Устройство приема сигналов в трехфазной линии электропередачи

 

Использование: в технике связи при приеме телесигналов в трехфазных электрических цепях 0,38 10 35 кВ. Цель изобретения снижение потребляемой мощности. Сущность изобретения: устройство содержит сетевой трансформатор 1, первый и второй фильтры 2 и 3 напряжения симметричных составляющих, первый и второй узкополосные фильтры 4 и 5, фазовый детектор 6, смеситель 7, фильтры нижних частот 8, гетеродин 9, первый и второй фильтры токов симметричных составляющих 10 и 11, третий и четвертый узкополосные фильтры 12 и 13, фазовый детектор 14, передатчик 15, второй и третий трансформаторы связи 16, 17 и 18. 1 ил.

Изобретение относится к технике связи и может найти применение при приеме телесигналов в трехфазных электрических сетях 0,38-10-35 кВ.

Известно "Устройство передачи и приема напряжений сигналов по трехфазной линии электропередачи" (а.с.СССР N 1107750), недостатком которого является низкая помехозащищенность.

Известно "Устройство приемов сигналов в трехфазной линии электропередачи", принятое за прототип. Несмотря на повышение помехозащищенности в раз, по сравнению с вышеупомянутым, известное устройство имеет недостаток, заключающийся в большой потребляемой мощности.

Целью изобретения является снижение потребляемой мощности. Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее сетевой трансформатор, низковольтные обмотки которого подключены к входам первого и второго фильтров напряжения симметричных составляющих, выходы каждого из которых подключены соответственно к входам первого и второго узкополосных фильтров, выходы каждого из которых соответственно подключены к первому и второму входам первого балансного фазового детектора, выход которого подключен к первому входу смесителя, выход которого подключен к входу фильтра низких частот, гетеродин, включающий третий и четвертый узкополосные фильтры, выходы каждого из которых соответственно подсоединены к первым и вторым входам второго балансного фазового детектора, выход которого подключен ко второму входу смесителя, передатчик, в гетеродин введены первый, второй, третий трансформаторы связи, первый, второй фильтры токов симметричных составляющих, причем выходы передатчика соответственно подключены через первичные обмотки первого, второго, третьего трансформаторов связи к низковольтным обмоткам сетевого трансформатора, первые выводы вторичных обмоток первого, второго, третьего трансформаторов связи объединены, вторые выводы каждого из них соответственно подключены к входам первого и второго фильтров токов симметричных составляющих, выходы каждого из которых соответственно подключены к входам третьего и четвертого узкополосных фильтров.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства.

Устройство содержит сетевой трансформатор 1, низковольтные обмотки которого подключены к входам первого 2 и второго 3 фильтров напряжения симметричных составляющих, выходы каждого из которых подключены соответственно к входам первого 4 и второго 5 узкополосных фильтров, выходы каждого из которых соответственно подключены к первому и второму входам первого балансного фазового детектора 6, выход которого подключен к первому входу смесителя 7, выход которого подключен к входу фильтра нижних частот 8, гетеродин 9, включающий третий 12 и четвертый 13 узкополосные фильтры, выходы каждого из которых соответственно подсоединены к первым и вторым входам второго балансного фазового детектора 14, выход которого подключен ко второму входу смесителя 7, передатчик 15, первый 16, второй 17, третий 18 трансформаторы связи, первый 10, второй 11 фильтры токов симметричных составляющих, причем выходы передатчика 15 соответственно подключены через первичные обмотки первого 16, второго 17, третьего 18 трансформаторов связи и низковольтным обмоткам сетевого трансформатора 1, первые выводы вторичных обмоток первого 16, второго 17, третьего 18 трансформаторов связи объединены, вторые выводы каждого из них соответственно подключены к входам первого 10 и второго 11 фильтров токов симметричных составляющих, выходы которых соответственно подключены к входам третьего 12 и четвертого 13 узкополосных фильтров.

