Система передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети

 

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием линий (0,38-10-35-10 )кВ без обработки ее высокочастотными заградителями. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и скорости передачи сигналов до 50 или 100 Бод. В предложенной системе используются синхронное детектирование сигналов с применением интегрирования, начало и конец которого определяются характерными точками, которыми являются моменты времени перехода общего питающего напряжения через "ноль" одной из фаз сети в пунктах передачи и приема. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием трехфазной электрической сети (0,38-10-35-110) кВ без ее обработки высокочастотными заградителями, при этом передачу и прием сигналов производят на стороне 0,38 кВ.

Известно устройство передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети (а.с. СССР N 1819025, 1988 г.). Недостатками известного устройства являются низкая помехозащитность при приеме сигналов и низкая, не более 10 Бод, скорость передачи сигналов.

Наиболее близким к заявленной системе является устройство передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети (патент на изобретение N 2061256 1996 г., прототип). Данному устройству присущи те же недостатки.

Заявленная система решает задачу повышения помехоустойчивости приема сигналов и достижения нового технического результата - повышение скорости передачи сигналов до 50 или 100 Бод.

Повышение помехозащитности при приеме сигналов в заявленной системе осуществляют за счет применения синхронного детектирования с последующим интегрированием однополярного напряжения, при этом можно осуществлять прием сигналов при отношении сигнал/помеха меньше единицы. Это объясняется тем, что в заявленной системе отсутствует подавление слабого сигнала более сильным (помехой). Поэтому качество канала связи практически не зависит от отношения сигнал - помеха (А.П. Мановцев. Введение в цифровую радиотелеметрию. М.: Энергия, с. 242).

Достижение технического результата - повышение скорости передачи до 50 или 100 Бод - осуществляют за счет наличия информации на приемном пункте о начале и конце передачи сигналов, что позволяет правильно выбрать начало и конец интервала интегрирования в характерных точках, соответствующих единым моментам времени перехода питающего напряжения одной из фаз через ноль в пунктах передачи и приема.

Заявленная система (фиг. 1) содержит в пункте передачи синхронизатор 1, передатчик пассивно-активного типа 2, трехфазную электрическую сеть 3, в пункте приема фильтр напряжения симметричных составляющих (ФСС) обратной последовательности 4, ФСС прямой последовательности 5, первый умножитель 6, широкополосный фильтр (ШПФ) 7, преобразователь 8, узкополосный фильтр (УПФ) 9, первый фазовращатель (ФВ) 10, второй умножитель 11, фильтр нижних частот (ФНЧ) 12, интегратор 13, синхронизатор 14, второй ФВ 15, при этом входы первого 1 и второго 14 синхронизаторов подключены между одной из фаз сети 3 и "землей", выходы ФСС обратной 4 и прямой 5 последовательностей подключены соответственно к первому и второму входам первого умножителя 6, выход которого подключен к входу ШПФ 7, выход которого подключен к первому входу второго умножителя 11, вход преобразователя 8 подключен к одной из фаз сети 3, выход которого подключен к входу УПФ 9, выход которого подключен к входу первого ФВ 10, выход которого подключен к второму входу второго умножителя 11, выход которого подключен к входу ФНЧ 12, выход которого подключен к первому входу интегратора 13, выход второго синхронизатора 14 подключен к входу второго ФВ 15, выход которого подключен к второму входу интегратора 13.

Система работает следующим образом.

Синхронизатор 1 формирует в пункте передачи импульсы в моменты перехода питающего напряжения U(t) одной из фаз сети, для частного случая фаза A - "земля" через ноль. Импульсы следуют периодом T = 0,02 с при скорости передачи сигналов 50 Бод и T = 0,01 с при скорости передачи сигналов 100 Бод.

Начало и конец передачи сигналов совпадает с моментами перехода питающего напряжения U(t) через ноль. При работе передатчика пассивно-активного типа 2 в его фазных проводах A, B, C образуют следующие трехфазные токи сигнала: I₂(f₁) и I₁(f₂) или другой форме записи: i_A(t) = I_mcosW_it - cos (W_2t + 180); i_B(t) = I_mcos(W_it + 120) - cos (W_2t + 60); (1) i_C(t) = I_m(cos W_it + 240) - cos (W_2t - 60), где I_m - амплитудное значение тока. W₁ = (W_c - Л); W₂ = (W_c + Л); W_c = 2Пfc; Л = 2ПF; f₁ = f_c - F; f₂ = f_c + F; f_c = f₁ + f₂/2; W_c - частота запуска передатчика 2.

Эти токи образуют на входах ФСС 4 и ФСС 5 напряжения: U₂(f₁) и U₁(f₂) или в другой форме записи: U_A(t) = U_m cos W_1t - cos (W_2t + 180); U_B(t) = U_m cos (W_1t + 120) - cos (W_2t + 60); (2)
U_O(t) = U_m cos (W_1t + 240 - cos (W_2t - 60).

На выходе ФСС 4 обратной последовательности, который реагирует только на первые члены (2), обратное чередование фаз ABC имеют:
U₁(t) = U_m1cosW_1t. (3)
На выходе ФСС 5 прямой последовательности, который реагирует только на вторые члены (2), прямое чередование фаз ABC имеют:
U₂(t) = U_m2 cos W_2t. (4)
Напряжения U₁(t) и U₂(t) подают на выход умножителя 6. Известно, что при подаче на вход умножителя двух напряжений с разными частотами W₁ и W₂ на его выходе имеют:
U₆(t) = K₁U_m1 cos (W₂-W₁)t + K₂) U_m2 cos (W₂ + W₁), (5)
где K₁ и K₂ - коэффициенты преобразования умножителя 6. ШПФ - 7 выделяют второй член напряжения (6) с частотой W₀ = W₁ + W₂.

