генератор ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи

Формула изобретения

Генератор ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, содержащий трансформатор, низковольтные обмотки которого подключены к входу трехфазного двухполупериодного выпрямительного моста, резистор, второй вывод которого подключен к первому входу управляемого ключа, блок управления, выход которого подключен ко второму входу управляемого ключа, первый и второй конденсаторы, отличающийся тем, что в него введена воздушная катушка индуктивности, первый вывод которой подключен к выходу управляемого ключа и к первой обкладке второго конденсатора, вторая обкладка которого подключена к фазе В низковольтной линии, второй вывод воздушной катушки индуктивности подключен к минусовой шине моста и к первой обкладке первого конденсатора, вторая обкладка которого подключена к фазе С низковольтной линии, плюсовая шина моста подключена к первому выводу резистора.

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 без обработки их высокочастотными заградителями.

Достигаемый технический результат - снижение потребляемой мощности из линии 0,4 кВ в 2,8 раза.

Известен «Генератор Цагарейшвили С.А. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть.» RU 2224370 С2 от 20.02.2004 г. Бюл. № 5. Данный генератор имеет недостаток - большую мощность потребления из сети 0,4 кВ.

Известен также «Генератор Гутина К.И. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи», который принят за прототип. RU 2224366 С2 от 20.02.2004 г. Бюл. № 5.

Недостатки прототипа

1. Большая мощность, потребляемая из сети 0,4 кВ.

2. Наличие воздушного трансформатора, который развязывает цепи линии 0,4 кВ от цепей выпрямленного постоянного напряжения трехфазным мостом (мост). Следует отметить, что в воздушном трансформаторе трудно технологически получить коэффициент связи между первичной и вторичной обмотками, близкими к единице.

В предлагаемом техническом предложении снижена мощность потребления в 2,8 раза без применения воздушного трансформатора. Амплитуды тока сигнала, вводимого в фазы В и С линии 0,4 кВ для сравнения в прототипе и в изобретении, приняты одинаковыми и равными I_m=17 А.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение потребляемой мощности из сети 0,4 кВ в 2,8 раза.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемый генератор ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, содержащий трансформатор, низковольтные обмотки которого подключены к входу двухполупериодного выпрямительного моста, резистор, второй вывод которого подключен к первому входу управляемого ключа, первый и второй конденсаторы, введена воздушная катушка индуктивности, первый вывод которой подключен к выходу управляемого ключа и первой обкладке второго конденсатора, вторая обкладка которого подключена к фазе В низковольтной линии, второй вывод воздушной катушки индуктивности подключен к минусовой шине моста и к первой обкладке первого конденсатора, вторая обкладка которого подключена к фазе С низковольтной линии, плюсовая шина моста подключена к первому выводу резистора.

На чертеже приведена схема генератора, которая реализует заявленное техническое предложение, на которой изображены:

1 - трансформатор 10/0,4 кВ - (трансформатор);

2 - трехфазная линия электропередачи 10 кВ;

3 - трехфазная линия электропередачи 0,4 кВ;

4 - трехфазный двухполупериодный выпрямительный мост;

5. - воздушная катушка индуктивности;

6 - первый конденсатор;

7 - второй конденсатор;

8 - резистор;

9 - управляемый ключ;

10 - блок управления.

Определим мощность потребления из линии 0,4 кВ в прототипе, при этом активными сопротивлениями обмоток трансформатора 10/0,4 кВ, активными сопротивлениями первичной и вторичной обмоток воздушного трансформатора пренебрегаем.

Из описания прототипа следует, что амплитуда тока, протекающего по цепи: точка 1 моста - первичная обмотка воздушного трансформатора 5 - резистор 9 - ключ 10 - точка 2 моста равна 17 А, при этом принимаем, что коэффициент трансформации воздушного трансформатора равен единице.

Мощность потребления в прототипе с учетом допущений, принятых выше, равна:

где I_m=17 А - амплитуда тока, вводимого в фазы В и С линии 0,4 кВ;

R ₈=10 Ом - сопротивление резистора 8.

Коэффициент 0,25 в (1) соответствует времени замкнутого положения ключа, который замкнут 0,25 Т₀, при этом потребляется мощность из линии 0,4. кВ.

Работает заявленный генератор следующим образом:

принимаем, что потенциал фазы А больше, чем потенциал фазы В в рассматриваемом интервале времени, при этом будут открыты затемненные диоды моста 4. При замкнутом ключе 9 будет протекать ток по цепи: фаза А-диод Д1-резистор 8-ключ 9-воздушная катушка индуктивности 5-диод Д5-фаза В.

При протекании тока через воздушную катушку индуктивности 9 в ней будет накапливаться электромагнитная энергия, которая в момент времени размыкания ключа равна:

где I_m - амплитуда тока в момент времени размыкания ключа 9

L - индуктивность воздушной катушки индуктивности 5.

Алгоритм работы ключа принят следующим:

где ₃ - интервал времени замкнутого положения ключа;

- период частоты тока сигнала;

f₀ - частота тока сигнала, вводимого в фазы В и С линии 0,4 кВ.

В момент времени t=0,18T₀ ключ размыкают, при этом за счет накопленной электромагнитной энергии в воздушной катушке индуктивности 5 возникает ток свободных колебаний в колебательном контуре по цепи:

конденсатор 6-фаза С-фаза В-конденсатор 7-воздушная катушка индуктивности 5.

Элементы колебательного контура имеют величины, соответствующие резонансу на частоте f₀

где C₆=C ₇=10·10^-6Ф - емкости конденсаторов 6 и 7;

L₅=5·10^-3 Гн - индуктивность воздушной катушки индуктивности 5.

Колебательный контур настроен в резонанс на частоту тока сигнала f₀ =1000 Гц при условии:

где

C₆=C₇=C;

С - емкость колебательного контура;

L - индуктивность колебательного контура.

В связи с тем, что конденсаторы 6 и 7 включены последовательно, емкость колебательного контура Ск равна:

С учетом (4) индуктивность контура равна 5·10^-3 Гн.

Определим амплитуду тока, который вводят в фазы В и С линии 0,4 кВ:

где Е₀=512 В - постоянная составляющая выпрямленного трехфазного двухполупериодного напряжения при разложении его в ряд Фурье;

R=50 м;

L=5·10^-3 Гн - индуктивность катушки 5.

Таким образом, амплитуды токов, вводимых в фазы В и С в прототипе и в заявке, равны.

Определим мощность потребления в изобретении по аналогии с прототипом (1)

где I_m=17 А - амплитуда тока, вводимого в фазы В и С линии 0,4 кВ. R₈=5 Ом - сопротивление резистора 8.

Коэффициент 0,18 в (7) соответствует времени замкнутого положения ключа, когда потребляется энергия из сети 0,4 кВ.

Таким образом, в заявленном генераторе с учетом выражений (1) и (7) можно утверждать, что мощность потребления в заявке меньше в 2,8 раза при отсутствии воздушного трансформатора, как это было в прототипе.

Полученный результат является выполнением цели, поставленной в заявленном техническом предложении.