Устройство для передачи сигналов по трехфазной линии электропередачи низкого напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике может найти применение для образования в сетях 0,4 кВ канала связи на тональных частотах, который входит в систему охранной телесигнализации объектов, которыми могут быть дачные участки, гаражи, торговые точки и т.д., где нет телефонной и радиосвязи с органами УВД. Изобретение решает задачу увеличения скорости передачи сигналов. Устройство содержит передающий блок 1, состоящий из катушки индуктивности 2, конденсатора выпрямительного, диодного моста 4, ключа 5, приемного блока 7, конденсаторной батареи 8. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи по линиям 0,38-0,22 кВ без их высокочастотной обработки.

Известно устройство передачи и приема сигналов по проводам трехфазной линии электропередачи /авт. свид. 1757110, H 04 B 3/54, 1992/, которое принято за прототип.

Недостатком данного устройства является низкая скорость передачи двоичных символов "0" и "1" /8 - 10/Бод.

Предложенное устройство решает задачу повышения скорости передачи двоичных символов "0" и "1".

Устройство для передачи сигналов по трехфазной линии электропередачи низкого напряжения /фиг. 1/ содержит передающий блок 1, который состоит из катушки индуктивности 2, конденсатора 3, выпрямительного диодного моста 4, ключа 5, трансформатора 6, приемного блока 7, конденсаторной батареи 8.

Устройство для передачи сигналов по трехфазной линии электропередачи низкого напряжения работает следующим образом: Ключ 5 замкнут в промежутке где T_o - период замыкания /размыкания/ сигнального контакта 5.

Через ключ 5 пойдет ток, мгновенное значение которого равно: где U - мгновенное значение фазного напряжения; r - суммарное активное сопротивление потерь в обмотке фазы С трансформатора 6, катушки индуктивности 2, диодном мосте 4, ключе 5; l - суммарная индуктивность обмотки фазы C трансформатора 6, катушки индуктивности 2, сигнального контакта 5.

Ключ 5 разомкнут в промежутке Если пренебречь экспоненциальным нарастанием тока согласно /1/ через конденсатор 3 и катушку индуктивности 2 будет проходить ток сигнала за счет накопленной энергии в катушке индуктивности 2, мгновенное значение которого равно: i = I_mcosω₀t, (2) где
I_m - амплитудное значение тока;
ω₀ - - частота.

Значение индуктивности L₂ катушки индуктивности 2 и емкости C₃ конденсатора 3 выбираются из условия

Приемный блок 7 является приемником тока, т.е. имеет малое активное входное сопротивление R_вх на частоте сигнала ω₀ по отношению к реактивному сопротивлению нагрузок X_н /на фиг. 1 не показаны/, т.е. выполняется условие
R_вх. << X_н.

/Активным сопротивлением нагрузок пренебрегаем/.

В связи с этим, представляет интерес рассмотреть работу предложенного устройства только для токов сигнала нулевой последовательности, т.е. токов, которые протекают через "землю" и не учитывать токи прямой и обратной последовательности, которые протекают между фазами.

Полосу пропускания ΔF приемного блока 7 выбирают из известного соотношения:

где
τ - длительность радиоимпульса.

В свою очередь τ выбирают из заданной скорости передачи сигналов n

Согласно формулы изобретения приемный блок 7 может быть подключен между любой фазой и "землей".

Рассмотрим работу заявленного устройства при всех возможных вариантах подключения приемного блока 7.

Вариант 1.

Приемный блок 7 подключен между фазой C и "землей" /на фиг. 1 не показан/, при этом конденсаторная батарея 8 отсутствует. Ток передающего блока 1 i состоит из двух токов:
i = i_от + i_пр,
где
ток ответвления i_от проходит по цепи:
"земля" - конденсатор 3 - катушка индуктивности 2 - обмотка трансформатора 6 - "земля" - /в дальнейшем тексте контур 1/;
ток приемника i_пр проходит по цепи:
"земля" - конденсатор 3 - катушка индуктивности 2 - приемный блок 7 /на фиг. 1 не показан/.

Входное сопротивление приемника R_вх выбирают из условия
R_вх << X_тр,
где
X_тр - реактивное сопротивление обмотки трансформатора 6.

/Активным сопротивлением обмоток трансформатора пренебрегаем/.

X_тр = ω₀L_тр, (3)
где
L_тр - индуктивность обмотки трансформатора 6.