Ширину полосы пропускания Δ F ШПФ-7 выбирают из условия скорости передачи сигналов:
Δ F = 2/t, (6)
где t - длительность радиоимпульса. Таким образом, при скорости 50 Бод - t = 0.02 с
Δ F(50 Бод) = 2/0,02 = 100 Гц;
при скорости 100 Бод - t = 0,01 с
Δ F (100 Бод) = 2/0,01 = 200 Гц.

Напряжение на выходе ШПФ -7 равно:
U₀(t) = U₇(t) = U_mo cos W_0t, (7)
где W₀ =2П(f₁ + f₂); f₁ = nF; f₂ = (n+2)F; n ≥ 10 - натуральное число.

Выполняют условие:
T >> 1/f₁ + f₂ (8)
Напряжение U₀(t) подают на первый вход умножителя 11.

Рассмотрим операции формирования напряжения гетеродина для частного случая, когда n - нечетное число. Преобразователь 8 преобразует синусоидальное напряжение U(t) в напряжение типа "меандр", которое можно математически выразить в координатах:
Ось y - U_s(t)
Ось x - t
U₈(t) = 2U_m8(0 ≲ t ≅ T/2)
U₈(t) = 0 (T/2 ≲ t ≅ T),
где T= 0,02 с - период частоты F
Разложив в ряд Фурье (9), имеют:
И₈(t) = И_m84/П (cos Л_t - 1/3 cos 3 Лt ...+ 1/5 cos 5 Лt- ...1/n cosn Лt) (10)
Выражение (10) имеет напряжение постоянной составляющей и набор напряжений с частотами, кратными нечетным гармоникам Л - 3Л, 5Л ...nЛ.

УПФ 9 выделяют напряжение с заданной нечетной гармоникой n частоты Л = 2ПF, которое является напряжением гетеродина.

Примечание: полоса пропускания УПФ 9 не зависит от скорости передачи сигналов, то для технической реализации достаточно задать
Δ F ≅ 20 Гц.

U_r(t) = U₉(t) = U_mrcos W_r(t), (11)
где W_r = W₀ = nЛ.

Фазовые набеги в системе устраняют ФВ 10. Напряжение U_r(t) подают на второй вход умножителя 11.

Известно, что при подаче на входы умножителя двух напряжений с одинаковыми частотами и фазами на его выходе имеют:
U₁₁(t) = U_m0K₃ cos W_0t + U_m0K₄ cos 2W_0t + U_m0K₄, (12)
где K₃ и K₄ - коэффициенты преобразования умножителя 11.

ФНЧ 12 выделяют из (12) напряжение постоянной составляющей U_m0K₄.

U₁₁ = U₁₂ = U_m0K₄. (13)
Примечание: частоту среза f_cp ФНЧ 12 для скорости передачи сигналов выбирают из условия:
F_cp = 1/t = 1/0,01 = 100 Гц.

Это напряжение подают на первый вход интегратора 13. На его второй вход подают импульсы синхронизатора 14, причем с помощью ФВ 15 получают одновременное следование этих импульсов с импульсом синхронизатора 1. Частоту W_c запуска передатчика пассивно-активного типа 2 формируют из частоты F аналогично с формированием частоты гетеродина.

Докажем выполнение неравенства (8) при n min = 10; T = 0,01 с (скорость передачи сигналов 100 Бод), f₁ = nF = 500 Гц,
f₂ = (n + 2)F = 600 Гц. При этом неравенство (8) будет иметь вид:
0,01 >> 1/500 + 600,
т.е. оно удовлетворяется более 10 раз, что вполне допустимо.

Повышение помехозащитности при приеме сигналов обеспечивают следующим образом:
1. Напряжение U_n на входе интегратора 13 является однополярным на интервале времени интегрирования 0 ≅ t ≅ T.

2. Напряжение помех U помех (t) на интервале времени интегрирования 0 ≅ t ≅ T имеет переменную (флуктуирующую около нуля) составляющую с математическим ожиданием:
M/U помех (t)/ = 0.

3. Выполняют условие:
T >> 1/f₁+f₂
Возможность приема сигналов при отношении сигнал/помеха меньше, чем в прототипе, доказывает достижение поставленной цели - повышение помехозащищенности приема сигналов.

Получен новый технический результат - повышена скорость передачи сигналов до 50 или 100 Бод.

Формула изобретения

Система передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети, содержащая в пункте передачи передатчик, соединенный через сеть с пунктом приема, содержащий фильтр напряжения симметричных составляющих (ФСС) прямой последовательности и ФСС обратной последовательности, входные клеммы которых подключены к сети, на приемном пункте узкополосный фильтр (УПФ), первый и второй фазовращатели (ФВ), отличающаяся тем, что в нее введены на передающем пункте первый синхронизатор и на приемном пункте второй синхронизатор, преобразователь, первый и второй умножители, широкополосный фильтр (ШПФ), фильтр нижних частот (ФНЧ), интегратор, при этом входы первого и второго синхронизаторов подключены между одной из фаз сети и "землей", выходы ФСС прямой и обратной последовательностей подключены соответственно к первому и второму входам первого умножителя, выход которого подключен к входу ШПФ, выход которого подключен к первому входу второго умножителя, вход преобразователя подключен к одной из фаз сети, выход которого подключен к входу УПФ, выход которого подключен к входу первого ФВ, выход которого подключен к второму входу второго умножителя, выход которого подключен к входу ФНЧ, выход которого подключен к первому входу интегратора, выход второго синхронизатора подключен к входу второго ФВ, выход которого подключен к второму входу интегратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1