СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ Российский патент 2000 года по МПК H04B3/54 

Описание патента на изобретение RU2156543C1

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием линий /0,38 - 10 - 35 - 110/ кВ без обработки их высокочастотными заградителями. Новым техническим результатом является расширение частотного диапазона с 1000 Гц до 3000 Гц при скорости передачи сигналов 50 и 100 Бод, а также повышение помехозащищенности приема сигналов.

В предложенном способе используют синхронное детектирование сигналов с применением интегрирования, начало и конец которого определяют характерными точками, которыми являются единые моменты времени перехода через ноль общего питающего напряжения U(t) в пунктах передачи и приема. При этом в качестве гетеродинного напряжения используют кварцованную частоту напряжения сигнала.

Наиболее близким к заявленному способу является способ передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети, который реализован в патенте на изобретение N 2121759 кл, 6 H 04 В 3/54, Бюл. N 31 10.11.96 г., принят за прототип.

В известном способе напряжение гетеродина образуют из гармоник частоты питающего напряжения F. В связи с тем, что частота F # 50 Гц в аварийных режимах, то гармоники частоты F изменяют свое положение на частотной оси и отфильтровывать в фиксированной полосе частот частоту гетеродина при больших индексах гармоник частоты F сложно. Поэтому, как показала практика, необходимо ограничиваться сверху 20-й гармоникой /1000 Гц /, что сужает частотный диапазон. Заявленный способ решает задачу увеличения частотного диапазона до 3 кГц, так как в качестве частоты гетеродина используют кварцованную частоту сигнала. Усиление неравенства в прототипе c на в заявленном способе позволит улучшить отношение сигнал/помеха. Так, в прототипе при скорости передачи сигналов 100 Бод, где и при максимальной частоте запуска передатчика f0 ≈ f2 = 1000 Гц неравенство будет иметь вид: или 0,01 >> 0,001, т.е. левая часть неравенства будет больше в 10 раз. Это значит, что за период интегрирования Т уложится 10 периодов напряжения частоты сигнала /помехи/.

В заявленном способе, например, при n = 3 и f0 = 1000 Гц, неравенство примет вид:
.

С учетом того, что
fΣ= f1+f2= 2f0,
неравенство примет вид:
или
т. е. левая часть неравенства будет больше в 160 раз. Это значит, что за период интегрирования Т уложится 160 периодов напряжения частоты сигнала /помехи/. Известно, что математическое ожидание М амплитуды помехи Un(t), которая флуктуирует около нуля, описывают выражением: M[Un](t) ---> 0 при знаменателе в правой части неравенства _→ ∞. Таким образом, чем лучше выполняют неравенство, тем выше будет отношение сигнал/помеха после обработки сигнала в интеграторе. При увеличении частотного диапазона до 3 кГц неравенство еще "усилят" в три раза.

В заявленном способе передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети в пункте передачи преобразуют питающее напряжение U(t) промышленной частоты F в ток сигнала обратной последовательности на частоте f1 и ток сигнала прямой последовательности на частоте f2, где f2-f1=2F, передают эти токи по трехфазной электрической сети в пункт приема, преобразуют в напряжения преобразуют эти напряжения путем фильтрации соответственно в напряжения U1(t) = Um1cosω1t и U2(t) = Um2cosω2t где ω1= 2πf12= 2π-f2 в узкой полосе пропускания частот, перемножают U1(t) и U2(t), выделяют путем фильтрации напряжение суммарной частоты UΣ(t) = UcosωΣt, где ωΣ= 2πfΣ,fΣ= f1+f2= 2f0,
f0 - частота запуска передатчика, преобразуют напряжение UΣ(t) в напряжение UΣn(t) = UmΣncos2nt путем n - кратного умножения и n - кратной фильтрации, где n = 1,2,3,4, . ,.., умножают UΣn(t) на UΣn(t), из полученного напряжения выделяют путем фильтрации постоянную составляющую Uc, интегрируют Uc в интервале Т, где при скорости передачи сигналов 50 Бод и при скорости передачи сигналов 100 Бод, выполняют неравенство , при этом начало и конец интервалов передачи сигналов и интегрирования соответствуют единым моментам времени перехода общего питающего напряжения U(t) через ноль в пунктах передачи и приема.

Устройство (см. чертеж), реализующее заявленный способ, содержит в пункте передачи синхронизатор 1 характерных точек /синхронизатор/, передатчик 2 пассивно-активного типа /передатчик/, трехфазную электрическую сеть 3 /сеть/, фильтр напряжения симметричных составляющих /ФСС/ обратной последовательности 4, ФСС прямой последовательности 5, узкополосный фильтр 6 /УПФ/ частоты f1, УПФ 7 частоты f2, умножитель 8, УПФ частоты fΣ= f1+f2 9, первый 10, второй 11,.. n-й 12 преобразователь частоты /преобразователь/, умножитель 13, фильтр нижних частот /ФНЧ/ 14, интегратор 15, синхронизатор 16, фазовращатель 17.

