способ передачи и приема команд управления по проводам трехфазной сети

Формула изобретения

СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА КОМАНД УПРАВЛЕНИЯ ПО ПРОВОДАМ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ, основанный на формировании на передающей стороне командного сигнала в виде токовой модуляции опорного сигнала заданной полуволны напряжения и приема командного сигнала определением приращения фазового напряжения в проводах других фаз трехфазной сети, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности приема и его информативности, на передающей стороне осуществляют контроль величины амплитуды полуволны напряжения в каждой фазе трехфазной сети и токовую модуляцию опорного сигнала производят в одной из фаз в момент достижения максимального амплитудного значения полуволны напряжения предыдущей фазы, в которой осуществляют прием путем фиксации приращения амплитуды полуволны напряжения относительно амплитудного значения установившегося напряжения данной фазы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике управления объектами, подключенными к трехфазной сети, и может быть использовано для коммутации электрических нагрузок, подключенных к проводам сети, например, осветительных, термических установок, аппаратов контроля и управления.

Известный способ передачи и приема команд управления по проводам трехфазной сети основан на формировании команды управления по средствам амплитудной модуляции опорного сигнала в заданной полуволне напряжения переменного тока, причем команды производят в фазных проводах сети определением приращения фазного напряжения относительно опорного сигнала в полуволне соответствующей полярности.

Данный способ эффективен для управления однотипными нагрузками, подключенными к разным фазам сети. Однако для ряда практических случаев формирование приемных сигналов в двух проводах является определенным неудобством, поскольку однотипность передаваемых команд для электроприемников различного назначения, подключенных к разным фазам сети, может восприниматься как помеха. Кроме того, формирование командного сигнала импульсом тока длительностью в полный полупериод является тяжелым режимом для источника питания трансформатора небольшой мощности, а приращение напряжения при синусоидальном токовом сигнале имеет сравнительно небольшую величину, что требует для приемника команд создания чувствительного датчика.

Таким образом, данное предложение не обеспечивает в достаточной степени достоверный прием команд, так как однотипные сигналы могут быть восприняты приемной аппаратурой в разных фазах как помеха.

Целью изобретения является повышение достоверности приема путем разделения фаз при передаче и приеме команд и информативности за счет формирования команд разных типов.

На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 - схема формирователя сигналов; на фиг.3 - схема селектора импульсов; на фиг. 4 - осциллограммы тока и напряжения при передаче команд управления.

Устройство, реализующее способ передачи и приема команд управления по проводам трехфазной сети (фиг.1), содержит трансформатор 1, подключенный полюсами АВС через переключатель 2 к фазным проводам 3, 4, 5 сети. Нулевой провод 6 подключен непосредственно к нейтрали трансформатора 1. К проводам 3, 4, 5 подключены входные полюса коммутатора 7. Между выходными полюсами коммутатора 7 и нулевым проводом 6 подсоединен формирователь 8 сигналов. К проводам 3 и 6 подключены выводы приемника 9, к проводам 4 и 6 - выводы приемника 10, к проводам 5 и 6 - выводы приемника 11. В каждом приемнике имеется селектор 12 сигналов, подключенный к нулевому 6 и фазному 3 (4,5) проводам сети. К выходу селектора 12 подключена обмотка исполнительного реле 13, имеющего переключающий контакт 14. В приемнике 9 имеется последовательно включенные нагрузочный 15 и ограничительный 16 элементы, подключенные к фазному 3 и нулевому 6 проводам сети. Переключающий контакт 14 подключен размыкающим полюсом параллельно ограничительному элементу. Приемник 10 содержит первый 17 и второй 18 нагрузочные элементы. Переключающий контакт 14 включен своими полюсами последовательно с данными нагрузками, подключая их к фазному 4 и нулевому 6 проводам сети. В приемнике 11 имеется первый 19 и второй 20 нагрузочные элементы. Нагрузочный элемент 20 подключен к проводам 5 и 6 сети непосредственно, а нагрузочный элемент 19 подключен к проводам 5 и 6 сети через замыкающий полюс контакта 14. Коммутатор 7 содержит фазный переключатель 7₁, полюса а, b, с которого подключены к фазным проводам, и переключатель 7₂ полярности. Переключатель имеет крайние положения m, n и нейтральное положение. Подвижный контакт переключателя 7₁ соединен с первым входным полюсом переключателя 7₂. Второй входной полюс переключателя соединен с нулевым полюсом. Выходные полюса переключателя 7₂ подключены к первому и второму выводам формирователя 8 сигналов.

