Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции по ТАУ (автоматика) - файл ТАУ ЛЕКЦИЯ 14.doc


Лекции по ТАУ (автоматика)
скачать (9255.7 kb.)

Доступные файлы (16):

ЛЕКЦИЯ 1.doc1018kb.17.04.2009 19:32скачать
ЛЕКЦИЯ 2.doc927kb.01.11.2006 00:09скачать
ЛЕКЦИЯ 3.doc1243kb.01.11.2006 00:44скачать
ЛЕКЦИЯ 4.doc945kb.01.11.2006 02:53скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 10.doc776kb.16.02.2007 22:18скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 11.doc1194kb.11.03.2007 17:13скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 12.doc862kb.19.03.2007 22:10скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 13.doc821kb.17.04.2007 03:47скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 14.doc851kb.17.04.2007 04:53скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 15.doc3215kb.12.05.2007 18:25скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 16.doc1084kb.16.05.2007 01:19скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 5.doc799kb.02.11.2006 03:20скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 6.doc595kb.14.11.2006 00:39скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 7.doc476kb.10.02.2007 11:42скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 8.doc1189kb.10.02.2007 11:43скачать
ТАУ ЛЕКЦИЯ 9.doc1155kb.10.02.2007 02:00скачать

ТАУ ЛЕКЦИЯ 14.doc

Лекция 14.
Методы преобразования сигналов.

Электрические сигналы, подлежащие передаче в системах те­лемеханики, в большинстве случаев лежат в низкочастотной части спектра (в диапазоне от нуля до нескольких десятков герц). Непосредственная передача этих сигналов между ПУ и КП иногда используется в так называемых системах интенсивности, но дальность действия подобных систем ограничена и редко превышает несколько десятков метров, так как низкочастотные сигналы наиболее сильно подвержены воздействию помех при передаче их на большие расстояния. Так как полоса пропускания воздушных линий связи обычно начинается от 0,5 кГц, для согласования низкочастотного сигнала с высокочастотной линией связи производят перенос спектра передаваемого сигнала в высокочастотную область.

Для этого низкочастотный сигнал приводят в однозначное соответствие с одним из параметров высокочастотного колебания, называемого несущим. Такое преобразование спектра называют модуляцией, а устройство, осуществляющее модуляцию, - модулятором. Существуют непрерывные, импульсные и цифровые методы модуляции.

^ Непрерывные методы модуляции.

В непрерывных методах модуляции в качестве несущего используют непрерывное гармоническое колебание, вырабатываемое высокочастотным генератором. В зависимости от того, какой именно параметр несущего колебания изменяется в соответствии с изменением низкочастотного сигнала, различают модуляции амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ).

Рассмотрим амплитудную модуляцию (рис. 14.1). Пусть имеются модулирующий входной сигнал (см. рис. 14.1, а) и несущее гармоническое колебание (см. рис. 14.1, а), причем несущая частота значительно больше частоты входного сигнала , а начальные фазы и примем равными нулю. В результате модуляции амплитуда несущего колебания становится связанной с модулирующим сигналом следующим образом:

,

где - амплитуда несущего сигнала; Х - амплитуда входного сигнала; - коэффициент модуляции.

Тогда выражение для модулированного сигнала будет иметь вид

.

Раскрыв скобки, по теореме произведения косинусов получим

,

т.е. модулированный сигнал состоит из трех составляющих с час­тотами , и и соответственно с амплитудами и . Следовательно, полоса пропускания линии связи должна быть для такого сигнала не менее 2.



Рис. 14.1. Амплитудная модуляция: а – входной сигнал; б – модулированный сигнал; в – детекти-

рованный сигнал; г – структурная схема преобразования сигнала.
Если входной сигнал является периодическим с частотой , но имеет сложную форму, то его согласно преобразованию Фурье можно представить в виде суммы составляющих гармоник с частотами и т.д. Соответственно в спектре модулирован­ного сигнала появятся составляющие с частотами и т.д. При импульсных и непериодических входных сигналах этот ряд оказывается бесконечным, но мощность высших гармоничес­ких составляющих очень мала, и практически спектр модулиро­ванного сигнала можно считать ограниченным.

