СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ В СИСТЕМЕ ПЕРЕДАЧИ КОНТРОЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО ПРОВОДАМ КАСКАДА НАРУЖНОГО ОСВЕЩЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК H04B3/54 H02J13/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к организации передачи информации по проводам 0,4 кВ и может быть использовано в системах контроля сетей наружного освещения с каскадным управлением.

Особенностью передачи контрольной информации на участках каскада наружного освещения является то, что контрольная информация должна передаваться как при включенном, так и при выключенном напряжении питания, кроме того, если участки каскада имеют разветвления, то необходимо производить прием и анализ контрольной информации с каждого направления.

Для разделения приема контрольной информации с разных направлений при разветвлении участка каскада можно использовать физическое разделение каналов передачи (использование проводов разных фаз или полупериодов напряжения) или разделение передач с каждого направления по времени при передачи информации по одному физическому каналу связи. Первое решение связано со значительным увеличением оборудования и имеет ограничения по числу контролируемых направлений, второе требует организации передач контрольной информации по направлениям.

Синхронизацию передач контрольной информации с различных направлений участка каскада можно организовать за счет взаимного прослушивания передач, если информационные импульсы, формируемые на конце участка одного направления, могут быть выделены не только в начале участка каскада, но на концах участка каскада других направлений.

В настоящее время наиболее приемлемым способом формирования информационных импульсов при передаче информации по проводам питания 0,4 кВ считается способ "деформации волны 50 Гц" за счет кратковременного изменения параметров цепи. При этом для передачи единичного значения разряда производят формирование информационного импульса, для передачи нулевого значения не производят [1]
Известен способ формирования информационных импульсов за счет кратковременного подключения на конце участка каскада параллельно проводу, выбранному для передачи информации, добавочного сопротивления на время действия положительной или отрицательной полуволны напряжения питания [2]
По этому способу формируются информационные импульсы, в которых параметром, несущим информацию, является амплитуда тока.

Известный способ имеет ряд недостатков, главными из которых являются следующие:
информационные импульсы могут формироваться только при включенном напряжении питания на проводе, выбранном для передачи информации;
информационные импульсы могут быть выделены только в основной цепи протекания тока, где они формируются, что затрудняет синхронизацию передач информации с других направлений, если участок каскада имеет разветвления по приему контрольной информации.

Эти недостатки определяются тем, что при выключенном напряжении питания ток в цепи отсутствует и не изменяется при изменении сопротивления цепи. При включенном напряжении питания изменение сопротивления цепи приводит к изменению тока только в основной цепи изменения сопротивления.

Трансформаторы питания имеют малые значения омического сопротивления обмоток и индуктивности рассеивания (например, для трансформатора ТМ100/6 значения R и L, приведенные к вторичным обмоткам, составляют 0,038 Ома и 0,25 мГн, что для f=50 Гц составляет, примерно, 0,1 Ома). Поэтому, если изменение сопротивления цепи производят при переходе напряжения через нулевое значение, то даже при относительно больших изменениях тока амплитуда напряжения на обмотках трансформатора питания меняется незначительно и остается в пределах естественной флюктуации напряжения в сети.

Если участок каскада имеет разветвления непосредственно после контактора, то на боковых направлениях (от направления формирования информационных импульсов) токи и напряжения будут оставаться практически "не деформированными", т. е. не выделяемыми.

Организация синхронизации передач контрольной информации с различных направлений за счет взаимного просушивания передач возможна при использовании информационных импульсов, в которых параметрами, несущими информацию, являются параметры напряжения.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является способ формирования информационных импульсов, заключающийся в кратковременной коммутации энергии на провод одной из фаз участка каскада от постороннего источника, а именно непосредственно с обмотки этой фазы трансформатора питания следующего по каскаду участка наружного освещения на время действия положительной или отрицательной полуволны напряжения [1, 2]
Недостатком этого способа является невозможность формирования информационных импульсов на проводе с включенным напряжением питания, так как напряжения на проводе и на обмотке трансформатора питания будут примерно одинаковы.

Задачей предлагаемого изобретения является получение возможности формирования информационных импульсов напряжения с возможностью последующего их выделения в любых концах участка каскада с разветвлениями при включенном и при выключенном напряжении питания для организации синхронизации передач контрольной информации по проводам каскада наружного освещения с разветвлениями.