Работает устройство следующим образом: на низковольтных обмотках сетевого трансформатора 1 образуются напряжение сигнала обратной последовательности U₂(f₁) на частоте f₁ и напряжение прямой последовательности U₁(f₂) на частоте f₂, причем f₁-f₂ 2F. Первый фильтр симметричных составляющих обратной последовательности 2 настроен на частоту f₁, второй фильтр симметричных составляющих прямой последовательности 3 настроен на частоту f₂. С выходов первого и второго фильтров симметричных составляющих 2 и 3 напряжения поступают на входы первого и второго узкополосных фильтров 4 и 5.

Полосы пропускания этих фильтров выбираются из условия Δ F≅F Гц. Это необходимо для того, чтобы в полосу пропускания фильтра попадало бы не более одной гармонической составляющей промышленной частоты, являющейся для приема сигналов помехой. С выходов первого и второго узкополосных фильтров 4 и 5 напряжения частот f₁ и f₂ подаются на входы первого балансного фазового детектора 6.

Пусть с выхода первого узкополосного фильтра 4 имеем напряжение сигнала U₁(t) U_m1 cos˙ (ω₁t+ϕ₁) (1) C выхода второго узкополосного фильтра 5 имеем напряжение сигнала U₂(t) U_m2 cos˙ (ω₂t+ϕ₂) (2) где ϕ₁=ϕ₂ (3) Это следует из принципа работы передатчика пассивно-активного типа, который установлен на контролируемом пункте.

В связи с тем, что источником питания таких передатчиков является трехфазная электрическая сеть, частота напряжения которой равна F, в линии образуется напряжение сигнала двух частот f₁ и f₂, разнесенных между собой на величину Ω2π2F Гц, т.е. образуются биения. Фазное напряжение равно U₄(t)=Ucost + -Ucost + =2U_mcosΩtsinω_ot U_m действующее значение напряжений биений, которое покажет обычный прибор переменного напряжения, равное половине максимума огибающей биений. Причем выполняется условие U₁= U₂ , где U₁ и U₂ действующие значения напряжений сигналов согласно (1) и (2).

При t 0. Передатчик в пункте передачи на КП (не показан) не работает. В пункте приема отсутствуют напряжения сигналов U₁(t) и U₂(t), описываемые выражениями (1) и (2).

При t > 0. Передатчик в пункте передачи начинает работать. В пункте приема появляются напряжения U₁(t) и U₂(t).

Напряжения сигнала U₁(t) и U₂(t) подаются на первый и второй входы первого балансного фазового детектора 6, с выхода которого напряжение сигнала U_c(t) подается на первый вход смесителя 7, причем U_c(t) cosϕ_c, (4) где U_m1, U_m2 амплитудные значения напряжений сигнала на входах первого балансного фазового детектора 6; K_д коэффициент передачи амплитудного детектора.

ϕ_c=(ω₁-ω₂)+ϕ₁-ϕ₂ (5) где (6) Причем выполняется условие
f₁ f_c F
f₂ f_c + F, (7) где f_c частота коммутации ключа передатчика, установленного в пункте передачи на КП; F частота промышленного напряжения.

С учетом выражений (3) и (6) выражение (5) примет вид
ϕ_c=2π(f₁-f₂)+ϕ₁-ϕ₂=-Ωt (8) где Ω=2π f_cF; f₁-f₂ -2F т.е. равна удвоенному значению круговой частоты промышленного напряжения.

С учетом (7) выражение (4) примет вид:
U_c(t) A_c˙ cosΩ t, (9) где A_c
Напряжение сигнала U_c(t) поступает на первый вход смесителя 7.

Напряжение гетеродина 9, которое поступает на второй вход смесителя 7, образуется следующим образом.

При работе передатчика 15 через первичные обмотки первого 16, второго 17, третьего 18 трансформаторов связи протекают токи обратной последовательности I₁(f₃) на частоте f₃ и прямой последовательности I₂(f₄) на частоте f₄. Эти токи трансформируются через вторичные обмотки трансформаторов связи 16, 17, 18 и поступают на входы первого 10 и второго 11 фильтров токов, симметричных составляющих соответственно обратной и прямой последовательностей. Первый фильтр тока симметричных составляющих 10 настроен на частоту f₃, второй на частоту f₄. С выходов первого и второго фильтров токов симметричных составляющих 10 и 11 напряжения поступают на входы третьего и четвертого узкополосных фильтров 12 и 13. Полосы пропускания этих фильтров выбираются из условия ΔF≅ F. Это необходимо для того, чтобы в полосу пропускания фильтра попадало бы не более одной гармонической составляющей промышленной частоты F, являющейся для приема сигналов помехой. С выхода узкополосных фильтров 12 и 13 напряжения частот f₃ и f₄ подаются на первый и второй входы второго балансного фазового детектора 14.

