Способ передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети и устройство для его реализации
Изобретения относятся к области электротехники и могут найти применение при организации каналов связи с использованием линий (0,38-10-35-110)кВ без обработки ее высокочастотными заградителями. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости приема сигналов. В предложенном способе применена система модуляции КИМ-ФМ с применением интегрирования в характерных точках, которыми являются моменты времени перехода питающего напряжения через ноль. Устройство, реализующее способ, содержит два передатчика пассивно-активного типа, трехфазный выпрямительный мост, резистор, конденсатор, трансформатор, два узкополосных фильтра, два умножителя, два фильтра нижних частот, два интегратора, два гетеродина, инвертор, два синхронизатора, два генератора. 2 c.п. ф-лы, 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 обработки ее высокочастотными заградителями.
Известен способ приема сигналов в трехфазной электрической сети, который реализован в авт.св. СССР N 1107750. Недостатком известного способа является низкая помехозащищенность приема сигналов. Известен также способ передачи и приема сигналов, описанный в научно-техническом бюллетене по электрификации сельского хозяйства выпуск 2/54, М., ВИЭСХ, 1985, "Канал связи на тональных частотах по линии 10 кВ" К.И.Гутин и С.А.Цагарейшвили. Трехфазная электрическая сеть используется для передачи сигналов с контролируемых пунктов на диспетчерский пункт. Сигналами являются радиоимпульсы тональной частоты. В данном канале связи применен передатчик пассивно-активного типа (прототип). Недостатком известного способа является низкая помехозащищенность принимаемых сигналов. Предлагаемое изобретение решает задачу повышения помехозащищенности приема сигналов в трехфазной электрической сети с достижением технического результата - повышение отношения сигнал/помеха. В заявленном способе при передаче символа "1" в пункте передачи преобразуют напряжение промышленной частоты F в токи на частотах 11 и 12, передают эти токи по трехфазной электрической сети в пункт приема, преобразуют токи на частотах 11 и 12 в напряжение U1(t)=Um1cos 1t[1=(11+12)/2 = 2f, f1=nF, n- номер гармоники напряжения промышленной частоты F, n = 2,3,.. . n-1] , преобразуют напряжение промышленной частоты F в напряжение первого гетеродина Uг1(t)=Um1cos 1t, преобразуют напряжения U1(t) и Ur1(t) в постоянное положительное напряжение U1, интегрируют напряжение U1 на интервале T1(T1=1, 1- длительность передачи символа "1"), при этом начало и конец интервала интегрирования T1 совмещают с началом и концом передачи символа "1", т.е. получают 1=T1. При передаче символа "0" в пункте передачи преобразуют напряжение промышленной частоты F в токи на частотах 01 и 02,, передают эти токи по трехфазной электрической сети в пункт приема, преобразуют токи на частотах 01 и 02 в напряжение U2(t) = Um2 cos 2t [2=(01+02)/2, f2=nF+kF, k=2,3, ...,k-1], преобразуют напряжение промышленной частоты F в напряжение второго гетеродина Uг2(t)=Umг2cos 2t, преобразуют напряжения U2(t) и Ur2(t) в постоянное отрицательное напряжение U2, интегрируют напряжение U2 на интервале T2(T2=0,0- длительность передачи символа "0"), при этом начало и конец интервала интегрирования T2 совмещают с началом и концом передачи символа "0", т.е. получают 0=T2 . Достижение технического результата обеспечивают за счет того, что напряжение сигнала в интервале интегрирования является однополярным, а помеха на интервале интегрирования содержит переменную составляющую (см. Мановцев А.