Решение поставленной задачи в способе формирования информационных импульсов в системе передачи контрольной информации по проводам каскада наружного освещения, заключающемся в кратковременной коммутации энергии на провод одной из фаз участка каскада от постороннего источника, достигается тем, что коммутацию энергии на провод первой фазы производят с второй фазы, опережающей первую фазу на 120^о, в промежуток времени с момента перехода напряжения питания первой фазы через 0 к положительному или отрицательному значениям до сравнения напряжения второй фазы с напряжением на проводе первой фазы участка каскада, причем энергию коммутируют непосредственно с обмотки второй фазы трансформатора питания следующего по каскаду включения участка наружного освещения.

Технический результат по способу формирования информационных импульсов напряжения достигается за счет того, что в момент перехода напряжения первой фазы, например, к положительным значениям, мгновенное напряжение на второй фазе, опережающей первую фазу на 120^о, равно 269 В при номинале напряжения питания 220 В. При коммутации энергии, например, при помощи тиристорного ключа, возникает динамический процесс выравнивания напряжений.

Из-за наличия потоков рассеивания в трансформаторах и невозможности мгновенного изменения энергии этих потоков в первый момент вся разность напряжения между фазами прикладывается к обмоткам рассеивания первой и второй фаз и индуктивности проводов питания. При этом на конце провода первой фазы непосредственно у трансформатора питания, где производится выделение информации, возникает скачок напряжения.

При формировании информационных импульсов напряжения при отключенном напряжении питания скачок напряжения возникает на разомкнутых контактах контактора питающего трансформатора, параллельно которым присоединена нагрузка участка каскада.

По мере выравнивания напряжений на фазах ток через тиристорный ключ будет уменьшаться и при токе, меньшим тока удержания, тиристорный ключ закроется и коммутация энергии закончится.

Так как скачок напряжения возникает в начале участка каскада за счет падения напряжения на обмотке рассеивания трансформатора или контакте контактора, он является доступным для выделения на проводе первой фазы в любом ответвлении.

Параметром, несущим информацию в формируемых информационных импульсах при включенном и выключенном напряжении питания по этому способу, является крутизна передних фронтов напряжения. Из-за утечки части энергии на приборы освещения и заряд паразитных емкостей скачок напряжения при формировании информационных импульсов несколько сглаживается, но остается значительно круче фронта нарастания напряжения питания при отсутствии переходного процесса выравнивания напряжений на фазах.

Отметим, что формирование информационных импульсов по предложенному способу можно производить, используя как положительные, так и отрицательные полуволны напряжения питания. При использовании положительной полуволны напряжения формирование информационных импульсов производит в момент перехода напряжения первой фазы к положительным значениям, при использовании отрицательной полуволны напряжения к отрицательным значениям.

Коммутацию энергии производят в промежуток времени с момента перехода напряжения первой фазы через нулевое значение до сравнения напряжения второй фазы с напряжением на проводе первой фазы участка каскада. Сдвиг момента начала формирования информационных импульсов в указанных пределах изменяет величину коммутируемой энергии и интенсивность деформации волны.

При формировании информационных импульсов при выключенном напряжении питания выходная обмотка трансформатора питания с малым значением внутреннего сопротивления отключена от провода и информационные импульсы могут формироваться со значительно большими амплитудами, что может отрицательно сказываться на работе контактора следующего по каскаду участка наружного совмещения. Для выравнивания амплитуд формуемых импульсов можно при включенном напряжении питания на проводе первой фазы коммутацию энергии со второй фазы на провод первой фазы производить с задержкой, не превышающей 60^о по фазе напряжения, т. е. в пределах, предусмотренных способом. При этом уменьшается величина коммутируемой энергии и амплитуда формируемого информационного импульса.

Кроме основного технического результата осуществление предлагаемого изобретения обеспечивает уменьшение объема оборудования меньшее отрицательное воздействие формируемых информационных импульсов на работу осветительных приборов и контакторов каскадов наружного освещения.

Устройства, реализующие известные способы формирования информационных импульсов, содержат релейные схемы изменения конфигурации соединения цепи коммутации энергии при включенном и выключенном напряжении. Предлагаемый способ использует схемы, работа которых не зависит от режима освещения, что уменьшает объем оборудования и повышает надежность устройства. Кроме этого, формирование и выделение информационных импульсов по предложенному способу производится в моменты перехода напряжения питания через 0, где меньшая интенсивность помех, например, от пусковых устройств газоразрядных приборов освещения и возможно применение меньших амплитуд токов уменьшает оборудование электронных ключей коммутации и снижает величину отрицательного воздействия информационных импульсов на работу устройств каскада наружного освещения. Расчет переходных процессов выравнивания напряжений и результаты испытания опытных устройств приема и передачи контрольной информации по проводам питания 0,4 кВ на реальных участках каскада по предложенному способу показал, что для выделения информационных импульсов (скачок напряжения в 30 В) достаточно использовать ток коммутации в 20-30 А длительностью в 1,7 мс (3,4 мс при выключенном напряжении питания), в то время как в известных системах используются токи до 200 А длительностью от 5 до 10 мс.