Работает устройство следующим образом:
Синхронизатор 1 формирует в пункте передачи импульсы в единые моменты времени перехода питающего напряжения U(t) частоты F через ноль. Начало и конец передачи сигнала совпадают с едиными моментами времени перехода питающего напряжения U(t) частоты F через ноль в пунктах передачи и приема. При работе передатчика 2 в его фазных проводах A, B, C образуют следующие токи сигналов по аналогии с прототипом мгновенные значения которых описывают выражениями:

где Im - амплитудное значение токов на частотах ω1 и ω2, ω1= (ω0-Ω) и ω2= (ω0+Ω); ω0= 2πf0; Ω = 2πF, f1=f0-F, f2=f0+F;
f0 - частота запуска передатчика.

Эти токи образуют на входах ФСС 4 и ФСС 5 трехфазные напряжения обратной и прямой последовательностей , мгновенные значения которых описывают выражениями:

где UA, UB, UC - разные напряжения сигнала.

Из выражения /2/ следует, что на частоте ω1 имеют напряжения обратного чередования фаз A, C, B на частоте ω2 - прямого чередования фаз A, B, C. Напряжение сигнала обратной последовательности на частоте ω1 принимает ФСС 4. Напряжение сигнала прямой последовательности на частоте ω2 принимает ФСС 5. Выражение мгновенных значений напряжений сигнала на соответствующих выходах ФСС 4 и ФСС 5 имеют вид:,
U4(t) = Um4cosω1t (3)
U5(t) = Um5cosω2t (4)
В связи с тем, что в качестве напряжения гетеродина используют напряжение сигнала кварцованной частоты, фазовые сдвиги опускаем. Эти напряжения получены в широкой полосе ФСС 4 и ФСС 5, их соответственно подают на УПФ 6 и УПФ 7. На выходе УПФ 6 имеют напряжение U1(t), а на выходе УПФ 7 - U2(t) согласно описанию формулы изобретения:
U1(t) = U6(t) = Um1cosω1t (5)
U2(t) = U7(t) = Um2cosω2t (6)
В умножителе 8 перемножают U1(t) и U2(t), в результате получают напряжения разностной и суммарной частот
U8(t) = Um8cos(ω21)t+Um8cos(ω21)t (7)
В прототипе выделяют разностную частоту, в заявленном способе выделяют суммарную частоту с помощью УПФ 9 согласно формуле изобретения:
UΣ(t) = U9(t) = UcosωΣt (8)
где
ωΣ= 2πfΣn fΣ= f1+f2= 2f0
Напряжение UΣ(t) подают на вход первого преобразователя 10. Преобразователь состоит из умножителя 10', который твоими объединенными входами подключен к выходу УПФ 9, а выход умножителя 101 подключен к входу УПФ 102, выход которого является выходом преобразователя 10, который подключен к входу второго преобразователя 11. Так как работа преобразователей идентична, рассмотрим работу первого, второго и n-ного преобразователей.

На выходе умножителя 101 по аналогии с /7/ имеют напряжения разностной и суммарной частот:

Выделяют с помощью узкополосного фильтра 102 напряжение суммарной частоты, которое будет выходным для преобразователя 10 и входным для второго преобразователя 11.

U10(t) = Um10cos2ωΣt (10)
По аналогии с /10/ напряжение на выходе второго преобразователя 11 будет равно:
U11(t) = Um11cos4ωΣt (11)
Напряжение на выходе n-го преобразователя будет равно:
UΣn(t) = U12(t) = UmΣncos2n•ωΣt (12)
Таким образом, каждый последующий преобразователь дает напряжение с двойной частотой. Путем n-кратного умножения и n- кратной фильтрации получают нужное значение частоты 2nωΣ. Напряжение UΣn(t) с выхода n-го преобразователя 12 подают на умножитель 13, имеющий объединенные входы. С выхода умножителя 13 имеют напряжения с разностной и суммарной частотами:

С помощью ФНЧ 14 выделяют напряжения разностной частоты, т.е. напряжение постоянной составляющей Uc согласно формуле изобретения:
Uc=Um13 • cos 0o=Um13 (14)
Uc будет являться амплитудой /огибающей/ сигнала. Uc подают на первый вход интегратора 15, на второй вход которого подают импульсы синхронизатора 16 через фазовращатель 17, с помощью которого совмещают единые моменты времени начала и конца интервала интегрирования Т с началом и концом передачи сигнала. Выход интегратора 15 является информационным.

Таким образом, мы доказали, что в заявленном способе:
1. Диапазон рабочих частот в тональном диапазоне увеличен с 1 кГц до 3 кГц и выбор частоты запуска передатчика f0 не зависит от нестабильности частоты F питающего напряжения U(t).

2. Помехозащищенность в заявленном способе повышена за счет выполнения более жесткого неравенства , где n выбирают в зависимости от технических требований получения заданного отношения сигнал/помеха на информационном выходе интегратора 15.

