СПОСОБ ЦАГАРЕЙШВИЛИ С.А. ВВОДА ТОКОВ СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНУЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ СЕТЬ Российский патент 2004 года по МПК H04B3/54 

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных электрических сетей (0,4-35) кВ (сеть) без обработки их высокочастотными заградителями. Достигаемый технический результат -снижение потребляемой мощности до 600 Вт.

Известен способ (АНАЛОГ), ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть (сеть), который реализован в генераторе с пассивно-активным способом, при вводе токов сигналов в две фазы сети (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, 1985г., с.7).

Недостатками данного генератора являются:
1. Образование 4-х токов вместо двух в сети:

Индексы при токах обозначают соответственно 1 - прямую АВС, 2 - обратную АСВ последовательности чередования фаз токов сигналов.

Для приема используют только токи
На "паразитные" токи затрачивают бесполезно мощность из сети.

2. Большая мощность потерь на разряд междуфазного конденсатора на резистор.

Известен также способ ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, который реализован в генераторе с пассивно-активным способом, при вводе токов в три фазы, который принят за ПРОТОТИП (С.А. Цагарейшвили, К.И. Гутин. Теоретические основы построения каналообразующего устройства на тональных частотах по электрическим сетям (0,4-35) кВ. Наука и технологии в промышленности. Москва, 2 (5), 2001 г., рис.3, с.56).

Данный генератор генерирует два тока что является достоинством по сравнению с АНАЛОГОМ, т.к. в нем не тратят мощность на образование "паразитных" токов но остался существенный недостаток - большое потребление мощности за счет разряда междуфазных конденсаторов на резистор.

На фиг.1 приведена схема генератора, реализующего предложенное техническое решение.

1. Трансформатор 10/0,4 кВ (трансформатор);
2. Сеть 10 кВ;
3. Сеть 0,4 кВ (сеть);
4. Трехфазный двухполупериодный выпрямительный мост (мост);
5. Первая катушка индуктивности (катушка);
6. Первый конденсатор;
7. Вторая катушка;
8. Второй конденсатор;
9. Третья катушка;
10. Третий конденсатор;
11. Резистор;
12. Управляемый ключ (ключ);
13. Четвертая катушка;
14. Четвертый конденсатор;
15. Пятая катушка;
16. Пятый конденсатор;
17. Шестая катушка;
18. Шестой конденсатор.

Работает генератор следующим образом.

На информационный вход ключа подают импульсы управления. Ключ замкнут в промежутке времени 0≤tT_o/4
- ПАССИВНЫЙ участок, ключ разомкнут;
- АКТИВНЫЙ участок в промежутке времени T_o/4≤t≤T_o. Ключ коммутируют с частотой сигнала f_о. Между точками 1-2 моста постоянная составляющая трехфазного выпрямленного напряжения равна:

где амплитуда линейного напряжения.

Пусть потенциал Фазы А выше, чем потенциал Фазы В. Ключ замкнут в промежутке времени 0≤t≤T_o/4. При этом пойдет ток i(t) заряда электромагнитной энергией 5 и 9 катушек по цепи: Фаза А - катушка 5 - мост - резистор - ключ - мост - катушка 9 - Фаза В. Ток i(t), в момент времени t=T_o/4 равен:

где R - активное сопротивление резистора;
LΣ - индуктивность катушек 5 и 9;
T_o=1/f_o - период частоты f_о;
2I_m - aмплитyдa тока i(t) в момент времени t=T_o/4.

Принимают условие, что индуктивности 1, 2, 3,4, 5, 6 катушек равны L_K, и емкости С_K - 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 так же контуры 4, 5, 6 имеют одинаковые параметры, рассмотрим совместную работу только контуров 1, 4 и 3, 6, т.к. работа 2 и 5 контуров будет идентична.

В момент времени t=T_o/4 ключ размыкают и в контурах 1 и 3, возникают токи свободных колебаний i_св(t) на частоте ω_cв = ω_o, за счет накопленной электромагнитной энергии в катушках 5 и 9, которые равны:

где ω₁ = 2πf₁, ω₂ = 2πf₂;
I_m - амплитудное значение токов на частотах ω₁ и ω₂;
f₁=f_о-F; f₂=f_о-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 и прямой последовательности на частоте , при этoм контуры 1 и 4, 2 и 5, 3 и 6 настраивают в резонанс на частоту f₀, которая равна:

при этом индуктивностями обмоток трансформатора Фаз А, В, С пренебрегают в связи с их малостью по сравнению с индуктивностями L_K . 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 I "Энергия". Москва - Ленинград, 1966 г.).

Рассмотрим вопрос разряда междуфазных конденсаторов в прототипе, на фиг. 1 этот конденсатор обозначен C_p, при следующих исходных данных, которые приведены из реальных схем, работающих в электрических сетях.

*) Емкость разряда конденсатора - С_p=8•10^-6 Ф. (На фиг.1 подключение С_p приведено пунктиром).

