СПОСОБ ВВОДА ТОКОВ СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНУЮ ЛИНИЮ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2011 года по МПК H04B3/54 

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных линий электропередачи (0,4-3 5) кВ без обработки их высокочастотными заградителями.

Известен пассивно-активный способ ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть (патент РФ №2224363, опубл. 20.02.2004, бюл. №5). Недостатками данного способа являются большая мощность, потребляемая из линии 0,4 кВ; наличие воздушного трансформатора, который развязывает цепи линии 0,4 кВ от цепей выпрямляемого постоянного напряжения трехфазным двухполупериодным мостом.

Известен также способ ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, который реализован в генераторе Гутина К.И. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, который принят за прототип (патент РФ №2224366, опубл. 20.02.2004, бюл. №5). Недостатком данного способа являются большая мощность, потребляемая из линии 0,4 кВ; наличие воздушного трансформатора, который развязывает цепи линии 0,4 кВ от цепей выпрямленного постоянного напряжения мостом. Следует отметить, что в воздушном трансформаторе трудно технологически получить коэффициент связи между первичной и вторичной обмотками близким к единице.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение потребляемой мощности из сети 0,4 кВ в 2,8 раза.

Достигаемый технический результат - снижение потребляемой мощности из сети 0,4 кВ в 2,8 раза без применения воздушного трансформатора. Амплитуды тока сигнала, вводимого в фазы В и С линии 0,4 кВ, для сравнения в прототипе и предлагаемом способе приняты одинаковыми и равными I_m=17 А.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, в соответствии с которым запасают электромагнитную энергию

в катушке индуктивности при токе

по цепи низковольтная обмотка трансформатора фазы А - трехфазный выпрямительный двухполупериодный мост, резистор, ключ, катушка индуктивности, трехфазный выпрямительный двухполупериодный мост, низковольтная обмотка трансформатора 10/0,4 кВ фазы В, при замкнутом положении ключа, который коммутируют с частотой f₀, в трехфазную линию электропередачи вводят ток сигнала в низковольтные обмотки трансформатора фаз В и С через последовательный резонансный контур, образованный первым конденсатором, низковольтной обмоткой трансформатора фазы С, низковольтной обмоткой трансформатора фазы В, вторым конденсатором, катушкой индуктивности, при этом за счет запасенной электромагнитной энергии W в катушке индуктивности, в резонансном контуре в промежутке времени 0,18T₀≤t≤T₀, при разомкнутом ключе, образуют ток свободных колебаний i₂(t) на частоте ω₀=ω_св, который равен

,

при этом последовательный резонансный контур настроен в резонанс на частоту тока сигнала f₀, где:

где

- амплитуда тока i₂(t), в момент времени размыкания ключа, который равен t=0,18T₀,

L - индуктивность воздушной катушки индуктивности,

C=C₁=C₂,

где С_Σ - резонансное значение емкости резонансного контура,

- постоянная составляющая выпрямленного двухполупериодного трехфазного напряжения 0,4 кВ частоты 50 Гц,

R - сопротивление резистора, при этом индуктивностями обмоток трансформатора фаз А, В, С пренебрегают в связи с их малостью по сравнению с индуктивностью катушки индуктивности, также пренебрегают активными сопротивлениями обмоток трансформатора в связи с их малостью по сравнению с сопротивлением резистора R,

С₁ и C₂ соответственно емкости первого и второго конденсаторов,

ω₀=ω_св=2πf₀ - угловая частота тока свободных колебаний в последовательном резонансном контуре.

- период частоты тока сигнала,

е^-δt - коэффициент затухания тока сигнала в промежутке времени 0,18T₀≤t≤T₀ при разомкнутом ключе.

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;

5. Воздушная катушка индуктивности;

6. Первый конденсатор;

7. Второй конденсатор;

8. Резистор;

9. Управляемый ключ;

10. Блок управления.

Определим мощность потребления из линии 0,4 кВ в прототипе, при этом активными сопротивлениями обмоток трансформатора 10/0,4 кВ, активными сопротивлениями первичной и вторичной обмоток воздушного трансформатора пренебрегаем.