Похожие патенты RU2156543C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 1999
  • Гутин К.И.
  • Цагарейшвили С.А.
  • Новиков В.А.
  • Цагарейшвили Н.С.
  • Цагарейшвили А.С.
  • Литвин Ю.А.
  • Бородченко В.О.
RU2161334C1
СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 1997
  • Гутин К.И.
  • Цагарейшвили С.А.
RU2121759C1
СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 1997
  • Гутин К.И.
  • Цагарейшвили С.А.
RU2133554C1
СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 1998
  • Гутин К.И.
  • Цагарейшвили С.А.
  • Новиков В.А.
  • Цагарейшвили Н.С.
  • Цагарейшвили А.С.
  • Литвин Ю.А.
  • Бородченко В.О.
RU2169432C2
СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 1998
  • Цагарейшвили С.А.
  • Гутин К.И.
RU2143785C1
СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 1999
  • Гутин К.И.
  • Цагарейшвили С.А.
RU2161370C1
СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 2001
  • Цагарейшвили С.А.
  • Гутин К.И.
  • Литвин Ю.А.
  • Новиков В.А.
  • Козин Н.К.
  • Цагарейшвили А.С.
  • Цагарейшвили Н.С.
RU2214052C2
СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 1998
  • Гутин К.И.
  • Цагарейшвили С.А.
  • Старостин А.С.
RU2144730C1
СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 1999
  • Гутин К.И.
  • Цагарейшвили С.А.
  • Старостин А.С.
  • Новиков В.А.
  • Цагарейшвили Н.С.
  • Цагарейшвили А.С.
  • Литвин Ю.А.
  • Бородченко В.О.
RU2161371C1
СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИМВОЛОВ "1" И "0" НА ОДНОЙ ЧАСТОТЕ В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 1995
  • Гутин К.И.
RU2137298C1

Реферат патента 2000 года СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться при организации каналов связи с использованием высоковольтных линий. Достигаемым техническим результатом является расширение частотного диапазона при скорости передачи сигналов 50 и 100 Бод, а также повышение помехозащищенности приема сигналов. В предложенном способе используют синхронное детектирование сигналов с применением интегрирования, начало и конец которого определяют характерными точками, которыми являются единые моменты времени, переход общего питающего напряжения через ноль одной из фаз сети в пунктах передачи и приема. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 156 543 C1

Способ передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети, в соответствии с которым в пункте передачи преобразуют питающие напряжение U(t) промышленной частоты F в ток сигнала обратной последовательности на частоте f1 и ток сигнала прямой последовательности на частоте f2, где f2 - f1 = 2F, передают эти токи по трехфазной электрической сети в пункт приема, преобразуют в напряжения преобразуют эти напряжения путем фильтрации соответственно в напряжения U1(t) = Um1COSω1t и U2(t) = Um2COSω2t где ω1= 2πf12= 2πf2 в узкой полосе пропускания, перемножают U1(t) и U2(t), при этом начало и конец интервалов передачи сигнала и интегрирования Т соответствуют единым моментам времени перехода общего питающего напряжения U(t) частоты F в пунктах передачи и приема через ноль, отличающийся тем, что из произведения U1(t) на U2(t), выделяют путем фильтрации напряжение суммарной частоты UΣ(t) = UmΣCOSωΣt, где fΣ= f1+f2= 2f0, f0 - частота запуска передатчика, преобразуют напряжение UΣ(t) в напряжение UΣn(t) путем n = 1,2,3,..., последовательных операций, каждая из которых включает действие умножение с последующим выделением путем фильтрации напряжения двойной частоты, умножают UΣn(t) на UΣn(t), из полученного напряжения выделяют путем фильтрации постоянную составляющую Uc, интегрируют Uc в интервале Т, где при скорости передачи сигналов 50 Бод и при скорости передачи сигналов 100 Бод, выполняют неравенство

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2000 года RU2156543C1

СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 1997
  • Гутин К.И.
  • Цагарейшвили С.А.
RU2121759C1
УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ ПО ПРОВОДАМ ТРЕХФАЗНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 1990
  • Гутин К.И.
  • Цагарейшвили С.А.
  • Захарова Т.И.
RU2061256C1
Способ передачи и приема информации по проводам трехфазной линии электропередачи 1989
  • Гутин Клавдий Иосифович
  • Цагарейшвили Северьян Александрович
  • Мухин Борис Игнатьевич
SU1765901A1
Пожарный двухцилиндровый насос 0
  • Александров И.Я.
SU90A1
US 4188619, 12.02.1980
СПОСОБ СБОРКИ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХПРИБОРОВ 0
SU200016A1
US 4481501, 06.11.1984.

RU 2 156 543 C1

Авторы

Гутин К.И.

Цагарейшвили С.А.

Даты

2000-09-20Публикация

1999-10-12Подача