П. Введение в цифровую радиотелеметрию. -М.: Энергия, 1967, с.124). Функциональная схема устройства для реализации способа передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети, приведена на чертеже. Устройство содержит трехфазную электрическую сеть 1, которая подключена к выходу первого передатчика пассивно-активного типа 2, подключена к входам первого 11 и второго 17 гетеродинов, к входам первого и второго 19 синхронизаторов, к первым входам первого 20 и второго 21 генераторов, к выходу второго передатчика пассивно-активного типа 22, к входу трехфазного выпрямительного моста 3, выход которого подключен к резистору 4 и последовательной цепи из конденсатора 5 и первичной обмотки трансформатора 6, вторичная обмотка которого соединена соответственно с входами второго узкополосного фильтра 12 и первого 18 узкополосного фильтра 7, выход которого соединен с первым входом первого умножителя 8, выход которого соединен с входом первого фильтра нижних частот 9, выход которого соединен с первым входом первого интегратора 10, выход первого гетеродина 11 соединен со вторым входом первого умножителя 8, выход второго узкополосного фильтра 12 соединен с первым входом второго умножителя 13, выход которого соединен с входом второго фильтра нижних частот 14, выход которого соединен с входом инвертора 15, выход которого соединен с первым входом второго интегратора 16, выход второго гетеродина 17 соединен со вторым входом второго умножителя 13, выход первого синхронизатора 18 соответственно соединен со вторыми входами первого 10 и второго 16 интеграторов, выход второго синхронизатора 19 соответственно соединен со вторыми входами первого 20 и второго 21 генераторов, выход первого генератора 20 соединен с входом первого передатчика пассивно-активного типа 2, выход второго генератора 21 соединен с входом второго передатчика пассивно-активного типа 22. Работает устройство следующим образом. На входе первого гетеродина 11 имеют напряжение гетеродина Uг1(t)=Umг1cos1t (1) где Umr1 - амплитудное значение напряжения первого гетеродина; 1=2f1, f1=nF ; n - номер гармоники напряжения промышленной частоты, n=2,3,...n-1; 1- круговая частота. Получить напряжение с частотой nF не вызывает затруднений. Например, для n=2,4,6... и т.д. выпрямляют промышленное напряжение частоты F U(t)=sint , (=2F). После двухполупериодного выпрямления имеемДалее фильтруют необходимую гармонику частоты F. Если необходимо иметь нечетные гармоники промышленного напряжения F n= 3,5,7. . . и т.д. синусоидальное напряжение частоты F преобразуют в последовательность видеоимпульсов. Разложение в ряд Фурье дает
Далее фильтруют необходимую гармонику частоты F. Следует отметить, что напряжение гетеродина не имеет помех. На выходе второго гетеродина 17 имеют напряжение
Uг2(t)=Umг2cos2t (2)
где
Umr2 - амплитудное значение напряжения второго гетеродина;
2=2f2, f2=nF+kF, k=2,3...k-1.
1. Передача и прием символа "1". С выхода первого передатчика пассивно-активного типа 2 в трехфазную электрическую сеть 1 (сеть) вводят два тока на частотах 11 и 12. Это следует из принципа работы передатчика пассивно-активного типа. Несмотря на то что ключ передатчика 2 (ключ передатчика на чертеже не показан) коммутирует с частотой 1 f1=(11+12)/2, в сеть 1 вводят два тока с разными частотами 11 и 12, при этом выполняется условие . Это обусловлено тем, что источником питания для передатчика 2 является трехфазная электрическая сеть 1 промышленной частоты F. Эти токи образуют в сети 1 два напряжения, которые присутствуют на приемном пункте, т.е. на входе трехфазного выпрямительного моста 3 (мост), который является входом приемного устройства. Передатчик 2 содержит точно такой же мост (мост передатчика 2 на чертеже не показан), поэтому на выходе приемного моста 3 имеет демодулированное напряжение, которое имеет вид
U1(t)=Um1cos1t (3)
где 1 =(11+12)/2
Резистор 4 необходим для протекания токов через диоды моста 3, которые должны быть открыты. Напряжение сигнала U1(t) подают со вторичной обмотки трансформатора 6 на первый узкополосный фильтр 7, который настроен на частоту f1. С выхода первого узкополосного фильтра имеем напряжение сигнала
U7(t)=Um7cos1t . (4)
Это напряжение подают на первый вход первого умножителя 8. На его второй вход подают напряжение первого гетеродина 11, которое имеет вид
Uг1(t)=Umг1cos1t .