Из описания прототипа следует, что амплитуда тока, протекающего по цепи: мост - первичная обмотка воздушного трансформатора - резистор - ключ - мост, равна 17 А, при этом принимаем, что коэффициент трансформации воздушного трансформатора равен единице.

Мощность потребления в прототипе с учетом допущений, принятых выше равна:

где I_m=17 А - амплитуда тока, вводимого в фазы В и С линии 0,4 кВ, R₉=10 Ом - сопротивление резистора.

Коэффициент 0,25 в (1) соответствует времени замкнутого положения ключа, который замкнут 0,25 Т₀, при этом потребляется мощность из линии 0,4 кВ.

Генератор в соответствии с предложенным способом работает следующим образом: при потенциале фазы А больше, чем потенциал фазы В открыты диоды 1, 5 моста 4. При замкнутом ключе 9 ток протекает по цепи: фаза А низковольтной обмотки трансформатора - диод Д₁ - резистор 8 - ключ 9 - воздушная катушка индуктивности 5 - диод Д5 - фаза В низковольтной обмотки трансформатора.

При протекании тока через воздушную катушку индуктивности 9 в ней будет накапливаться электромагнитная энергия, которая в момент времени размыкания ключа равна:

где

I_m - амплитуда тока в момент времени размыкания ключа 9,

L - индуктивность воздушной катушки индуктивности 5.

Алгоритм работы ключа принят следующим:

где

τ - интервал времени замкнутого положения ключа;

- период частоты тока сигнала;

f₀ - частота тока сигнала, вводимого в фазы В и С линии 0,4 кВ.

В момент времени t=0,18T₀ ключ размыкают, при этом за счет накопленной электромагнитной энергии в воздушной катушке индуктивности 5 возникает ток свободных колебаний в колебательном контуре по цепи:

катушка индуктивности 5 - конденсатор 6 - фаза С низковольтной обмотки трансформатора - фаза В низковольтной обмотки трансформатора - конденсатор 7 - катушка индуктивности 5.

Элементы колебательного контура имеют величины, соответствующие резонансу на частоте f₀, где емкости первого и второго конденсаторов 6, 7

C₁=C₂=10·10^-6Ф;

индуктивность воздушной катушки индуктивности 5 равна:

L=5·10^-3 Гн.

Колебательный контур настроен в резонанс на частоту тока сигнала f₀=1000T₀ при условии:

где

C₁=C₂=C;

С_Σ - емкость колебательного контура;

L - индуктивность колебательного контура.

В связи с тем, что конденсаторы C₁ и C₂ включены последовательно, емкость колебательного контура С_к равна:

С учетом (4) индуктивность контура равна 5·10^-3 Гн.

Определим амплитуду тока, который вводят в фазы В и С линии 0,4 кВ:

где

Е₀=512 В - постоянная составляющая выпрямленного трехфазного двухполупериодного напряжения при разложении его в ряд Фурье,

R=5 Ом

L=5·10^-3 Гн - индуктивность катушки 5.

Таким образом, амплитуды токов, вводимых в фазы В и С, в прототипе и в заявке равны.

Определим мощность потребления в заявке по аналогии с прототипом (1)

где

I_m=17 A - амплитуда тока, вводимого в фазы В и С линии 0,4 кВ, R₈=5 Ом - сопротивление резистора 8.

Коэффициент 0,18 в (7) соответствует времени замкнутого положения ключа, когда потребляется энергия из сети 0,4 кВ.

Таким образом, в заявленном генераторе с учетом выражений (1) и (7) можно утверждать, что мощность потребления в заявке меньше в 360/130·2,8 раза при отсутствии воздушного трансформатора, как это было а прототипе.