*) Сопротивление резистора - R=7 Ом.

*) Частота сигнала - f₀=833 Гц (частота коммутации ключа).

Ток разряда конденсатора С_p протекает по цепи: "плюс" конденсатора C_p - резистор - ключ - "минус" конденсатора C_p, в промежутке времени 0≤t≤T_o/4. В момент времени t=0, конденсатор был заряжен до напряжения 512 В.

Напряжениями шестой, двенадцатой и т.д. гармоник частоты 50 Гц, между точками 1-2 моста пренебрегают, в связи с их малостью, по сравнению с напряжением E_о=512 В. Энергия, рассеиваемая в сопротивлении резистора, в течении разряда С_p на резистор равна энергии, запасенной в электрическом поле конденсатора С_p до коммутации, т.е. в промежутке времени T_o/4≤t≤T_o. Обычно, переходной процесс считают законченным через промежуток времени, равный:
t≈(3÷4)τ,
где τ=R•C_p.

Определим время, отведенное для разряда t_p для конденсатора С_p

Определим время разряда t_τ
при τ = 4
t_τ = 4τ = 4RC = 4•7•8•10^-6 = 2,24•10^-4 c (4)
Сравнивая выражения (3) и (4), можно утверждать, что конденсатор полностью разрядился на резистор.

Определим мощность потерь P_п, за счет разряда конденсатора С_p на резистор при непрерывной работе генератора.

Р_п=E₀ ²С_р•f_o=512²•8•10^-6•833=1800 Вт (5)
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:

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 - Р_п(ДП) будет равна:

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:
P=2 P_п(ДП)=300•2=600 Вт (8)
Таким образом, мы доказали, что цель, поставленная изобретением, достигнута, а именно - снижена мощность потребления энергии из сети на 600 Вт.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных электрический сетей 0,4-35 кВ без обработки их высокочастотными заградителями. Достигаемый технический эффект - снижение мощности потерь в генераторе, который реализует заявленный способ, на 600 Вт, по сравнению с прототипом, за счет устранения процесса разряда междуфазных конденсаторов на резистор. 1 ил.

Способ ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть, в соответствии с которым через резистор и замкнутый управляемый ключ пропускают ток i(t) в промежутке времени , когда потенциал фазы А выше, чем потенциал фазы С трансформатора 10/0,4 кВ, по цепи: фаза А - первая катушка индуктивности - трехфазный выпрямительный двухполупериодный мост - резистор - управляемый ключ - трехфазный выпрямительный двухполупериодный мост - вторая катушка индуктивности - фаза С, в момент времени ток i(t) равен

при этом в промежутке времени управляемый ключ, который коммутируют с частотой сигнала f_o, разомкнут, отличающийся тем, что в первом параллельном колебательном контуре, который образован первой катушкой индуктивности и первым конденсатором, во втором параллельном колебательном контуре, который образован второй катушкой индуктивности и вторым конденсатором, формируют токи свободных колебаний i_св (t), которые равны 5, которые трансформируют соответственно в четвертый последовательный колебательный контур, который образован фазой С - четвертой катушкой индуктивности, которая индуктивно связана с первой катушкой индуктивности - четвертым конденсатором - фазой В, и в пятый последовательный колебательный контур, который образован фазой В - пятой катушкой индуктивности, которая индуктивно связана со второй катушкой индуктивности - пятым конденсатором - фазой А, трансформируют токи i_св (t) в трехфазную электрическую сеть 10 кВ трансформатором 10/0,4 кВ, при этом в трехфазной электрической сети получают токи сигналов симметричных составляющих обратной последовательности на частоте f₁-I₂(f₁) и прямой последовательности на частоте f₂-I₁(f₂), при этом, соответственно первый, второй, а также третий параллельный колебательный контур, который образован третьей катушкой индуктивности и третьим конденсатором, четвертый, пятый, а также шестой последовательный колебательный контур, который образован фазой А - шестой катушкой индуктивности - шестым конденсатором - фазой С, настраивают в резонанс на частоту сигнала f_o, которая равна

где - постоянная составляющая выпрямленного трехфазного линейного напряжения между точками 1-2 моста 4;

- амплитуда линейного напряжения частоты 50 Гц;

- период частоты сигнала f_o;

L_к, С_к - соответственно индуктивности и емкости первого, второго, третьего параллельных колебательных контуров и соответственно четвертого, пятого, шестого последовательных колебательных контуров;

R - активное сопротивление резистора;

LΣ - сумма индуктивностей двух любых катушек индуктивности;

индексы при токах и обозначают, соответственно, прямую АВС и обратную АСВ последовательности чередования фаз токов сигналов;

2I_m - амплитудное значение токов сигналов в первом, втором, третьем параллельных колебательных контурах и, соответственно, в четвертом, пятом, шестом последовательных колебательных контурах в момент времени

,

где ω₁=2πf₁; ω₂=2πf₂;

f₁=f₀-F; f₂=f₀+F;

F=50 Гц - частота промышленного напряжения.