Формирователь 8 сигналов (фиг.2) содержит нагрузочную цепочку из последовательно соединенных силового симистора 21, трансформатора 22 тока и нагрузочного резистора 23, подключенных к первому 1.8 и второму 2.8 выводам формирователя. Формирователь 8 содержит также трансформатор 24, первичная обмотка 25 которого подключена к выводам 1.8 и 2.8. Вторичная обмотка разделена на две секции 26 и 27. Средняя точка соединения секций через первый тиристор 28 подключена к катоду силового симистора 21. Управляющий электрод симистора через последовательную цепочку из второго тиристора 29 и ограничительного резистора 30 подключен к концу секции 26 вторичной обмотки трансформатора 24. К точке соединения резистора 30 с анодом тиристора 29 подключены катод стабилитрона 31 и первый вывод зарядного резистора 32. Второй вывод резистора 32 подключен к точке соединения анода динистора 23 и первой обмотки конденсатора 34, вторая обкладка которого соединена с катодом тиристора 29. Анод стабилитрона 31 подключен к точке соединения анода тиристора 28 и с катодом симистора 21. Средняя точка вторичной обмотки соединена с отрицательной обкладкой накопительного конденсатора 35, катодом вспомогательного симистора 36 и катодом тиристора 28. Вывод секции 27 вторичной обмотки трансформатора 24 соединен через диод 37 с точкой соединения положительной обкладки конденсатора 35 с первым выводом первого ограничительного резистора 38. Второй вывод резистора 38 подключен к точке соединения анода симистора 36 с первым выводом второго ограничительного резистора 39. Второй вывод резистора 39 соединен с управляющим электродом тиристора 28. Управляющий электрод симистора 36 соединен с вторичной обмоткой трансформатора 22 тока.

Селектор 12 сигналов (фиг.3) подключен к фазному и нулевому проводам приемника через первый 1.12 и второй 2.12 выводы. К выводам 1.12 и 2.12 в селекторе подключены обмотки реле 40 времени, делитель 41 напряжения. К выходу делителя напряжения, состоящего из резисторов 42 и 43 подключены полюса переменного тока первого выпрямительного моста 44. К полюсам постоянного тока моста 44 подключены разрядный резистор 45, первый конденсатор 46 и цепочка из нагрузочного резистора 47 и второго конденсатора 48. Параллельно резистора 47 включен вход транзисторного ключа 49, выход которого подключен к полюсам постоянного тока второго выпрямительного моста 50. Селектор имеет трансформатор 51, первичная обмотка 52 которого подключена к выводам 1.12 и 2.12 селектора. Вторичная обмотка 53 трансформатора 51 первым выводом через замыкающий контакт 54 с выдержкой времени на замыкание подключена к первому полюсу переменного тока моста 50. Второй полюс моста 50 через ограничительный резистор 55 соединен с вторым выводом обмотки 53 трансформатора 51. Параллельно резистору 55 включены третий конденсатор 56 и обмотка реле 57. Контакт 58 реле 57 имеет нейтральное положение, первый 1.58 и второй 2.58 замыкающие полюса. К выводам 1.12 и 2.12 подключен полюсами переменного тока третий выпрямительный мост 59. Положительный полюс моста 59 подключен к точке соединения первого вывода обмотки исполнительного реле 13 и катоду ограничительного диода 60. Отрицательный полюс моста 59 соединен с катодом тиристора 61. Управляющий электрод тиристора 61 через второй ограничительный резистор 62 соединен с первым полюсом 1.58 контакта 58, подключенного к точке соединения анода тиристора 61 с вторым выводом реле 13. Анод буферного диода 60 соединен с полюсом 2.58 контакта 58 реле 57.

Способ передачи и приема команд управления по проводам трехфазной сети реализуется следующим образом.

При подключении напряжения к проводам 3, 4, 5 с помощью переключателя 2 с селекторах 12 сигналов контакт 54 реле 40 времени замыкается с задержкой 0,5-1 с относительно момента включения. Таким образом, процесс подключения напряжения к приемникам 9, 10, 11 не вносит в приемник никаких изменений, т.е. контакт 14 в приемнике 9 шунтирует ограничительный элемент 16, контакт 14 в приемнике 10 коммутирует цепь нагрузочного элемента 18, а контакт 14 в приемнике 11 размыкает цепь нагрузочного элемента 19. Для передачи команды, например, для приемника 11 - переключения контакта 14 исполнительного реле 13 в коммутаторе 7 переключатель 7₁, устанавливается в положение а, соединяющее переключатель 7₁ с фазым проводом 3. Таким образом, формирователь 8 подключается к полюсу сети А, а сигнал управления фиксируется в фазном проводе полюса сети С (отстающей фазы). При установке переключателя 7₂ полярности в положение m элемент 17 в формирователе 8, подключенном к полюсу А сети, открывается с фазовым углом ₁140 эл.градусов и формирует импульс тока +i_n. Передний фронт импульса тока в полюсе сети А соответствует переходу полуволны напряжения U_С полюса С через максимальное амплитудное значение (фиг.4). Фазовый сдвиг импульса тока в формирователе 8 осуществляется за счет наличия фазосдвигающего звена, собранного на тиристоре 29, динистора 33 и фазосдвигающей цепочке из резистора 32 и конденсатора 34.

