ПАССИВНО-АКТИВНЫЙ СПОСОБ ЦАГАРЕЙШВИЛИ С.А. ВВОДА ТОКОВЫХ СИГНАЛОВ В ЛИНИЮ 220 В, ЧАСТОТОЙ 50 Гц Российский патент 2007 года по МПК H04B3/54 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в линиях 220 В для образования канала связи (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 пассивно-активный способ ввода токовых сигналов, который реализован в генераторе пассивно-активного типа, который предназначен для ввода токовых сигналов по схеме "Фаза-Фаза" или по схеме "Фаза - нейтраль трансформатора 10/0,4 кВ" ("Земля") [л.1 стр.64-69]. Недостатком данного генератора, несмотря на его высокий КПД, который больше в 4 раза по сравнению с пассивным способом ввода токовых сигналов и в два раза по сравнению с активным способом, является генерирование двух токов:

на частоте f₁=f₀-F, i₁(t)=I_mcosω₁t

на частоте f₂=f₀+F, i₂(t)=I_mcosω₂t

где: ω₁=2πf₁, ω₂=2πf₂

f₀ - частота коммутации ключа генератора,

F=50 Гц - частота промышленного напряжения.

Наличие двух токов на частотах f₁ и f₂ требует на приемном пункте организовать двухканальный прием сигналов, что расширяет полосу частот, занимаемую каналом [1 стр.145].

Известен также способ, который реализован в генераторе пассивно-активного типа [2]. Этот генератор образует только один ток на частоте f₀, т.е. на той же частоте, что и частота коммутации ключа. Основным недостатком данного генератора является выход его из строя при неполнофазном режиме, т.е. в отсутствие одной из фаз В или С или отсутствие сразу двух фаз В и С в пункте передачи сигналов. Данный способ принят за прототип.

Целью изобретения является создание генератора, реализующего заявленное техническое предложение, который был бы пассивно-активным и генерировал ток сигнала на той же частоте f₀, с которой коммутируют ключ, при этом ток сигнала вводят в линию 220 В по схеме Фаз А - "Земля".

В качестве Фазы может быть также Фаза В или Фаза С, т.е. та Фаза, которая имеется на охраняемых объектах.

В заявленном способе ввода токовых сигналов в линию напряжением 220 В генерируют токовые сигналы на одной частоте, несмотря на то, что генератор также является генератором пассивно-активного типа. Это важно потому, что на охраняемых объектах не всегда имеется трехфазное напряжение 380 В.

В большинстве случаев это напряжение равно 220 В.

Ток сигнала, который вводят в линию 220 В, равен:

Т.е. амплитуда тока сигнала, в заявленном техническом предложении, в раз больше, чем амплитуды токов i₁(t)=I_mcosω₁t и i₂(t)=I_mcosω₂t при одних и тех же условиях.

На чертеже приведена схема генератора, которая реализует заявленное техническое предложение.

1. Трансформатор 10/0,4 кВ (трансформатор).

2. Трехфазная линия электропередачи 10 кВ.

3. Трехфазная линия электропередачи 0,4 кВ.

4. Трехфазный двухполупериодный выпрямительный мост (мост).

5. Вторая катушка индуктивности, ее индуктивность - L₂ (катушка).

6. Второй конденсатор, его емкость - С₂.

7. Первая катушка индуктивности - ее индуктивность L₁.

8. Первый конденсатор, его емкость - C₁.

9. Первый резистор, его сопротивление - R₁.

10. Управляемый ключ (ключ).

11. Блок управления.

12. Третий конденсатор, его емкость - С₃.

13. Второй резистор, его сопротивление - R₂.

14. Третий резистор, его сопротивление - R₃.

15. Четвертый конденсатор, его емкость - С₄.

16. Фазовый преобразователь (преобразователь).

17. Электролитический конденсатор.

Рассмотрим работу генератора, который реализует заявленное техническое предложение.

Вход преобразователя (16) подключен между Фазой А и нейтралью трансформатора 10/0,4 кВ, где имеют фазное напряжение, действующее значение которого равно 220 В. На выходе преобразователя имеют три напряжения, сдвинутые между собой на 120°

где:

Um - амплитуда напряжения,

Ω=2πF - круговая частота,

F=50 Гц - частота промышленного напряжения.

Напряжения (1) подают на входы моста 4, выход которого представляет "плюсовую" и "минусовую" шины, соответственно точки 1-2, между которыми имеют постоянную составляющую выпрямленного напряжения Uп, которая равна:

Это связано с тем, что между точками 1-2 включен электролитический конденсатор.

На ключ приходят управляющие его работой импульсы U(t)_УПР., при этом выполняется условие:

ключ замкнут - пассивный режим работы генератора.

