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"-"ЗЕМЛЯ"
GENERATOR BY MR KI GUTIN AND MR SA TSAGAREYSHVILI OF INPUT OF SIGNAL CURRENTS TO 0,4 kV THREE-PHASE POWER TRANSMISSION LINE AS PER "PHASE-PHASE" DIAGRAM WITH "PHASE-EARTH" POWER SOURCE

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.
Задачей изобретения является снижение мощности потребления генератором из линии 0,4 кВ без применения воздушного трансформатора. Генератор прототипа имеет конденсатор, управляемый ключ, блок управления.
1
2
3
4
Технический результат достигается тем, что в 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 конденсатор, введены электролитический конденсатор (второй конденсатор), воздушная катушка индуктивности (катушка), двухфазный двухполупериодный выпрямительный мост, собранный на диодах Д, Д, Д, Д, при этом первый вывод катушки подключен к низковольтной фазе А трансформатора, второй вывод подключен к первой обкладке первого конденсатора, к аноду первого диода, к катоду четвертого диода/ вторая обкладка первого конденсатора подключена к фазе В, к заземленной нейтрали трансформатора (провод «Земля»), катод первого диода подключен к катоду второго диода, к первой обкладке второго конденсатора, к первому входу ключа, вторая обкладка второго конденсатора подключена к выходу ключа, к анодам третьего и четвертого диодов, катод третьего диода подключен к аноду второго диода, к проводу «Земля», блок управления подключен ко второму входу ключа.
1
2
3
4
Результат достигается тем, что введены электролитический конденсатор (второй конденсатор), двухполупериодный выпрямительный мост, собранный на диодах Д, Д, Д, Д, воздушная катушка индуктивности (катушка), при этом первый вывод 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 фазе В, катод первого диода подключен к катоду второго диода, к первой обкладке второго конденсатора, к первому входу ключа, вторая обкладка второго конденсатора подключена к выходу ключа, к анодам третьего и четвертого диодов, катод третьего диода подключен к аноду второго диода, к проводу «Земля», блок управления подключен к второму входу ключа.
На фиг.1 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
4. Воздушная катушка индуктивности (катушка), ее индуктивность равна - L;
5
5. Первый конденсатор, его емкость равна - С;
6. Двухполупериодный выпрямительный мост;
7
7. Второй конденсатор, его емкость равна - С;
8. Управляемый ключ (ключ);
9. Блок управления;
10. 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 17А, при этом коэффициент трансформации воздушного трансформатора равен единице.
Мощность потребления в прототипе с учетом допущений равна:
m
где I = 17A - амплитуда тока прототипа через замкнутый ключ в момент времени его размыкания;
9
R=10 Ом - сопротивление резистора;
пр
0
τ=0,25 Т - длительность замкнутого положения ключа генератора-прототипа.
0
- период частоты f прототипа.
пр
пр
0
В связи с тем, что энергия из сети 0,4 кВ потребляется только в интервале времени τ, когда ключ замкнут, в выражении (1) введен коэффициент 0,25, так как ключ замкнут на время τ=0,25 Т.
Исходные данные для расчета генератора
Частота токов, вводимых в линию 0,4 кВ, равна:
Мощность трансформатора, который запитывает генератор, равна:
Емкость конденсатора 5 равна:
Индуктивность катушки 4 равна:
Активное сопротивление катушки 4 равно:
где Q=10 - добротность катушки 4.
Работа заявленного генератора
0
0
0
Значение величин индуктивности катушки 4 и емкости конденсатора 5 выбраны из условия резонанса тока i в колебательном контуре при протекании тока сигнала i по цепи: катушка 4 - конденсатор 5 - фаза В - провод «Земля» на частоте f=1000 Гц при разомкнутом ключе, при этом индуктивностью и активными сопротивлениями трансформатора пренебрегаем, в связи с их малостью.
Определим емкость конденсатора 7 из выражения:
откуда следует:
1
1
0
В момент времени t подключим генератор к линии 0,4 кВ, когда потенциал фазы А будет больше потенциала «Земля», тогда будут открыты диоды 1 и 3, при этом начнет заряжаться конденсатор 7 током i по цепи: фаза А - катушка 4 - диод 1 - «плюс» конденсатор 7 - «минус» конденсатор 7 - диод 3 - провод «Земля». Конденсатор 7 будет заряжаться до напряжения Е:
0
где Е - амплитуда напряжения 220 В.
0
После заряда конденсатора 7 до напряжения Е схема генератора будет находиться в устойчивом состоянии.
2
1
0
0
1
0
В момент времени t>t начинают коммутировать ключ с частотой f при замыкании ключа на время τ=0,14 Т, при этом через него будет протекать ток по цепи: фаза А - катушка 4 - диод 1 - ключ-диод 3 - провод «Земля». Одновременно будет протекать ток разряда конденсатора 7 по цепи: «плюс» конденсатор 7 - ключ - диод 3 - провод «Земля», а также будет протекать ток подзаряда конденсатора 7 по цепи его заряда током i, при этом ток заряда равен току разряда, которые равны между собой и направлены навстречу друг другу, поддерживая напряжение на обкладках конденсатора 7, равным Е.
0
Определим амплитуду тока через ключ в момент времени размыкания ключа с учетом (2), (5), (6), (9) и принятом значении τ=0,14 Т из выражения:
0
4
0
4
-3
где Е=310 В; R=1,58 Ом; τ=0,14 Т; L=2,52·10 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:
0
m
Таким образом, цель, поставленная изобретением, достигнута, так как мощность потребления заявленного генератора из сети 0,4 кВ снижена в 12 раз без использования воздушного трансформатора. При этом необходимо отметить, что мощность трансформатора 10/0,4 кВ, частота токов f, амплитуда тока I через ключ в момент его размыкания в ПРОТОТИПЕ и заявленном генераторе приняты равными между собой.