 Переходный процесс считают законченным через промежуток времени

tпассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363(3пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 22243634)пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

Для расчета величины мощности потерь в прототипе, задают конкретные исходные данные, взятые, например, из расчета генератора, схема которого аналогична схеме аналога (К.И.Гутин, С.А.Цагарейшвили. Генератор гармонических колебаний для передачи информации в сельских электрических сетях. Научно-технический бюллетень по электрификации сельского хозяйства. Выпуск 1 (53). ВИЭСХ, М., 1985 г., стр. 6-16).

Где fо= 833 Гц - частота тока сигнала;

R=8 Oм - сопротивление резистора 6;

С=8пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 222436310-6 Ф - емкость конденсатора 41;

L=4,57пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 222436310-3 Гн - индуктивность первой катушки.

Определим время tpаз(С), принятое для разряда конденсатора 41

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

Определим промежуток времени tpаз(4пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363) разряда конденсатора 41 за промежуток времени 4пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363:

4пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363=4Rc=4пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 22243638пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 22243638пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363106=2,56пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 222436310-4 сек (7)

Сравнивая выражения (6) и (7) можно считать, что конденсатор 41 полностью разрядился на резистор 6.

Определим мощность потерь Рп за счет разряда конденсатора 41 на резистор 6 при непрерывной работе генератора

Рп=U2Cпассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363f0=3802пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 22243638пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 222436310-6пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363833=960 Вт (8)

Учитывая, что генератор работает только при передаче символов "1", a при передаче символов "0" не работает и, что в сообщении количество сигналов "1" и "0" принимаем равным, мощность потерь при передаче символов "1" - Рп("1") равна:

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

Следует учесть, что основная нагрузка по передаче сигналов приходится на генератор, установленный на диспетчерском пункте (ДП), который ведет циклический опрос состояния электрооборудования, установленного на 1, 2, 3.... контролируемых пунктах (КП). Принимают условия, что длительность передачи информации с КП в два раза больше, чем длительность запроса КП с ДП, тогда, с учетом (9), мощность потерь в генераторе ДП - Рп(ДП) будет равна:

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

2. Рассмотрим работу генератора, реализующего заявленное изобретение.

Пусть потенциал фазы А выше потенциала "Земли", при этом открыты первый 51 и третий 53 диоды. В момент времени пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363 амплитудное значение тока заряда 2Im, согласно (1) равно:

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

где пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

R=8 Ом,

L1=4,57пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 222436310-3 Гн,

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

fo=833 Гц,

т. е. параметры для расчета t1(t), приняты как в расчете прототипа по п. 1.

Во время прохождения тока i(t) по низковольтной обмотке трансформатора фазы А - первой катушке 3 - первому диоду 51 - резистору 6 - ключу 7 - третьему диоду 53 - "земле" в первой катушке 3 будет накапливаться электромагнитная энергия, которая в момент времени пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363 будет равна:

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

где 2Im=16 А, согласно (11)

В момент времени пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363 ключ 7 размыкают и в параллельном контуре L1С1 возникнут свободные колебания тока i(t) при пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

В связи с тем, что первая 3 и вторая 8 катушки индуктивно связаны в последовательном контуре L2С2, также возникнет ток сигнала io(t), значение которого определено в (3).

Осцилограмма тока iо(t) приведена на фиг.2. Выражение (3) можно записать в другом виде

пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363

Выражение (13) показывает, что в две фазы сети В и С вводят два тока на частотах пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 22243631 и пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 22243632, т.е.

iо(f1)=Imsinпассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 22243631t и io(f2) = Imsinпассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 22243632t (14)

Таким образом, несмотря на то, что ключ 7 коммутирует с частотой fо, в линию поступают два тока сигнала на частотах

f1=fo-F и f2=fo+F

Из описания работы схемы следует, что в заявленном техническом предложении тока разряда первого конденсатора 4 на резистор 6 нет, а значит нет и потерь, которые для конкретного примера в прототипе равны Рп(ДП)=160 Вт. Также следует отметить, что с увеличением частоты fо, как это следует из (8), потери увеличиваются прямопропорционально с увеличением fо за счет увеличения в единицу времени числа циклов разряда конденсатора 41 на резистор 6.

Примечание. Есть в предложенном техническом решении ряд положительных добавочных моментов:

1. Для ключевых генераторов, которые работают при больших напряжениях, практически, трудно использовать транзисторы, которые работают с ограниченными токами и не держат импульсивных перегрузок в сотни ампер, поэтому приходится в качестве ключа применять тиристор с принудительным закрытием. Применить в прототипе транзистор на токи хотя бы до 50 А нельзя, т.к. в момент его открытия будет большой бросок тока разряда конденсатора 41, на резистор R, который заряжен до 530 В. Этот ток можно ограничить увеличением сопротивления резистора R, но тогда будет мал КПД и полезный ток.

2. В прототипе ключ находится под напряжением 530 В пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363, в заявленном в - пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную   электрическую сеть, патент № 2224363 раз меньше, т.к. он работает не с линейным напряжением, а с фазным.

3. Учитывая вышесказанное, нам удалось выполнить генератор на транзисторе, причем сопротивление резистора R не 8 Ом, как в примере, а R=0, т.е. практически имеют потери в генераторе только в проводах и элементах схемы.

Выводы. Таким образом, цель, поставленная изобретением, доказана, т.е. снижена мощность потребления.

Класс H04B3/54 системы передачи информации по линиям энергоснабжения

способ наземного приема-передачи информации в процессе бурения и устройство для его реализации -  патент 2527962 (10.09.2014)
способ связи на предприятии электроэнергетики и устройство для его осуществления -  патент 2526836 (27.08.2014)
система и способ связи через амплитудную модуляцию линий электропитания -  патент 2525854 (20.08.2014)
устройство для обеспечения напряжения питания в шинном узле шинной сети -  патент 2518908 (10.06.2014)
способ и система передачи данных -  патент 2511219 (10.04.2014)
способ передачи и приема информации по линиям электроснабжения переменного тока -  патент 2510853 (10.04.2014)
устройство приема и передачи информации по распределительным электрическим сетям -  патент 2502186 (20.12.2013)
способ обнаружения проникновения коротковолнового радиосигнала в систему передачи данных по линии электропередач и модем передачи данных по линии электропередач -  патент 2499355 (20.11.2013)
устройство и способ для передачи данных и энергии через устройства сети -  патент 2488962 (27.07.2013)
система подачи электропитания -  патент 2483442 (27.05.2013)
Наверх