ПАССИВНЫЙ СПОСОБ ЦАГАРЕЙШВИЛИ С.А. ВВОДА ТОКОВЫХ СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНУЮ ЛИНИЮ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ 380 В ЧАСТОТОЙ 50 ГЦ Российский патент 2007 года по МПК H04B3/54 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в линиях низкого напряжения 380 В для образования канала связи на частотах в диапазоне (13-23) кГц (канал связи), который входит в систему охранной телесигнализации объектов, которыми могут быть дачные участки, гаражи, торговые точки и т.д., где нет телефонной и радиосвязи с УВД. Известен способ ввода токовых сигналов, который реализован в генераторе пассивно-активного типа, который предназначен для ввода токовых сигналов в три фазы линии 380 В. Данный генератор работает в диапазоне частот (500-3000) Гц и предназначен для передачи токовых сигналов по линиям (0,38-10-35) кВ. Частотный диапазон выбран с учетом длин линий (10-35) кВ.

В настоящее время максимальная скорость передачи токовых сигналов, которую можно осуществить в этом частотном диапазоне, равна 50 Бит/с, что является недостатком [л.1 стр.70].

Известен также способ ввода токовых сигналов, который реализован в генераторе пассивного типа [л.1 стр.109]. Данный способ принят за ПРОТОТИП. Недостатки ПРОТОТИПА те же, что и у АНАЛОГА - низкая скорость передачи токовых сигналов.

В заявленном способе ввода токовых сигналов в линию низкого напряжения 380 В повышена скорость передачи сигналов в 100 раз, а канал связи образован только линиями низкого напряжения 380 В.

На чертеже приведена схема генератора токовых сигналов пассивного типа (генератор), который реализует заявленное техническое решение

где:

1. Трехфазный двухполупериодный выпрямительный мост (мост), который состоит из диодов Д₁, Д₂, Д₃, Д₄, Д₅, Д₆.

2. Первый резистор, R₁ - его сопротивление.

3. Второй резистор, R₂ - его сопротивление.

4. Третий резистор, R₃ - его сопротивление.

5. Первый конденсатор, C₁ - его емкость.

6. Второй конденсатор, С₂ - его емкость.

7. Третий конденсатор, С₃ - его емкость.

8. Управляемый ключ (ключ).

9. Заграждающий фильтр.

РАБОТА ГЕНЕРАТОРА.

ПЕРВОЕ СОСТОЯНИЕ ГЕНЕРАТОРА.

Заграждающий фильтр 9 не подключен к выходу моста 1 (точки 1-2) и на информационный вход ключа 8 не поступают импульсы, управляющие его работой, при этом между любыми фазами А, В, С имеют линейное напряжение U(t)_вх., действующее значение которого равно 380 В

где

*) U(t)_вх. - входное линейное напряжение между любыми фазами А, В, С;

*) амплитуда входного линейного напряжения;

*) Ω=2πF - угловая частота;

*) F=50 Гц - промышленная частота напряжения U(t)_вх.

На выходе моста (точки 1-2) имеют выпрямленное напряжение, которое после разложения в ряд Фурье имеет вид [л.1 стр.69]

где

*) - постоянная составляющая выпрямленного напряжения.

*) - напряжение шестой гармоники частоты 50 Гц,

*) - напряжение двенадцатой гармоники частоты 50 Гц,

где

U_{m(300 Гц)}=30 В, U_{m(600 Гц)}=7 В - соответственно амплитуды напряжений U(t)_300Гц и U(t)_600Гц.

Анализ величин амплитуд гармоник частоты 50 Гц показывает, что для правильной работы генератора необходимо выполнение неравенств:

Для выполнения этого условия достаточно снизить амплитуду напряжения шестой гармоники частоты 50 Гц с помощью заграждающего фильтра 9.

ВТОРОЕ СОСТОЯНИЕ СХЕМЫ ГЕНЕРАТОРА.

Подключают на выход моста 1 заграждающий фильтр 9, который образован резисторами 2, 3, 4, имеющими соответственно сопротивления R₁, R₂, R₃, и конденсаторами 5, 6, 7, имеющими соответственно емкости C₁, C₂, С₃. С помощью заграждающего фильтра 9, который настроен на частоту среза F_ср.=300 Гц, снижают величину амплитуды шестой гармоники частоты 50 Гц. Заграждающий фильтр 9 состоит из двух параллельно соединенных Т-образных RC фильтров верхних и нижних частот [л.2]. Фильтр верхних частот образован конденсаторами 6, 7 и резистором 4. Фильтр нижних частот образован резисторами 2, 3 и конденсатором 5.

При правильном выборе параметров элементов заграждающего фильтра добиваются того, что при заданной частоте среза, в нашем случае F_ср.=300 Гц, токи частоты 300 Гц на выходах обеих Т-образных фильтров будут равны по величине и противоположны по знаку, вследствие чего ток на частоте F_ср.=300 Гц, через замкнутый ключ 8, будет равен нулю, т.к. затухание на этой частоте будет бесконечно большим.

Таким образом, после установки заграждающего фильтра 9 выполняется условие (3).

ТРЕТЬЕ СОСТОЯНИЕ СХЕМЫ ГЕНЕРАТОРА.

Рассмотрим работу генератора, когда на информационный вход ключа 8 приходят управляющие его работой импульсы, при этом выполняется условие:

при

при где U_УПР. - необходимая амплитуда видеоимпульсов управления, достаточная для замыкания ключа.

Далее процесс включения, выключения ключа повторяют.

Когда ключ коммутируют с частотой f₀ в линию 380 В вводят ток, который с учетом (4) и (5) представляет собой последовательность видеоимпульсов с амплитудой U_п=512 В.