Пусть с выхода третьего узкополосного фильтра 12 имеем напряжение
U₁(г)(t) U_m1(г)cos[ω₁( г )t+ϕ₁( г )] (10)
C выхода четвертого узкополосного фильтра 13 имеем напряжение
U₂(г)(t) U_m2(г)cos[ω₂( г )t+ϕ₂( г )] (11)
По аналогам с (3) имеем
ϕ₁(г)=ϕ₂(г) (12)
Напряжения U₁(г) и U₂(г) поступают на первый и второй входы второго балансного фазового детектора 14, с выхода которого напряжение гетеродина 9 U_г(t) поступает на второй вход смесителя 7, причем
U_г(t) cosϕ_г, (13) где U_m1(г); U_m2(г) амплитудные значения напряжений на входах второго балансного фазового детектора 14.

ϕ_г=(ω₃-ω₄)t+ϕ₁( г )-ϕ₂( г ) (14) где
(15)
При этом выполняется условие
f₃ f_г-F; f₄ f_г+F где f_г частота коммутации ключа передатчика 15.

С учетом выражений (12) и (15) выражение (14) примет вид
ϕ_г=2π(f₃-f₄)t+ϕ₁( г )-ϕ₂( г )=-Ωt (16) где Ω=2π˙ 2F f₃-f₄ -2F
С учетом (16) выражение (13) примет вид:
U_г(t) A_г ˙cosΩ t (17) где A_г
Напряжение гетеродина согласно (13) поступает на второй вход смесителя 7.

Из анализа выражений (9) и (17) следует важный вывод, что напряжение на выходе балансного фазового детектора не имеет составляющих частот f₁, f₂,f₃ и f₄, поэтому на первый и второй входы смесителя 7 подаются два напряжения с равными частотами и фазами.

Напряжение на выходе смесителя U_cм(t) (умножителя) будет равно
U_см(t)= A_cS_ocosΩt + cos2Ωt + (18) где m < 1 постоянный коэффициент, зависящий от амплитуды гетеродина; S_o крутизна характеристики нелинейного элемента умножителя 7.

Анализ выражения (18) показывает, что первый и второй члены являются напряжениями, имеющими частоты Ω и 2Ω Последний член является постоянным напряжением
U_o (19)
Для выделения постоянного напряжения U_o напряжение с выхода смесителя 7 поступает на фильтр нижних частот 8, который отфильтровывает напряжения с частотами Ω и 2 Ω

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ТРЕХФАЗНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, содержащее сетевой трансформатор, низковольтные обмотки которого подключены к входам первого и второго фильтров напряжения симметричных составляющих, выходы каждого из которых подключены соответственно к входам первого и второго узкополосных фильтров, выходы которых соответственно подключены к первому и второму входам первого балансного фазового детектора, выход которого подключен к первому входу смесителя, выход которого подключен к входу фильтра нижних частот, гетеродин, содержащий третий и четвертый узкополосные фильтры, выходы каждого из которых соответственно подсоединены с первым и вторым входами второго балансного фазового детектора, выход которого подключен ко второму выходу смесителя, и передатчик, отличающееся тем, что, с целью снижения потребляемой мощности, в гетеродин введены первый, второй и третий трансформаторы связи, первый и второй фильтры токов симметричных составляющих, причем выходы передатчика соответственно подключены через первичные обмотки первого, второго и третьего трансформаторов связи к низковольтным обмоткам сетевого трансформатора, первые выводы вторичных обмоток первого, второго и третьего трансформаторов связи объединены, вторые выводы вторичных обмоток первого, второго и третьего трансформаторов связи подключены к входам первого и второго фильтров токов симметричных составляющих, выходы которых соответственно подключены к входам третьего и четвертого узкополосных фильтров.

РИСУНКИ

Рисунок 1