генератор гутина к.и. и цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи 0,4 кв по схеме "фаза" - "фаза" с источником питания "фаза" - "фаза"

Формула изобретения

Генератор ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи, содержащий трехфазный трансформатор 10/0,4 кВ (трансформатор), трехфазную линию электропередачи 0,4 кВ (линия 0,4 кВ), блок управления, управляемый ключ, первый и второй конденсаторы, отличающийся тем, что в него введены первая и вторая воздушные катушки индуктивности (катушка), двухфазный двухполупериодный выпрямительный мост, собранный на диодах Д₁, Д₂, Д₃ , Д₄, третий конденсатор, при этом первый вывод первой катушки подключен к фазе А трансформатора, второй вывод первой катушки подключен к первой обкладке первого конденсатора, к аноду первого диода (Д₁), к катоду четвертого диода (Д ₄), вторая обкладка первого конденсатора подключена к фазе В трансформатора, катод первого диода (Д₁) подключен к катоду второго диода (Д₂), к первой обкладке второго конденсатора, к первому выводу второй катушки, вторая обкладка второго конденсатора подключена к выходу ключа, к анодам третьего и четвертого диодов (Д₃, Д₄), катод третьего диода (Д₃) подключен к аноду второго диода (Д ₂), к фазе В, второй вывод второй катушки подключен к первому входу ключа, блок управления подключен ко второму входу ключа, третий конденсатор подключен параллельно второй катушке.

Описание изобретения к патенту

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.

Известен «Генератор Цагарейшвили С.А. ввода токов сигналов в трехфазную электрическую сеть» (RU 2224370 С2 от 20.02.2004 г., Бюл. № 5). Данный генератор имеет недостатки: большую мощность потребления из линии 0,4 кВ, а также наличие трех воздушных трансформаторов.

Известен также «Генератор Гутина К.И. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи», который принят за прототип (RU 2224366 от 20.02.2004 г., Бюл. № 5). Недостатками прототипа являются:

1. Большая мощность, потребляемая генератором из линии 0,4 кВ.

2. Наличие воздушного трансформатора, который развязывает цепи линии 0,4 кВ от цепей выпрямленного постоянного напряжения трехфазным мостом (мост). Следует отметить, что в воздушном трансформаторе трудно технологически получить коэффициент связи между первичной и вторичной обмотками, близкими к единице, из-за больших габаритов.

Целью изобретения является снижение мощности потребления генератором из линии 0,4 кВ. Генератор прототипа имеет первый и второй конденсаторы, резистор, управляемый ключ, блок управления.

Данная цель достигается тем, что введены двухполупериодный выпрямительный мост, собранный на диодах Д₁, Д ₂, Д₃, Д₄ третий конденсатор, первая и вторая воздушные катушки индуктивности (катушка), при этом первый вывод первой катушки подключен к фазе А трансформатора, второй вывод первой катушки подключен к первой обкладке первого конденсатора, к аноду первого диода, к катоду четвертого диода, вторая обкладка первого конденсатора подключена к фазе В трансформатора, катод первого диода подключен к катоду второго диода, к первой обкладке второго конденсатора, к первому выводу второй катушки, вторая обкладка второго конденсатора подключена к выходу ключа, к анодам третьего и четвертого диодов, катод третьего диода подключен к аноду второго диода, к фазе В трансформатора, второй вывод второй катушки подключен к первому входу ключа, блок управления подключен ко второму входу ключа, третий конденсатор подключен параллельно второй катушке.

На чертеже приведена схема генератора, которая реализует заявленное техническое предложение, где

1) трехфазный трансформатор 10/04 кВ (трансформатор), который имеет низковольтные фазы А, В, С;

2) трехфазная линия электропередачи 10 кВ;

3) трехфазная линия электропередачи 0,4 кВ (линия 0,4 кВ);

4) первая воздушная катушка индуктивности (катушка), ее индуктивность равна - L₄;

5) первый конденсатор, его емкость равна - C₅,

6) двухполупериодный выпрямительный мост;

7) второй конденсатор, его емкость равна - С₇;

8) вторая катушка, ее индуктивность равна - L₈;

9) третий конденсатор, его емкость равна - С_9;

10) управляемый ключ (ключ);

11) блок управления;

12) заземленная нейтраль трансформатора 10/0,4 кВ (провод «Земля»).

