Способ передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети

 

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение при организации каналов связи с использованием линий (0,38-10-35-110) кВ без обработки ее высокочастотными заградителями. Изобретение решает техническую задачу повышения помехоустойчивости и скорости передачи сигналов до 50 или 100 Бод. В предложенном способе используют синхронное детектирование сигналов с применением интегрирования, начало и конец которого определяют характерными точками, которыми являются моменты времени перехода общего питающего напряжения 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.

Известен способ передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети, который реализован в устройстве по а.с. СССР 1819025 кл. G 08 G 19/12, 1988 г. Недостатком известного способа является низкая помехозащищенность при приеме сигналов и низкая, не более 10 Бод, скорость передачи сигналов.

Наиболее близким к заявленному способу является способ передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети, который реализован в патенте на изобретение N 2061256 кл. G 08 G 19/12, 1996 г. /прототип/. Данному способу присущи те же недостатки.

Заявленный способ решает задачу повышения помехоустойчивости приема сигналов при достижении нового технического результата - повышение скорости передачи сигналов до 50 или 100 Бод.

В заявленном способе передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети в пункте передачи преобразуют питающее напряжение U(t) промышленной частоты F в ток сигнала обратной последовательности на частоте f₁ и ток сигнала прямой последовательности на частоте f₂, передают эти токи про трехфазной электрической сети в пункт приема, преобразуют токи сигнала прямой и обратной последовательностей в напряжения прямой и обратной последовательностей на частотах f₁ и f₂ (f₂ - f₁ = 2F), преобразуя напряжения прямой и обратной последовательностей в напряжения в узкой полосе пропускания [₁= 2f₁,₀ - начальная фаза в пункте передачи, (t) - набег фазы в пункте приема] и в узкой полосе пропускания (₂= 2f₂,₂(t) - набег фазы в пункте приема), умножают U₁(t) и U₂(t), выделяют путем фильтрации напряжение разностной частоты преобразуют питающее напряжение U(t) промышленной частоты F в напряжения первого гетеродина номер гармоники питающего напряжения U(t) промышленной частоты F, 10 n 60 (диапазон частот 500-3000 Гц) и второго гетеродина умножают U_p(t) и , выделяют путем фильтрации напряжение суммарной частоты умножают выделяют с помощью фильтрации однополярное напряжение сигнала U_c, интегрируют U_c в интервале времени T, при этом начало и конец интервалов передачи сигнала и интервала интегрирования T соответствуют единым моментам времени перехода питающего напряжения U(t) частоты F через ноль в пунктах передачи и приема.

Повышение помехозащищенности при приеме сигналов в заявленном способе 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 заявленном способе обработку сигналов производят без использования нелинейных элементов, т. е. отсутствует явление подавления слабого сигнала более сильным /помехой/. Поэтому качество канала связи практически не зависит от отношения сигнал/помеха (А.П. Мановцев. Введение в цифровую радиотелеметрию. Энергия, М., 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 U(t) частоты F через ноль в пунктах передачи и приема. Устройство фиг. 1, реализующее заявленный способ, содержит в пункте передачи синхронизатор характерных точек 1 /синхронизатор/, передатчик пассивно-активного типа 2, трехфазную электрическую сеть 3, фильтр напряжения симметричных составляющих обратной последовательности частоты f₁ 4 /ФСС/, фильтр напряжения симметричных составляющих прямой последовательности частоты f₂ 5, узкополосный фильтр f₁ 6 /УПФ/, узкополосный фильтр f₂ 7, умножитель 8, фильтр нижних частот 9 /ФНЧ/, нелинейный элемент 10, фильтр частоты nF 11, умножитель 12, фильтр частоты (n + 2) F 13, фильтр частоты (n+2)F 14, фазовращатель 15, умножитель 16, ФНЧ 17, синхронизатор 18, фазовращатель 19, интегратор 20.