ключ разомкнут - активный режим работы генератора.

где: U_упр. - необходимая амплитуда видеоимпульсов управления ключом, достаточная для замыкания ключа.

Далее процесс включения, выключения ключа повторяют. Ключ коммутируют с частотой сигнала f₀,

где:

- период

При замкнутом положении ключа, через него протекает ток i(t) по цепи: "плюсовая" шина моста, вторая катушка индуктивности, первый резистор, ключ, "минусовая" шина моста

где:

R₁ - сопротивление первого резистора,

L₂ - индуктивность второй катушки.

В момент времени размыкания ключа ток через него будет равен:

где: I_m.o - амплитуда тока i(t) в момент времени Энергия W, накопленная второй катушкой индуктивности в момент времени равна:

При разомкнутом ключе, в промежутке времени в параллельном колебательном контуре L₂С₂ возникнут свободные колебания с частотой f₀, т.к. параллельный колебательный контур настроен в резонанс на частоту f₀

За счет индуктивной связи второй и первой катушек индуктивности в последовательном колебательном контуре возникнут свободные колебания с частотой f₀, т.к. последовательный колебательный контур также настроен в резонанс на частоту f₀

Ток сигнала i₀(t), вводимый в линию 220 В протекает по цепи: Фаза А, первый конденсатор, первая катушка индуктивности, нейтраль трансформатора 10/0,4 кВ, при этом ток i₀(t) равен:

где: ω₀=2πf₀; C₁=C₂; L₁=L₂; - период частоты сигнала.

Элементы преобразователя выбирают из выражений [1, стр.137-138]

Таким образом, цель поставленная изобретением доказана. Создан генератор пассивно-активного типа, реализующий заявленное техническое предложение. Генератор генерирует ток на одной частоте, при этом токовые сигналы вводят в линию 220 В по схеме любая Фаза - нейтраль трансформатора 10/0,4 кВ, или, как принято, такой канал связи называется "Фаза" - "Земля".

При описании изобретения были приняты следующие допущения:

1. Воздушный трансформатор, образованный первой и второй катушками индуктивности, является идеальным с коэффициентом связи Кс=1 и коэффициентом трансформации Кт=1.

2. Затуханием в последовательном и параллельном колебательных контурах пренебрегаем в связи с большой добротностью первой и второй катушек индуктивности.

3. Активными сопротивлениями обмотки Фазы А трансформатора 10/0,4 кВ, диодов трехфазного двухполупериодного моста, управляемого ключа пренебрегаем в связи с их малостью, по сравнению с сопротивлением первого резистора.

Источники информации

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., стр.44.

2. Патент RU 2224365 С2 - "Способ Гутина К.И. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи" 20.02.2004 г., Бюл. №5.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в линиях 220 В для образования канала связи, который входит в систему охранной телесигнализации объектов, которыми могут быть дачные участки, гаражи, торговые точки и т.д., где нет телефонной или радиосвязи с УВД. В данном техническом предложении используют генератор пассивно-активного типа, который генерирует ток на одной частоте, что позволило уменьшить частотный диапазон, занимаемый каналом связи. Технический результат - повышение надежности. 1 ил.

Пассивно-активный способ ввода токовых сигналов в линию 220 В, с частотой 50 гц, в соответствии с которым запасают электромагнитную энергию во второй катушке индуктивности при прохождении через нее тока i(t) на интервале времени 0≤t≤τ при замкнутом ключе, который коммутируют с частотой f₀, на интервале времени τ≤t≤T₀, при разомкнутом ключе, за счет запасенной электромагнитной энергии во второй катушке индуктивности, в параллельном колебательном контуре, образованном второй катушкой индуктивности и вторым конденсатором, создают ток свободных колебаний на частоте f₀, т.к. параллельный контур настроен в резонанс на частоту f₀, при этом

за счет индуктивной связи второй и первой катушек индуктивности в последовательном колебательном контуре, который настроен в резонанс на частоту f₀, где

протекает ток сигнала i₀(t), отличающийся тем, что подключают вход фазового преобразователя между фазой А и "землей", на трех выходах фазового преобразователя, имеют три напряжения сдвинутые между собой на 120°, которые подают на входы трехфазного двухполупериодного моста, ток i(t) протекает по цепи: "плюсовая" шина моста - вторая катушка индуктивности - первый резистор - ключ - "минусовая" шина моста, ток сигнала i₀(t) протекает в последовательном колебательном контуре по цепи: фаза А - первый конденсатор - первая катушка индуктивности - «земля», при этом С₁=С₂=С - емкости первого и второго конденсаторов; L₁=L₂=L - индуктивности первой и второй катушек индуктивности; - период частоты сигнала f₀; - промежуток времени замкнутого состояния ключа.