На фиг. 1 представлена функциональная схема участка каскада наружного освещения с разветвлением, функциональные схемы устройств, реализующих предложенный способ формирования информационных импульсов и устройства выделения информационных импульсов, сформированные по предлагаемому способу; на фиг. 2 представлены временные диаграммы, поясняющие способ формирования информационных импульсов; на фиг. 3 представлены временные диаграммы, поясняющие способ выделения информационных импульсов, сформированные по предлагаемому способу.

Участок каскада наружного освещения содержит трансформатор питания 1, приемную катушку 2 контактора с группой контактов 3, провода 4 трехфазного напряжения A, B, C с нейтральным проводом N, приборы освещения 5. Участок каскада на фиг. 1 имеет разветвление на два направления: основное к приемной катушке 6 контактора с группой контактов 7 и дополнительное к приемной катушке 8 контактора с группой контактов 9.

Приемные катушки 6 и 8 контакторов предназначены для осуществления включения/выключения напряжения от трансформаторов питания 10 и 11 последующих участков каскада соответственно 12 и 13.

Каждый пункт включения может содержать одно устройство формирования и до двух устройств выделения информационных импульсов (одно для приема информации с последующего участка и одно для прослушивания передач со смежных направлений). На фиг. 1 показано только одно устройство 14 формирования информационных импульсов, подключенное к концу участку каскада основного направления и двух устройств 15 выделения информационных импульсов, одно из которых подключено к началу участка каскада у трансформатора питания 1 для приема передаваемой информации и в конце участка дополнительного направления у трансформатора питания 11 для организации прослушивания передач с других направлений.

Устройство 14 формирования информационных импульсов может быть реализовано, например, на основе датчика 16 перехода напряжения через ноль, вход которого подключен к обмотке первой фазы (фазы А на фиг. 1) трансформатора питания 10, выход соединен с входом логической схемы И 17, второй вход 18 которой является входом разрезавших сигналов от схемы кодирования (на фиг. 1 не показана), а выход соединен с входом схемы управления 19 тиристорного ключа 20. При использовании положительной полуволны напряжения анод тиристорного ключа 20 соединен с обмоткой второй фазы (фазы C на фиг. 1) трансформатора 10, а катод через ограничительный резистор 21 с концом провода первой фазы участка каскада.

Для выделения сформированных информационных импульсов может быть использовано, например, устройство 15.

Устройство 15 выделения информационных импульсов может быть реализовано, например, при помощи датчика 22 перехода напряжения через ноль (идентичный датчику 18), вход которого подключен к обмотке первой фазы трансформатора питания 1 или 11, а выход через элемент 23 задержки соединен с входом синхронизации D-триггера 24, выход которого является выходом 25 принимаемой информации, а вход данных (D) соединен с выходом порогового элемента 26, вход которого подключен к проводу первой фазы для приема информации, соответственно в начале участка 4 каскада или в точке подключения приемной катушки 6 контактора в конце этого участка каскада.

Устройство формирования информационных импульсов, например, для случая использования положительных полуволн напряжения работает следующим образом.

Коммутацию энергии на провод первой фазы производят с второй фазы, опережающей первую фазу на 120^о, при помощи тиристорного ключа 20. При этом на вход датчика 16 перехода напряжения через ноль поступает напряжение первой фазы (U_а на фиг. 2, а). Датчик 16 представляет собой пороговое устройство с порогом срабатывания близким к нулю. На выходе датчика 16 формируются импульсы напряжения, передние фронты которых (точка t_o на фиг. 2) соответствуют переходу напряжения первой фазы к положительным значениям (см. фиг. 2, в).

Если на вход 18 логической схемы И 17 приходит от устройства кодирования (на фиг. 2 не показано) разрешающий потенциал передачи единицы, то напряжение с датчика 16 поступает на вход схемы управления 19, в результате чего тиристорный ключ 20 открывается и производится коммутация энергии с обмотки второй фазы трансформатора питания 1 на провод передачи информации первой фазы участка каскада. Напряжение на второй фазе в момент начала коммутации составляет 150 В. В результате переходного процесса выравнивания напряжений на проводе первой фазы формируется скачок напряжения (деформация волны), представленный на фиг. 2, с для случая включенного напряжения и фиг. 2, d для случая выключенного напряжения на проводе первой фазы.