Определим мощность потребления генератором прототипа из линии 0,4 кВ, при этом для простоты изложения активными сопротивлениями и индуктивностью 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 коэффициент трансформации воздушного трансформатора равен единице.

Мощность Потребления в прототипе с учетом допущений равна:

где I_m=17 A - амплитуда тока прототипа через замкнутый ключ в момент времени его размыкания;

R₉=10 Ом - сопротивление резистора;

_пр=0,25 Т₀ - длительность замкнутого положения ключа генератора прототипа.

- период частоты f₀ прототипа.

В связи с тем, что энергия из сети 0,4 кВ потребляется только в интервале времени _пр, когда ключ замкнут, в выражении (1) введен коэффициент 0,25, так как ключ замкнут на время _пр=0,25 Т₀.

Исходные данные для расчета генератора

Частота информационных токов, вводимых в линию 0,4 кВ, равна:

Мощность трансформатора, который запитывает генератор равна:

Емкости конденсаторов 5 и 7 равны:

Индуктивность катушек 4 и 8 равна:

Активное сопротивление катушек 4 и 8 равно:

где Q=10 - добротность катушек 4 и 8.

Суммарная индуктивность катушек 4 и 8 равна:

Суммарное активное сопротивление катушек 4 и 8 равно:

Работа заявленного генератора

Значение величин индуктивности катушки 4 и емкости конденсатора 5 выбраны из условия резонанса в колебательном контуре по цепи: катушка 4 - конденсатор 5 - фаза В - провод «Земля» на частоте f₀=1000 Гц при разомкнутом ключе, при этом индуктивностью обмоток и активными сопротивлениями трансформатора пренебрегаем, в связи с их малостью.

Значение величин индуктивности катушки 8 и емкости конденсатора 7 выбраны из условия резонанса в колебательном контуре при замкнутом ключе по цепи: катушка 8 - ключ - конденсатор 7.

Конденсатор 9 и катушка 8 предназначены для создания резонансного контура с целью предотвращения выхода из строя ключа 10 при его размыкании за счет запасенной электромагнитной энергии в катушке 8.

Определим емкость конденсатора 9 из выражения:

откуда следует:

Определим частоту тока в резонансном контуре (L₈-C₉), который затухает по экспоненте:

В момент времени t₁, когда потенциал фазы А будет больше потенциала фазы В, тогда будут открыты диоды Д₁ и Д₃, подключим генератор к линии 0,4 кВ, при этом начнет заряжаться конденсатор 7 током i₁ по цепи: фаза А - катушка 4 - диод 1 - «плюс» конденсатор 7 - «минус» конденсатор 7 - диод 3 - фаза В - провод «Земля». Конденсатор 7 будет заряжаться до напряжения Е₀:

где Е₀ - амплитуда напряжения 380 В.

После заряда конденсатора 7 до напряжения Е₀ схема генератора будет находиться в устойчивом состоянии.

В момент времени t₂>t ₁ начинают коммутировать ключ с частотой f₀ при замыкании ключа на время =0,08 Т₀, при этом через него будет протекать ток i₂ по цепи: фаза А - катушка 4 - диод 1 - катушка 8 - ключ - диод 3 - фаза В - провод «Земля». Одновременно будет протекать ток разряда конденсатора 7 по цепи: «плюс» конденсатор 7 - катушка 8 - ключ - «минус» конденсатор 7, а также будет протекать ток подзаряда конденсатора 7 по цепи его заряда током; i₁, при этом ток заряда равен току разряда, которые равны между собой и направлены навстречу друг другу, поддерживая напряжение на обкладках конденсатора 7, равным Е₀.

Определим амплитуду тока через ключ в момент времени размыкания ключа с учетом (2), (7), (8), (9) и принятом значении =0,08 Т₀ из выражения:

где E₀=536 В; R =1,58 Ом; =0,08 Т₀; L =2,52·10^-3 Гн.

Определим мощность потерь из сети 0,4 кВ заявленного генератора по аналогии с выражением (1):

Определим с учетом (1), во сколько раз снизилась мощность потребления из сети 0,4 кВ при использовании заявленного генератора:

Таким образом, цель, поставленная изобретением, достигнута, так как мощность потребления заявленного генератора из сети 0,4 кВ снижена в 20 раз без использования воздушного трансформатора. При этом необходимо отметить, что мощность трансформатора 10/0,4 кВ, частота токов f₀, амплитуда тока I _m через ключ в момент его размыкания в прототипе и заявленном генераторе приняты равными между собой.