Устройство работает следующим образом: Синхронизатор 1 формирует в пункте передачи импульсы в моменты перехода питающего напряжения U(t) частоты F через ноль при скорости передачи 100 Бод и при условии для 50 Бод. Импульсы следуют с периодом при скорости передачи 100 Бод и при скорости передачи 50 Бод. Начало и конец передачи сигнала совпадают с моментами перехода питающего напряжения U(t) частоты F через ноль. При работе передатчика 2 в его фазных проводах A, B, C образуют следующие токи сигналов по аналогии с прототипом: где I_m - амплитудное значение токов на частотах ₁ и ₂, ₁= (₀-) и ₂= (₀+);₀= 2f₀; = 2F; f₁ = f₀ - F; f₂ = f₀ + F; Эти токи образуют на входах ФСС 4 и ФСС 5 трехфазные напряжения прямой и обратной последовательностей, мгновенные значения которых описывают выражениями: (начальная фаза ₀ и набеги фаз ₁(t) и ₂(t) опущены) где U_A, U_B, U_C - фазные напряжения сигнала.

Из выражения /2/ следует, что на частоте ₁ имеют напряжения обратного чередования фаз A, С, B, на частоте ₂ - прямого чередования фаз A, B, C. Напряжение сигнала обратной последовательности на частоте _1/ принимают ФСС 4. Напряжение сигнала прямой последовательности на частоте ₂ принимают ФСС 5. Выражения мгновенных значений напряжений сигнала на соответствующих выходах ФСС 4 и ФСС 5 имеют вид:
Эти напряжения получены в широкой полосе ФСС 4 и ФСС 5, их соответственно подают на УПФ 6 и УПФ 7. На выходе УПФ 6 имеют напряжение U₁(t) согласно описанию формулы изобретения:

На выходе УПФ 7 имеют - U₂(t).

где
₀ - начальные фазы для частот f₁ и f₂ равны.

Это следует из принципа работы передатчика пассивно-активного типа 2, т. к. нельзя начать передавать одну частоту, например ₁, а ₂ не передавать, и наоборот.

₁(t) - набег фазы для частоты ₁ в пункте приема.

₂(t) - для частоты ₂.
Известно, что полоса пропускания зависит от длительности радиоимпульса
При скорости передачи 50 Бод длительность (50 Бод) = 0,02 с, при 100 Бод (100 Бод) = 0,01 с. Полосу пропускания отделяют из выражений

Несмотря на то, что f₂ - f₁ = 100 Гц, частоты f₁ и f₂ при приеме не будут перекрываться в полосе пропускания F_(50Бoд) и F_(100Бoд) т.к. частоту f₁ принимают ФСС 4 обратной последовательности, а f₂ - ФСС 5 прямой последовательности.

В общем случае ₁(t) и ₂(t) являются функциями многих переменных: характера реактивности нагрузки (cos), расстояния, температуры и т.д. В связи с тем, что f₂ - f₁ = 2F, а 2F f₁ или f₂ можно принять для технических расчетов условие
₁(t) ₂(t) = (t). (7)
В умножителе 8 умножают напряжения U₁(t) и U₂(t), в результате получают напряжения разностной и суммарной частот:

С учетом /7/ выражение /8/ примет вид:

Из выражения /9/ следует важный вывод, что первый член не зависит от ₀ и (t).
После ФНЧ 9 имеют напряжение разностной частоты согласно описанию формулы изобретения

Из выражения /10/ следует важный для практики вывод - значение _p не зависит от f₀, а значит и от f₁ и f₂, т.е. при любых значениях частот f₁ и f₂(f₂ - f₁) = 2F дальнейшую обработку сигнала будут производить на частоте 2F = 100 Гц. Для производства каналообразующей аппаратуры это имеет огромное значение, т. к. после ФНЧ 9 приемная аппаратура будет унифицирована. В действительности значение частоты F может на доли герц быть меньше 50 Гц. Это обстоятельство не влияет на реализацию способа, т.к. частота питающего напряжения U(t) в пунктах передачи и приема имеет одно и то же значение F.