Поэтому имеем
i_пр >> i_от,
т. е. ток сигнала, который проходит через приемный блок 7 i_пр много больше чем ток, который ответвляется i_от на "землю" через обмотку C трансформатора 6.

Вариант II.

Приемный блок 7 подключен между фазой B и "землей" /фиг. 1/, при этом конденсаторная батарея 8 отсутствует.

Ток передающего блока 1
i = i_от + i_пр,
где
ток ответвления i_от проходит по контуру 1;
ток приемника i_пр проходит по цепи:
"земля" - конденсатор 3 - катушка индуктивности 2 - обмотка C трансформатора 6 - обмотка B трансформатора 6 - приемный блок 7. /Прохождение токов через нагрузки не рассматриваем в связи с их малостью/.

Таким образом, ток сигнала через приемный блок 7 резко снизился по сравнению с вариантом 1, т.к. ток сигнала попадает в приемное устройство 7 не непосредственно, а через две обмотки C и B трансформатора 6. В этом случае, имеем
i_пр < i_от.

Подключение приемного блока 7 между фазой A и "землей" даст то же значение согласно /4/.

Из проведенного анализа распределения тока передающего блока 1 можно сделать вывод, что из трех вариантов подключения блока 7 без конденсаторной батареи 8 можно принять только один, когда передающий - 1 и приемный - 7 блоки подключены к одной фазе /для рассматриваемого случая - к фазе C/.

Заявленный вариант.

Передающий 1 и приемный 7 блоки подключены согласно фиг. 1 при наличии конденсаторной батареи 8.

Ток передающего блока 1
i=i_от + i_пр,
где
ток ответвления - i_от проходит по контуру 1;
ток приемника - i_пр проходит по цепи: "земля" - конденсатор 3 - катушка индуктивности 2 - конденсаторная батарея 8 - приемный блок 7 - "земля".

Таким образом, ток сигнала не пойдет в обмотки трансформатора 6, т.к. выполняется условие
X_тр >> X_c,
где определяется из /3/, а

где
X_с - реактивное сопротивление конденсаторной батареи 8.

C_Σ = 1,5C.
где
C - емкость одного конденсатора, который включен в сторону треугольника конденсаторной батареи 8.

С учетом /5/ имеем:
i_пр >> i_от.

Условие /6/ выполняется тем лучше, чем выше частота сигнала.

При подключении приемного блока 7 между фазой A и "землей" получим результат согласно /6/.

На основании изложенного можно сделать вывод, что применение конденсаторной батареи 8 позволило перейти из трехфазной системы приема сигналов к однофазной, т.е. объединить по частоте сигналов три фазы в одну. В этом случае не имеет значения как относительно друг друга подключены передающий 1 и приемный 7 блоки, что позволяет получить максимальный ток сигнала через приемный блок 7.

В качестве конденсаторной батареи 8 может применяться косинусная батарея, которая служит для увеличения коэффициента мощности cosϕ.
Линии низкого напряжения 0,4 кВ имеют длины на порядок меньше, чем длины линий среднего напряжения /10-35/ кВ, где для передачи сигналов используют частоты не выше /1,0-1,5/ кГц, чтобы избежать волновые процессы. Поэтому скорость передачи сигналов не превышает /6-10/ Бод.

Таким образом, имеется возможность увеличить частоту сигнала в линиях 0,4 кВ до /8-10/кГц, что дает возможность увеличить скорость передачи до /80-100/ Бод без возникновения волновых процессов.

Формула изобретения

Устройство для передачи сигналов по трехфазной линии электропередачи низкого напряжения, содержащее сетевой трансформатор, первые выводы вторичных обмоток которого соединены в общую точку, которая соединена с землей, второй вывод любой обмотки сетевого трансформатора соединен с первым выводом катушки индуктивности, второй вывод которой соединен с первым выводом первого конденсатора и с первым выводом входной диагонали выпрямительного диодного моста, выходная диагональ выпрямительного диодного моста подключена к ключу, отличающееся тем, что в него введена конденсаторная батарея, которая соединена в треугольник, вершины которого подключены к вторым выводам вторичных обмоток сетевого трансформатора, вторая обкладка конденсатора соединена с "землей" и вторым выводом входной диагонали диодного выпрямительного моста.

РИСУНКИ

Рисунок 1