ГЕНЕРАТОР ЦАГАРЕЙШВИЛИ С.А. ПАССИВНО-АКТИВНОГО ТИПА ВВОДА ТОКОВЫХ СИГНАЛОВ В ЛИНИЮ 220 В ЧАСТОТОЙ 50 ГЦ Российский патент 2007 года по МПК H04B3/54 H02J13/00 

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=πf₂

f₀ - частота коммутации ключа генератора,

F=50 Гц - частота промышленного напряжения.

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

Известен также способ, который реализован в генераторе пассивно-активного типа [л2]. 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. отсутствии одной из фаз В или С или отсутствиие 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 Фаза 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 и 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 - С₁

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 U_m - 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 U_п, 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 буде 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 L₂C₂ 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 i_o(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 i_o(t) равен:

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

Элементы преобразователя выбирают из выражений [л.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., с.44.

2. Патент RU 2224365 C2 - "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. Техническим результатом является генерация тока сигнала на частоте коммутации ключа генератора и ввод сигнала в линию 220 В по схеме Фаза-Земля. В генератор Цагарейшвили С.А. пассивно-активного типа ввода токовых сигналов в линию 220 В частотой 50 Гц введены два конденсатора, электролитический конденсатор, два резистора, соединенных с элементами генератора в соответствии с формулой изобретения. В результате в генераторе обеспечивается генерация тока на одной частоте, что позволило уменьшить частотный диапазон занимаемый каналом связи. 1 ил.

Генератор Цагарейшвили С.А. пассивно-активного типа ввода токовых сигналов в линию 220 В частотой 50 Гц, содержащий трансформатор 10/0,4 кВ, трехфазный двухполупериодный выпрямительный мост, выход которого имеет «плюсовую» и «минусовую» шины, причем «плюсовая» шина подключена к первому выводу второй катушки индуктивности, второй вывод которой подключен к первой обкладке второго конденсатора и к первому выводу первого резистора, второй вывод которого подключен к первому входу управляемого ключа, выход которого подключен к «минусовой» шине, первую катушку индуктивности, первый конденсатор, блок управления, выход которого подключен ко второму входу управляемого ключа, вторая обкладка второго конденсатора подключена к первому выводу второй катушки индуктивности, первая обкладка первого конденсатора подключена к Фазе А трансформатора 10/0,4 кВ, вторая обкладка которого подключена к первому выводу первой катушки индуктивности, которая индуктивно связана со второй катушкой индуктивности отличающийся тем, что в него введены третий и четвертый конденсаторы, электролитический конденсатор, второй и третий резисторы, причем первая обкладка третьего конденсатора подключена к Фазе А трансформатора 10/0,4 кВ, к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого подключен к первой обкладке четвертого конденсатора и второму входу трехфазного двухполупериодного моста, вторая обкладка четвертого конденсатора подключена к первому входу трехфазного двухполупериодного конденсатора подключена к первому входу трехфазного двухполупериодного моста, к второму выводу второго резистора и к нейтрали трансформатора 10/0,4 кВ, вторая обкладка третьего конденсатора подключена к третьему входу трехфазного двухполупериодного моста и первому выводу второго резистора, причем второй вывод первой катушки индуктивности подключен к нейтрали трансформатора 10/0,4 кВ, причем электролитический конденсатор включен «плюсом» к «плюсовой» шине моста, «минусом» к «минусовой» шине моста.