генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть
Классы МПК: | H04B3/54 системы передачи информации по линиям энергоснабжения |
Автор(ы): | Цагарейшвили С.А., Гутин К.И., Литвин Ю.А., Новиков В.А., Козин Н.К., Цагарейшвили А.С., Цагарейшвили Н.С., Антия Д.А. |
Патентообладатель(и): | Цагарейшвили Северьян Александрович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-04-22 публикация патента:
20.02.2004 |
Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных линий электропередачи 0,4-35 кВ без обработки их высокочастотными заградителями. Достигаемый технический результат - снижение мощности потерь в генераторе на 600 Вт по сравнению с прототипом обеспечивается за счет устранения процесса разряда междуфазных конденсаторов на резистор. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Генератор ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, содержащий трансформатор 10/0,4 кВ, который имеет три фазы А, С, В на стороне 0,4 кВ, к которым подключены соответственно первые выводы первой, второй, третьей катушек индуктивности, вторые выводы каждой из которых подключены соответственно к первому, второму, третьему входам трехфазного выпрямительного двухполупериодного моста, “плюсовая” выходная шина которого подключена к первому выводу резистора, второй вывод которого подключен к входу управляемого ключа, выход которого подключен к выходной “минусовой” шине выпрямительного двухполупериодного моста, первый, второй, третий конденсаторы, отличающийся тем, что в него введены четвертая, пятая, шестая катушки индуктивности, четвертый, пятый, шестой конденсаторы, при этом первая обкладка четвертого конденсатора подключена к фазе В на стороне 0,4 кВ, вторая обкладка которого подключена к первому выходу четвертой катушки индуктивности, которая индуктивно связана с первой катушкой индуктивности, второй вывод четвертой катушки индуктивности подключен к фазе С на стороне 0,4 кВ, первая обкладка пятого конденсатора подключена к фазе А на стороне 0,4 кВ, вторая обкладка которого подключена к первому выводу пятой катушки индуктивности, которая индуктивно связана со второй катушкой индуктивности, второй вывод пятой катушки индуктивности подключен к фазе В на стороне 0,4 кВ, первая обкладка шестого конденсатора подключена к фазе С на стороне 0,4 кВ, вторая обкладка которого подключена к первому выводу шестой катушки индуктивности, которая индуктивно связана с третьей катушкой индуктивности, второй вывод шестой катушки индуктивности подключен к фазе А на стороне 0,4 кВ, при этом первый, второй и третий конденсаторы соответственно подключены параллельно к первой, второй и третьей катушкам индуктивности.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных линий электропередачи 0,4-35 кВ (линия) без обработки их высокочастотными заградителями. Достигаемый технический результат - снижение потребляемой мощности из сети до 600 Вт. Известен генератор для ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи (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, Москва, 1985 г., стр.7). Недостатками данного генератора являются:1. Образование 4-х токов вместо двух в линии электропередачи:
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224370/2224370-2t.gif)
Индексы при токах
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224370/2224370-3t.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224370/2224370-4t.gif)
На "паразитные" токи
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224370/2224370-5t.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224370/2224370-6t.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224370/2224370-7t.gif)
где
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224370/2224370-8t.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224370/2224370-9t.gif)
где R - активное сопротивление резистора;
L
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224100/931.gif)
T0=1/f0 - период частоты f0;
2Im - амплитуда тока i(t) в момент времени t=T0/4. Принимают условие, что индуктивности 1, 2, 3, 4, 5, 6 катушек равны Lк и емкости Ск 1, 2, 3, 4, 5, 6 конденсаторов равны между собой. Первый параллельный колебательный контур (контур 1) образован катушкой 5 и конденсатором 6. Второй параллельный контур (контур 2) образован катушкой 7 и конденсатором 8. Третий параллельный контур (контур 3) образован катушкой 9 и конденсатором 10. Четвертый последовательный контур (контур 4) образован фазой С - катушкой 13 - конденсатором 14 - фазой В. Пятый последовательный контур (контур 5) образован фазой В - катушкой 15 - конденсатором 16 - фазой А. Шестой последовательный контур (контур 6) образован фазой А - катушкой 17 - конденсатором 18 - фазой С. В связи с тем, что контуры 1, 2, 3, а также контуры 4, 5, 6 имеют одинаковые параметры, рассмотрим совместную работу только контуров 1, 4 и 3, 6, т.к. работа контуров 2 и 5 будет идентична. В момент времени t=T0/4 ключ размыкают и в контурах 1 и 3 возникают токи свободных колебаний iсв(t) на частоте
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224076/969.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224076/969.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224370/2224370-10t.gif)
где
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224076/969.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224068/960.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224076/969.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224068/960.gif)
Im - амплитудное значение токов на частотах
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224076/969.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224076/969.gif)
f1=f0-F; f2=f0+F;
F - частота питающего напряжения. Токи согласно выражению (2) трансформируют в контуры 4 и 6, затем трансформируют при помощи трансформатора в сеть 10 кВ. В сети получают токи сигналов симметричных составляющих обратной последовательности на частоте
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224370/2224370-11t.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224370/2224370-12t.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224370/2224370-13t.gif)
при этом индуктивностями обмоток трансформатора фаз А, В, С пренебрегают в связи с их малостью по сравнению с индуктивностями Lк. Активными сопротивлениями катушек, активными сопротивлениями диодов моста, активным сопротивлением ключа пренебрегают в связи с их малостью по сравнению с активным сопротивлением резистора, при этом считают, что первый трансформатор, который образован индуктивно связанными катушками 5 и 13, второй трансформатор, который образован индуктивно связанными катушками 7 и 15, третий трансформатор, который образован индуктивно связанными катушками 9 и 17, являются идеальными трансформаторами с коэффициентом трансформации для частного случая n=1 и коэффициентом связи, близким к единице. (Г.И. Атабеков. Теоретические основы электротехники. Часть 1, М.-Л.: Энергия, 1966 г.)
Рассмотрим вопрос разряда междуфазных конденсаторов в прототипе, на чертеже этот конденсатор обозначен Ср, при следующих исходных данных, которые приведены из реальных схем, работающих в электрических сетях. Емкость разряда конденсатора Ср= 8
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224036/8804.gif)
t
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224030/8776.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224154/964.gif)
где
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224154/964.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224370/2224370-14t.gif)
Определим время разряда t
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224154/964.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224154/964.gif)
t
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224154/964.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224154/964.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
Сравнивая выражения (3) и (4), можно утверждать, что конденсатор полностью разрядился на резистор. Определим мощность потерь Pп за счет разряда конденсатора Сp на резистор при непрерывной работе генератора:
Рп=E0 2Cp
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
Учитывая, что генератор работает только при передаче символов "1", a при передаче символов "0" не работает и что в сообщении количество символов "1" и "0" принимают равным, мощность потерь при передаче символов "1" с учетом (5) равна
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224370/2224370-15t.gif)
Следует учесть, что основная нагрузка при 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 (6) мощность потерь в генераторе ДП - Рп(ДП) будет равна
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224370/2224370-16t.gif)
Выражение (7) получено при передаче сигналов с пассивной паузой, т.е. при передаче символа "0" генератор не работает. При передаче символа "0" активным способом, т.е. при работе передатчика, мощность потерь Р в генераторе ДП возрастет в два раза и с учетом (7) будет равна
Р=2Рп(DП)=300
![генератор цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, патент № 2224370](/images/patents/244/2224006/8226.gif)
Таким образом, мы доказали, что цель, поставленная изобретением, достигнута, а именно снижена мощность потребления энергии из сети на 600 Вт.
Класс H04B3/54 системы передачи информации по линиям энергоснабжения