В результате формирования импульса тока +i_n в фазном полюсе С возникает приращение напряжения v - U_С относительно амплитуды U_макс полуволны напряжения U_С. В фазных проводах 3 и 4 полюсов А и В приращений напряжения не наблюдается. В проводе 3 приращений быть не может, поскольку именно в данном полюсе формируется импульс тока i_n. В проводе 4 приращение напряжения не может быть зафиксировано, поскольку действие импульса тока +i_и на полюс А не приходится на момент перехода полуволны напряжения U_В величины максимума амплитудного значения U_Вmakc. Приращение напряжения U фиксируется в селекторе 12 сигналов приемника 11. В данном случае при формировании импульса тока i_и приращение напряжения U фиксируется цепочкой из конденсаторов 46, 48 и резистора 47 и усиливается транзисторным ключом 49, который открываясь, коммутирует цепь реле 57. Поскольку импульс U_C фиксируется только в одной полуволне, транзистор 49 коммутирует цепь только в одной полуволне. Реле 57 срабатывает и кратковременно замыкает свои контакты 58 и 1.58. Контакты 58 и 1.58 коммутируют цепь отпирания тиристора 61, который, открываясь, включает под напряжение катушку исполнительного реле 13. Реле 13 замыкает свой контакт 14, подключая к проводам 5 и 6 дополнительную нагрузку 19 в приемнике 11. После формирования командного импульса +i_и переключатель 7₂ в коммутаторе 7 из положения m устанавливается в исходное нейтральное положение. Для формирования команды на отключение реле 13 в приемнике 11 в коммутаторе 7 переключатель 7₂ устанавливается в положение n. В этом случае формирователем 8 в полосе сети А формируется импульс тока -i_и с фазовым сдвигом ₂140 эл.град. В данном случае по описанной выше технологии приращение напряжения + U_С возникает только в проводе 5 полюса С. Данное приращение U_С обусловливает в селекторе 12 срабатывание реле 57. Однако в силу того, что приращение напряжения зафиксировано в полуволне положительной полярности, при срабатывании поляризованного реле 57 замыкаются контакты 58 и 2.58. При замыкании данных контактов параллельно катушке реле 13 включается ограничительный диод 60, что обусловливает снижение тока через тиристор 61 до нуля в момент прохождения сетевого напряжения полюсов через ноль. Тиристор 61 запирается. Реле 13 обесточивается и размыкает свои контакты 14, отключая нагрузочный элемент 19 от сети.

При необходимости передачи команд управления для приемника 9 переключатель 7₁ устанавливается в положение в. При установке переключателя 7₂ в положение m или n в полюсе сети В формируются токовые импульсы, которые по описанной выше технологии возбуждают в проводе 3 - отстающей фазе полюса А относительно полюса В приращения амплитуд напряжений фазы В. Данные приращения фиксируются селектором приемника 9, который в зависимости от полярности приращения включает или отключает исполнительное реле 13, тем самым дешунтируя или шунтируя балластный элемент 16.

Для передачи команды для приемника 10 в коммутаторе 7 переключатель 7₁ устанавливается в положение с. В этом случае формирователем 8 в зависимости от положения переключателя 7₂ m или n формируются импульсы тока в фазном полюсе С. Приращения напряжения в данном случае возбуждаются в проводе 4, подключенном к полюсу фазы В, отстающей относительно фазы С. В зависимости от полярности сигнала исполнительного реле 13 в приемнике 10 может включаться или отключаться, включая попеременно нагрузки 17 или 18 к проводам сети 4,6.

Способ передачи и приема команд управления по проводам трехфазной сети может быть реализован в трехфазной сети напряжением 380 В/220 В. В качестве приемников могут быть использованы нагрузки различного назначения: лампы накаливания, газоразрядные источники света, нагревательные элементы, выпрямители, устройства управления двухтарифными счетчиками и т.д.

Способ передачи и приема команд управления по проводам трехфазной сети обеспечивает независимое управление каждым приемником команд, подключенным к проводам трехфазной сети, что позволяет осуществлять различные независимые друг от друга задачи, обеспечивающие гибкость управления электрическими сетями в целом. Уменьшение длительности токового сигнала обеспечивает повышение надежности работы сети и источника питания.