На выходе нелинейного элемента 10, который может быть выполнен, например, в виде понижающего трансформатора, нагрузкой которого является диодный мост. Напряжение на выходе диодного моста можно записать:

где
U_m - амплитудное значение выпрямленного напряжения. Разложение /11/ в ряд Фурье имеет вид:

т.е. в /12/ имеют четные гармоники частоты F = 50 Гц:
100 Гц, 200 Гц, ... и т.д.

Если имеют последовательность видеоимпульсов

где
T₅₀ = 1/F.

Разложение /13/ в ряд Фурье имеет вид:

т.е. в /14/ имеют нечетные гармоники частоты F = 50 Гц;
50, 150, 250, ... и т.д.

На выходе фильтра частоты nF 11 имеют напряжение первого гетеродина

где
номер гармоники /четной - для рассматриваемого частного случая/ напряжения U(t) промышленной частоты F.

На выходе фильтра частоты (n+2)F 14 имеют напряжение второго гетеродина:

где

Напряжения U_p(t) и умножают в умножителе 12. На его выходе получают разностную и суммарную частоты. С помощью фильтра частоты (n+2)F 13 выделяют напряжение суммарной частоты.

В умножителе 16 умножают при этом синфазность частот достигают с помощью фазовращателя 15. В фильтре низкой частоты 17 выделяют однополярное напряжение сигнала U_c, которое получают в результате умножения двух напряжений с равными частотами и фазами. /И.С. Гоноровский. Радиотехнические цепи и сигналы. Совет. радио, М., 1967, С. 146/. U_c подают на первый вход интегратора 20, на второй вход которого подают импульсы синхронизатора 18 через фазовращатель 19, с помощью которого совмещают моменты времени начала и конца интервала интегрирования T с началом и концом передачи сигнала. Выход интегратора 20 является информационным.

Повышение помехозащищенности при приеме сигналов обеспечивают следующими факторами:
1. Напряжение сигнала U_c на интервале интегрирования T является однополярным. U_c растет от нуля до T.

2. Напряжение помехи U_п(t) на интервале интегрирования T имеет переменную /флуктуирующую около нуля/ составляющую с математическим ожиданием M[U_п(t)]=0.

3. Выполняют условие

где
T - интервал /время/ интегрирования.

Заявленный способ позволяет осуществлять прием сигналов при отношении сигнал/помеха << 1, что доказывает достижение поставленной цели - повышение помехозащищенности приема сигналов.

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

Формула изобретения

Способ передачи и приема сигналов в трехфазной электрической сети, в котором в пункте передачи преобразуют питающее напряжение U(t) промышленной частоты F в ток сигнала обратной последовательности на частоте f₁ и ток сигнала прямой последовательности на частоте f₂, передают эти токи по трехфазной электрической сети в пункт приема, преобразуют токи сигнала прямой и обратной последовательностей в напряжения прямой и обратной последовательностей на частотах f₁ и f₂(f₂ - f₁ = 2F), отличающийся тем, что преобразуют напряжения прямой и обратной последовательностей в напряжения

в узкой полосе пропускания [₁=2f₁,_o- - начальная фаза в пункте передачи, ₁(t)- набег фазы в пункте приема]
и

в узкой полосе пропускания [₂=2f₂,₂(t) - набег фазы в пункте приема] , умножают U₁(t) и U₂(t), выделяют путем фильтрации напряжения разностной частоты

[_p=₂-₁=22F],
преобразуют питающее напряжение U(t) промышленной частоты F в напряжения первого гетеродина

n - номер гармоники питающего напряжения U(t) промышленной частоты F, 10 n 60 диапазон частот 500 - 3000 Гц,
и второго гетеродина


умножают Up(t) и выделяют путем фильтрации напряжение суммарной частоты

умножают выделяют с помощью фильтрации однополярное напряжение сигнала U_c, интегрируют U_c в интервале времени T, при этом начало и конец интервалов передачи сигнала и интервала интегрирования T соответствуют единым моментам времени перехода питающего напряжения U(t) частоты F через ноль в пунктах передачи и приема.

РИСУНКИ

Рисунок 1