генератор гутина к.и. и цагарейшвили с.а. ввода токов сигналов в трехфазную линию электропередачи 0,4 кв по схеме "фаза" - "земля" 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 катушки подключен к первой обкладке первого конденсатора, к аноду первого диода (Д₁), к катоду четвертого диода (Д₄ ), вторая обкладка первого конденсатора подключена к заземленной нейтрали трансформатора (провод «Земля»), катод первого диода (Д₁) подключен к катоду второго диода (Д ₂), к первой обкладке второго конденсатора, к первому выводу второй катушки, вторая обкладка второго конденсатора подключена к выходу ключа, к анодам третьего и четвертого диодов (Д ₃, Д₄), катод третьего диода (Д₃) подключен к аноду второго диода (Д₂), 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. 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, Д₂, Д ₃, Д₄, третий конденсатор, первая и вторая воздушные катушки индуктивности (катушка), при этом первый вывод первой катушки подключен к фазе А трансформатора, второй вывод катушки подключен к первой обкладке первого конденсатора, к аноду первого диода, к катоду четвертого диода, вторая обкладка первого конденсатора подключена к заземленной нейтрали трансформатора (провод «Земля»), 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, 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 - C₇;

8. Вторая катушка, ее индуктивность равна - L₈;

9. Третий конденсатор, его емкость равна - С₉;

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 А - амплитуда тока прототипа через замкнутый ключ в момент времени его размыкания;

R=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 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 - 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 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. 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 по цепи: фаза А - катушка 4 - диод 1 - катушка 8 - ключ - диод 3 - фаза В. 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 Е₀=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 применения 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.