Таким образом, на первый и второй входы первого умножителя 8 подают два напряжения с равными частотами и фазами. Напряжение на выходе первого умножителя 8 определяют из выражения
где
m - постоянный коэффициент, зависящий от амплитуды напряжения первого гетеродина 11;
- крутизна характеристики первого умножителя 8;
A0 - амплитудное значение. Анализ выражения (5) показывает, что первый и второй члены являются напряжениями, имеющими частоты 1 и 21. Последний член является положительным постоянным напряжением U1. Напряжение U1 соответствует положительному видеоимпульсу в описании формулы изобретения. Напряжение U1 действует в течение времени t,
где 0t1;
1- длительность передачи символа "1",
Для выделения положительного постоянного напряжения, которое характеризует прием символа "1", напряжение с выхода первого умножителя 8 согласно (5) подают на вход первого фильтра нижних частот 9, с выхода которого имеют положительное постоянное напряжение согласно (6). Второй синхронизатор 19 формирует видеоимпульсы длительностью 1, которые поступают на второй вход первого генератора 20, с выхода которого имеем пачки радиоимпульсов с частотой заполнения f1. В первом генераторе 20 вырабатывают напряжение с частотой f1. Формируют эту частоту по аналогии с гетеродином 1, работа которого описана выше. Эти пачки радиоимпульсов поступают на запуск первого передатчика 2. Начало и конец пачек радиоимпульсов соответствует переходу питающего напряжения U(t)=Umcost (=2f) через ноль при dU(t)/dt0. Данную операцию производит второй синхронизатор 19, который вырабатывает импульсы в моменты перехода питающего напряжения U(t) через ноль. Первый синхронизатор 18 формирует импульсы перехода питающего напряжения через ноль, которые подаются на второй вход первого интегратора 10 для его обнуления в моменты начала и конца передачи символа "1". 2. Передача и прием символа "0"
С выхода второго передатчика 22 в сеть 1 вводят два тока на частотах 01 и 02 . Аналогично передаче символа "1" эти токи образуют в сети 1 два напряжения на частотах 01 и 02 , которые присутствуют на приемном пункте, т. е. на входе трехфазного выпрямительного моста 3, который является входом приемника. На выходе моста 3 имеем напряжение сигнала
U2(t)=Um2cos2t (7)
где
2=(01+02) /2.
Напряжение сигнала U2(t) подают со вторичной обмотки трансформатора 6 на второй узкополосный фильтр 12, который настроен на частоту f2. С выхода узкополосного фильтра 12 имеем напряжение сигнала
U12(t)=Um12cos2t (8)
Это напряжение подают на первый вход второго умножителя 13. На его второй вход подают напряжение второго гетеродина 17, которое имеет вид
Uг2(t)= Umг2cos2t (9)
Напряжение на выходе второго умножителя 13 определяют из выражения
где
m - постоянный коэффициент, зависящий от амплитуды напряжения второго гетеродина 17;
- крутизна характеристики второго умножителя 13;
A0 - амплитудное значение. Для выделения постоянной составляющей в (10) mAo//2 , напряжение подают на вход второго фильтра нижних частот 14. Для того чтобы отличить символ "1" от символа "0", напряжение с выхода второго фильтра нижних частот 14 подают на вход инвертора 15. Напряжение на его выходе будет равно
Напряжение U2 соответствует отрицательному видеоимпульсу в описании формулы изобретения. Напряжение U2 действует в течение времени t,
где 0to ;
o- длительность передачи символа "0". Принимают длительности сигналов "1" и "0" равными, т. е. получают 1=o= .
Напряжение U2 подают на первый вход второго интегратора 16. Второй синхронизатор 19 формирует видеоимпульсы длительностью , которые поступают на второй генератор 21, с выхода которого имеем пачки радиоимпульсов с частотой заполнения f2. Эти пачки радиоимпульсов поступают на запуск второго передатчика 22. Начало и конец радиоимпульсов соответствует переходу питающего напряжения U(t) через ноль при dU(t)/dt>0. На второй вход второго интегратора 16 подают импульсы с первого синхронизатора 18 для его обнуления в моменты начала и конца передачи символа "0". Выше мы рассмотрели прохождение через приемные тракт напряжения сигнала. Образование напряжения помех есть случайный процесс, где ее амплитуда и фаза зависят от времени. Если измерять уровень напряжения помех Uп на выходах первого 10 и второго 16 интеграторов (передачу символов "0" и "1" не производят) получим уровень напряжения помех в виде напряжения, которое изменяется в интервале интегрирования -Umах Uп Umах, при этом математическое ожидание M[Uп] = 0. Чем выше частота этого процесса, или чем больше время интегрирования, тем выше будет вероятность опознавания символа. Именно в этом и состоит смысл применения интегрирования (см. Мановцев А.П......с. 124). Из вышесказанного следует, что отношение сигнал/помеха на выходах первого 10 и второго 16 интеграторов будет выше, чем на их входах. Таким образом, доказано, что предложенное устройство реализует заявленный способ передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети, т.е. повышает помехозащищенность приема сигналов.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1