генератор гутина к.и. и цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи 0,4 кв по схеме "фаза"-"фаза" с источником питания "фаза"-"земля"

Формула изобретения

Генератор ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, содержащий трехфазный трансформатор 10/0,4 кВ (трансформатор), трехфазную линию электропередачи 0,4 кВ (линия 0,4 кВ), блок управления, управляемый ключ, первый конденсатор, отличающийся тем, что в него введены электролитический конденсатор (второй конденсатор), воздушная катушка индуктивности (катушка), двухфазный двухполупериодный выпрямительный мост, собранный на диодах Д ₁, Д₂, Д₃, Д₄, при этом первый вывод катушки подключен к низковольтной фазе А трансформатора, второй вывод подключен к первой обкладке первого конденсатора, к аноду первого диода (Д₁), к катоду четвертого диода (Д₄), вторая обкладка первого конденсатора подключена к фазе В, катод первого диода (Д₁) подключен к катоду второго диода (Д₂), к первой обкладке второго конденсатора, к первому входу ключа, вторая обкладка второго конденсатора подключена к выходу ключа, к анодам третьего и четвертого диодов (Д ₃, Д₄), катод третьего диода (Д₃) подключен к аноду второго диода (Д₂), к проводу «Земля», блок управления подключен ко второму входу ключа.

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.

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 недостатки: большую мощность потребления из линии 0,4 кВ, а также наличие трех воздушных трансформаторов.

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

Недостатками прототипа являются:

1. Большая мощность, потребляемая генератором из линии 0,4 кВ;

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

Задачей изобретения является снижение мощности потребления генератором из линии 0,4 кВ без применения воздушного трансформатора. Генератор прототипа имеет конденсатор, управляемый ключ, блок управления.

Технический результат достигается тем, что в генератор ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, содержащий трехфазный трансформатор 10/0,4 кВ (трансформатор), трехфазную линию электропередачи 0,4 кВ (линия 0,4 кВ), блок управления, управляемый ключ, первый конденсатор, введены электролитический конденсатор (второй конденсатор), воздушная катушка индуктивности (катушка), двухфазный двухполупериодный выпрямительный мост, собранный на диодах Д₁, Д₂, Д₃ , Д₄, при этом первый вывод катушки подключен к низковольтной фазе А трансформатора, второй вывод подключен к первой обкладке первого конденсатора, к аноду первого диода, к катоду четвертого диода/ вторая обкладка первого конденсатора подключена к фазе В, к заземленной нейтрали трансформатора (провод «Земля»), катод первого диода подключен к катоду второго диода, к первой обкладке второго конденсатора, к первому входу ключа, вторая обкладка второго конденсатора подключена к выходу ключа, к анодам третьего и четвертого диодов, катод третьего диода подключен к аноду второго диода, к проводу «Земля», блок управления подключен ко второму входу ключа.

Результат достигается тем, что введены электролитический конденсатор (второй конденсатор), двухполупериодный выпрямительный мост, собранный на диодах Д ₁, Д₂, Д₃, Д₄, воздушная катушка индуктивности (катушка), при этом первый вывод катушки подключен к фазе А трансформатора, второй вывод катушки подключен к первой обкладке первого конденсатора, к аноду первого диода, к катоду четвертого диода, вторая обкладка первого конденсатора подключена к фазе В, катод первого диода подключен к катоду второго диода, к первой обкладке второго конденсатора, к первому входу ключа, вторая обкладка второго конденсатора подключена к выходу ключа, к анодам третьего и четвертого диодов, катод третьего диода подключен к аноду второго диода, к проводу «Земля», блок управления подключен к второму входу ключа.

На фиг.1 приведена схема генератора, которая реализует заявленное техническое предложение, где:

1. Трехфазный трансформатор 10/04 кВ (трансформатор), который имеет низковольтные фазы А, В, С;

2. Трехфазная линия электропередачи 10 кВ;

3. Трехфазная линия электропередачи 0,4 кВ (линия 0,4 кВ);

4. Воздушная катушка индуктивности (катушка), ее индуктивность равна - L₄;

5. Первый конденсатор, его емкость равна - С₅;

6. Двухполупериодный выпрямительный мост;

7. Второй конденсатор, его емкость равна - С₇;

8. Управляемый ключ (ключ);

9. Блок управления;

10. Заземленная нейтраль трансформатора 10/0,4 кВ (провод «Земля»).