С учетом (4) и (5) последовательность видеоимпульсов тока, который протекает через резисторы 2 и 3 заграждающего фильтра 9, при коммутации ключа с частотой f₀, имеет вид:

Далее процесс повторяют.

R=R₁+R₂ - величина нагрузочного сопротивления генератора.

R₁ и R₂ - сопротивления резисторов 2 и 3.

- период последовательности видеоимпульсов тока i(t).

Разложим (6) в ряд Фурье [л.3]

В данном разложении нас интересует только ТОК СИГНАЛА i₀(t) частотой ω₀, т.е. первая гармоника разложения i(t).

где Im₀ - амплитуда токовых сигналов;

ω₀=2πf₀ - угловая частота.

ВЫБОР ДИАПАЗОНА РАБОЧИХ ЧАСТОТ f₀

Известно, что основными помехами при передаче сигналов по линиям электропередачи в тональном диапазоне частот являются нечетные гармоники частоты F=50 Гц питающего напряжения, которые убывают с ростом номера гармоник. На частоте выше 13 кГц напряжения гармонических помех соизмеримы с флуктационными помехами, которые по величине значительно меньше, чем гармоники частоты F=50 Гц [л.1 стр.44].

ПРОТОТИП не может работать на частотах выше 3000 Гц без установки заградителей в связи с возникновением волновых процессов из-за больших длин линий 10-35 кВ.

Известно, что линии 380 В имеют среднестатистическую длину l=3 км при скорости распространения волны в воздушных линиях [л.1 стр.26], при этом должно выполняться условие:

*) Определим, с учетом (9), верхнюю границу частотного диапазона рабочих частот f₀:

где

*) - среднестатистическое значение скорости распространения волны по линиям 380 В,

*) - длина волны,

*) =3 км - среднестатистическая длина линии 380 В,

*) f₀ - рабочая частота в канале связи.

Таким образом, примем для работы в линиях низкого напряжения 380 В частотный диапазон:

*) Из (10) и (11) определим полосу рабочих частот ΔF(f₀):

*) Определим минимальную длительность радиоимпульса τ_u в этой полосе, учитывая (12):

Примечание

При выборе длительности радиоимпульса из (13) получают 90% энергии импульса, которая попадает в полосу пропускания приемника.

Определим максимальную скорость передачи токовых сигналов в линиях 380 В с учетом (13)

*) Определим во сколько раз увеличена скорость передачи токовых сигналов в ЗАЯВЛЕННОМ ТЕХНИЧЕСКОМ ПРЕДЛОЖЕНИИ с учетом того, что в прототипе максимальная скорость передачи токовых сигналов равна 50 Бит/с

РЕАЛИЗАЦИЯ ЗАЯВЛЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

*) Задают амплитуду токовых сигналов I_m.o исходя из Т.У.

*) Определяют величину сопротивления R с учетом (8)

В связи с тем, что R₁ и R₂ являются сопротивлениями резисторов 2 и 3, которые стоят в плечах Т-образного моста фильтра нижних частот, принимаем

ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ ЗАГРАЖДАЮЩЕГО ФИЛЬТРА

*) Для фильтра нижних частот имеем [л.2]:

*) Для фильтра верхних частот имеем [л.2]:

*) Приравняем (19) и (20)

где Ω_ср.=2πF_ср. - угловая частота среза.

*) Определим из (21) величину емкости C₁ конденсатора 5

где F_ср.=300 Гц

R - получают в (16)

*) Сопротивление резистора 4 равно:

*) Емкости конденсаторов 6 и 7 равны:

Таким образом, мы доказали выполнение цели изобретения, а именно повышена скорость передачи сигналов по сравнению с прототипом в 100 раз.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гутин К.И. Повышение эффективности передачи информации в сельских электрических сетях напряжением 10 кВ. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. ВИЭСХ, Москва, 1987 г.

2. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники, Москва, "Энергия", 1966 г., стр.171-172.

3. Бронштейн И.Н., Сенедяев К.А. Справочник по высшей математике для инженеров и учащихся ВТУЗов, Москва, Гостехиздат, 1961 г., стр.554-555.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных линий электропередачи 380 В без обработки их высокочастотными заградителями. Достигаемый технический результат - повышение скорости передачи токовых сигналов в 100 раз. Это удалось осуществить за счет оптимального выбора диапазона рабочих частот с учетом длин линий 380 В, а также с учетом отсутствия гармонических помех частоты 50 Гц в выбранном диапазоне частоты. 1 ил.

Пассивный способ ввода токовых сигналов в трехфазную линию низкого напряжения 380 В частотой 50 Гц, в соответствии с которым производят выпрямление трехфазного напряжения 380 В, подавая его на входы трехфазного выпрямительного моста, собранного из диодов Д1, Д2, Д3, Д4, Д5, Д6, выход которого подключен к входу заграждающего фильтра, настроенного на частоту F_cp.=300 Гц, образованному первым, вторым, третьим резисторами и первым, вторым, третьим конденсаторами, отличающийся тем, что коммутируют управляемый ключ с частотой f₀, вводят токовые сигналы с частотой f₀ в трехфазную линию низкого напряжения 380 В, по цепи при потенциале фазы А выше, чем потенциал фазы В - фаза А, диод Д1, "плюс" выхода трехфазного выпрямительного моста, первый резистор, второй резистор, управляемый ключ, "минус" выхода трехфазного выпрямительного моста, диод Д5, фаза В, по цепи при потенциале фазы В выше, чем потенциал фазы С - фаза В, диод Д2, первый резистор, второй резистор, управляемый ключ, "минус" выхода трехфазного выпрямительного моста, диод Д6, фаза С и т.д., при этом диапазон изменения частоты коммутации управляемого ключа определяется математическим выражением

13 кГц≤f₀≤23 кГц,

где F_cp. - частота среза заграждающего фильтра.