Полученный результат является выполнением цели, поставленной в заявленном техническом предложении.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазных линий электропередачи (0,4-35) кВ без обработки их высокочастотными заградителями. Задачей предлагаемого изобретения является снижение потребляемой мощности из сети 0,4 кВ в 2,8 раза. В результате использования предлагаемого изобретения достигнут технический результат - снижена мощность потребления в 2,8 раза без применения воздушного трансформатора. Амплитуды тока сигнала, вводимого в фазы ВС линии 0,4 кВ, для сравнения в прототипе и предлагаемом способе приняты одинаковыми и равными I_m=17 A. Результат достигается тем, что в предлагаемом способе в трехфазную линию электропередачи вводят ток сигнала в низковольтные обмотки трансформатора 10/0,4 кВ фаз В и С через последовательный резонансный контур, образованный первым конденсатором, низковольтной обмоткой трансформатора 10/0,4 кВ фазы С, низковольтной обмоткой трансформатора 10/0,4 кВ фазы В, вторым конденсатором, катушкой индуктивности, при этом за счет запасенной электромагнитной энергии W в катушке индуктивности, в резонансном контуре в промежутке времени 0,18T₀≤t≤T₀, при разомкнутом ключе, образуют ток свободных колебаний i₂(t) на частоте ω₀=ω_св, который равен i₂(t)=I_mcosω₀t·e^-δt, при этом последовательный резонансный контур настроен в резонанс на частоту тока сигнала f₀, где:

где

- амплитуда тока i₂(t), в момент времени размыкания ключа, который равен t=0,18T₀, L - индуктивность воздушной катушки индуктивности, C=C₁=C₂, где С_{Σ -} резонансное значение емкости резонансного контура, - постоянная составляющая выпрямленного двухполупериодного трехфазного напряжения 0,4 кВ частоты 50 Гц, R - сопротивление резистора, при этом индуктивностями обмоток трансформатора 10/0,4 кВ фаз А, В, С пренебрегают в связи с их малостью по сравнению с индуктивностью катушки индуктивности, также пренебрегают активными сопротивлениями обмоток трансформатора 10/0,4 кВ в связи с их малостью по сравнению с сопротивлением резистора R, C₁ и С₂ соответственно емкости первого и второго конденсаторов, ω₀=ω_св=2πf₀ - угловая частота тока свободных колебаний в последовательном резонансном контуре. - период частоты тока Т₀ сигнала, е^-δt - коэффициент затухания тока сигнала в промежутке времени 0,18T₀≤t≤T₀ при разомкнутом ключе. 1 ил.

Способ ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, в соответствии с которым запасают электромагнитную энергию во второй катушке индуктивности при протекании через нее тока по цепи: низковольтная обмотка трансформатора фазы А, трехфазный выпрямительный мост, резистор, ключ, катушка индуктивности, резистор, ключ, трехфазный выпрямительный мост, низковольтная обмотка трансформатора фазы В, при замкнутом положении ключа, который коммутируют с частотой f₀, отличающийся тем, что в трехфазную линию электропередачи вводят ток сигнала в низковольтные обмотки трансформатора фаз В и С через последовательный резонансный контур, образованный первым конденсатором, низковольтной обмоткой трансформатора фазы С, низковольтной обмоткой трансформатора фазы В, вторым конденсатором, катушкой индуктивности, при этом за счет запасенной электромагнитной энергии W в катушке индуктивности, в резонансном контуре в промежутке времени 0,18T₀≤t≤T₀ при разомкнутом ключе формируют ток свободных колебаний i₂(t) на частоте ω₀=ω_св, который равен
,
при этом последовательный резонансный контур настроен в резонанс на частоту тока сигнала f₀, где ,
где - амплитуда тока i₂(t) в момент времени размыкания ключа, который равен t=0,18Т₀, L - индуктивность воздушной катушки индуктивности, C=C₁=C₂ - резонансное значение емкости резонансного контура, - постоянная составляющая выпрямленного трехфазного напряжения U_m 0,4 кВ частоты 50 Гц, R - сопротивление резистора, при этом индуктивностями обмоток трансформатора фаз А, В, С пренебрегают в связи с их малостью по сравнению с индуктивностью катушки индуктивности, также пренебрегают активными сопротивлениями обмоток трансформатора в связи с их малостью по сравнению с сопротивлением резистора R, C₁ и С₂ соответственно емкости первого и второго конденсаторов, ω₀=ω_св=2πf₀ - угловая частота тока свободных колебаний в последовательном резонансном контуре, - период частоты тока сигнала, е^-δt - коэффициент затухания тока сигнала в промежутке времени 0,18Т₀≤t≤Т₀ при разомкнутом ключе.