Напряжения первой и второй фаз сравниваются в моменты t₁ при включенном напряжении и t₂ при выключенном напряжении, но из-за реактивности энергии на обмотках рассеивания трансформаторов деформация волны заканчивается несколько позднее моментов t₁ и t₂.

На фиг. 2, е представлен скачок напряжения для случая формирования информационных импульсов при выключенном напряжении с задержкой в t₃ относительно момента t_o. Задержка момента формирования информационных импульсов может производиться при помощи элемента управляемой задержки (на фиг. 1 не показана), включенной между выходом логического элемента И 17 и схемой управления 19. Для управления элемента управляемой задержки может быть использован датчик напряжения, подключенный к проводу первой фазы (на фиг. 1 не показан). При включенном напряжения задержка должна быть нулевой, при выключенном напряжении равняться t₃.

Устройство выделения 15 информационных импульсов напряжения, например, для случая использования положительных полуволн напряжения работает следующим образом.

Напряжение с провода первой фазы поступает на вход порогового элемента 26, который имеет верхний порог срабатывания A, настроенный на величину интенсивности информационных импульсов (см. фиг. 3, а). На выходе порогового элемента 26 формируются прямоугольные импульсы напряжения, передние фронты которых задержаны относительно момента t_o на разное время в зависимости от наклона переднего фронта напряжения на проводе первой фазы, т. е. от наличия или отсутствия деформации волны.

При включенном напряжении питания и наличии информационного импульса передний фронт t₄, при отсутствии в момент t₅ (на фиг. 3, с фронт прямоугольного импульса напряжения для случая отсутствия информационного импульса обозначен пунктиром). При выключенном напряжении питания и наличии информационного импульса передний фронт прямоугольного импульса напряжения формируемого в момент t₄, при отсутствии прямоугольный импульс напряжения не формируется. Спад импульса напряжения определяется нижним порогом срабатывания B (моменты t₇ и t₆ на фиг. 3 c, d) порогового элемента 26.

Напряжение с выхода порогового элемента 26 поступает на вход данных D триггера 24, на вход синхронизации которого поступают импульсы напряжения с выхода элемента задержки 23, передние фронты которых задержаны относительно момента t_o и соответствуют моменту времени стробирования t_стр (см. фиг. 3, f), так как на вход элемента задержки поступают с выхода датчика 22 перехода напряжения через ноль (см. фиг. 3, е), на вход которого поступает напряжение первой фазы трансформатора питания. Время стробирования t_стр. настраивается в зависимости от интенсивности информационных импульсов, и передний фронт импульса с элемента задержки 23 должен располагаться между моментами времени t₄ и t₅ (см. фиг. 3). При наличии деформации волны передний фронт импульса напряжения с порогового элемента 26 соответствует моменту t₄ и в момент времени t_стр на D-триггере фиксируется единичное значение принимаемого разряда, в противном случае нулевое.

Для выравнивания амплитуд деформации при выключенном напряжении начало формирования информационного импульса может быть сдвинуто. В этом случае при выделении информационных импульсов на проводе первой фазы при выключенном напряжении момент стробирования задерживают на время задержки, введенной при формировании информационных импульсов. Это можно реализовать при помощи управления времени задержки элемента 23 задержки. Управление задержкой можно производить сигналом с датчика напряжения (на фиг. 1 не показан), подключенного к проводу первой фазы.

Использование: изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах контроля сетей наружного освещения. Задачей изобретения является получение возможности формирования информационных импульсов при включенном и при выключенном напряжении питания. Сущность изобретения: решение задачи в способе формирования информационных импульсов, заключающемся в кратковременной коммутации энергии на провод фазы A, достигается тем, что коммутацию энергии на провод производят с фазой C, опережающей фазу A на 120⁰, с момента перехода напряжения питания фазы A через ноль, причем энергию коммутируют с обмотки трансформатора питания. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ формирования информационных импульсов напряжения в системе передачи контрольной информации по проводам каскада наружного освещения, заключающийся в кратковременной коммутации энергии на провод одной из фаз участка каскада от постороннего источника, отличающийся тем, что коммутацию энергии на провод первой фазы производят с второй фазы, опережающей первую фазу на 120^o, в промежуток времени с момента перехода напряжения питания первой фазы через 0 к положительному или отрицательному значениям до сравнения напряжения второй фазы с напряжением на проводе первой фазы участка каскада, причем энергию коммутируют непосредственно с обмоткой второй фазы трансформатора питания следующего по каскаду включения участка наружного освещения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при выключении напряжения питания на проводе первой фазы участка каскада наружного освещения коммутацию энергии с второй фазы на провод первой фазы производят с задержкой, не превышающей 60^o по фазе напряжения.