Определим мощность потребления генератором прототипа из линии 0,4

кВ, при этом для простоты изложения активными сопротивлениями и индуктивностью обмоток воздушного трансформатора пренебрегаем.

Из описания прототипа следует, что амплитуда тока, протекающего по цепи: мост, первичная обмотка воздушного трансформатора, резистор, ключ, мост, равна 17А, при этом коэффициент трансформации воздушного трансформатора равен единице.

Мощность потребления в прототипе с учетом допущений равна:

где I_m = 17A - амплитуда тока прототипа через замкнутый ключ в момент времени его размыкания;

R₉=10 Ом - сопротивление резистора;

_пр=0,25 Т₀ - длительность замкнутого положения ключа генератора-прототипа.

- период частоты f₀ прототипа.

В связи с тем, что энергия из сети 0,4 кВ потребляется только в интервале времени _пр, когда ключ замкнут, в выражении (1) введен коэффициент 0,25, так как ключ замкнут на время _пр=0,25 Т₀.

Исходные данные для расчета генератора

Частота токов, вводимых в линию 0,4 кВ, равна:

Мощность трансформатора, который запитывает генератор, равна:

Емкость конденсатора 5 равна:

Индуктивность катушки 4 равна:

Активное сопротивление катушки 4 равно:

где Q=10 - добротность катушки 4.

Работа заявленного генератора

Значение величин индуктивности катушки 4 и емкости конденсатора 5 выбраны из условия резонанса тока i₀ в колебательном контуре при протекании тока сигнала i₀ по цепи: катушка 4 - конденсатор 5 - фаза В - провод «Земля» на частоте f₀=1000 Гц при разомкнутом ключе, при этом индуктивностью и активными сопротивлениями трансформатора пренебрегаем, в связи с их малостью.

Определим емкость конденсатора 7 из выражения:

откуда следует:

В момент времени t₁ подключим генератор к линии 0,4 кВ, когда потенциал фазы А будет больше потенциала «Земля», тогда будут открыты диоды 1 и 3, при этом начнет заряжаться конденсатор 7 током i₁ по цепи: фаза А - катушка 4 - диод 1 - «плюс» конденсатор 7 - «минус» конденсатор 7 - диод 3 - провод «Земля». Конденсатор 7 будет заряжаться до напряжения Е₀:

где Е₀ - амплитуда напряжения 220 В.

После заряда конденсатора 7 до напряжения Е₀ схема генератора будет находиться в устойчивом состоянии.

В момент времени t₂>t ₁ начинают коммутировать ключ с частотой f₀ при замыкании ключа на время =0,14 Т₀, при этом через него будет протекать ток по цепи: фаза А - катушка 4 - диод 1 - ключ-диод 3 - провод «Земля». Одновременно будет протекать ток разряда конденсатора 7 по цепи: «плюс» конденсатор 7 - ключ - диод 3 - провод «Земля», а также будет протекать ток подзаряда конденсатора 7 по цепи его заряда током i₁, при этом ток заряда равен току разряда, которые равны между собой и направлены навстречу друг другу, поддерживая напряжение на обкладках конденсатора 7, равным Е₀.

Определим амплитуду тока через ключ в момент времени размыкания ключа с учетом (2), (5), (6), (9) и принятом значении =0,14 Т₀ из выражения:

где Е₀=310 В; R₄ =1,58 Ом; =0,14 Т₀; L₄=2,52·10^-3 Гн.

Определим мощность потерь из сети 0,4 кВ заявленного генератора по аналогии с выражением (1):

Определим с учетом (1), во сколько раз снизилась мощность потребления из сети 0,4 кВ при использовании заявленного генератора:

Таким образом, цель, поставленная изобретением, достигнута, так как мощность потребления заявленного генератора из сети 0,4 кВ снижена в 12 раз без использования воздушного трансформатора. При этом необходимо отметить, что мощность трансформатора 10/0,4 кВ, частота токов f₀, амплитуда тока I _m через ключ в момент его размыкания в ПРОТОТИПЕ и заявленном генераторе приняты равными между собой.