Таким образом, независимо от формы сигнала в результа­те модуляции происходит перенос его спектра из низкочастотной области в высокочастотную: с частоты на частоту . Частота высокочастотного колебания выбирается в зависимости от вида и полосы пропускания линии связи. Само по себе модулирован­ное колебание информации не несет, поэтому при приеме произ­водят его обратное преобразование, выделяя исходный низкочас­тотный сигнал. Такое преобразование называется демодуляцией, а соответствующее устройство демодулятором.

Для демодуляции АМ-колебаний сигнал пропускают через амплитудный детектор, в качестве которого используют одно- или двухполупериодный выпрямитель. В результате получают демодули­рованный сигнал , форма которого (для двухполупериодного выпрямителя) показана на рис. 14,1, в. В этом сигнале присутствует исходная составляющая с частотой , для выделения которой ис­пользуют фильтр низких частот (ФНЧ) с соответствующей АЧХ.

Существенным недостатком метода амплитудной модуляции яв­ляется его низкая помехоустойчивость. Это происходит потому, что сигнал помехи с частотой , всегда присутствующий в линии связи, складываясь с полезным сигналом , изменяет прежде всего его амплитуду. А так как амплитуда АМ-колебания является информативным параметром, то после демодуляции вы­деленный сигнал (см. рис. 14.1, г) заметно отличается от переданного сигнала .

При частотной модуляции частота несущего колебания изме­няется в соответствии с информационным сигналом (рис. 14.2):

,

где - девиация частоты.

При фазовой модуляции изменяется фаза несущего колебания в соответствии с информационным сигналом:

,

где - девиация фазы.



Рис. 14.2. Некоторые виды модуляции.


При частотном и фазовом методах модуляции требуется более широкая полоса пропускания линии связи, чем при амплитуд­ном, но зато они значительно более помехоустойчивы.

Для того, чтобы обеспечить двустороннюю передачу сигналов, на каждом конце линии связи должны быть и модулятор, и демо­дулятор. В совокупности такое устройство называют модем. В систе­мах передачи данных модем является основной частью устройства преобразования сигналов (УПС).

^ Импульсные методы модуляции.

В импульсных методах модуляции несущим колебанием являет­ся периодическая последовательность прямоугольных импульсов. Модулятор в соответствии с изменением низкочастотного сигна­ла изменяет какой-либо параметр этой последовательности (см. рис. 14.2) импульсов: амплитуду (амплитудно-импульсная модуляция - АИМ), частоту (частотно-импульсная модуляция - ЧИМ), длительность (широтно-импульсная модуляция – ШИМ), момент появления (фазоимпульсная модуляция - ФИМ) и др.

Принципиальное отличие импульсных методов модуляции от непрерывных заключается в том, что с их помощью можно пере­давать значения сигнала лишь в отдельные моменты времени - ­моменты передачи очередных импульсов. Следовательно, непре­рывные сигналы (например, телеметрические) при импульсной модуляции необходимо подвергать квантованию по времени. Струк­турная схема системы с импульсной модуляцией аналогична схе­ме, показанной на рис. 14.1, г. Для демодуляции сигнала необходи­мо измерять тот параметр импульсов, который несет информа­цию (амплитуду, длительность, частоту и т.д.).
^ Цифровые методы модуляции

Рассмотренные ранее методы модуляции позволяют в принципе абсолютно точно передать значение сигнала (непрерывные - в любой момент времени, импульсные - в отдельные моменты вре­мени). Однако точность передачи при практическом использова­нии этих методов ограничена воздействием помех и неидеальностью характеристик модулятора, линии связи, демодулятора и дру­гих устройств, участвующих в передаче сигнала.

Несравнимо более высокую точность передачи сигнала обеспе­чивают дискретные, или цифровые, методы модуляции, так как в этом случае сигнал подвергается квантованию как по времени, так и по уровню.

При этом, увеличивая число уровней квантования (и соответ­ственно разрядность кода), можно сделать ошибку квантования по уровню сколь угодно малой. Естественно, что за это приходит­ся расплачиваться увеличением времени передачи сигнала или расширением требуемой полосы пропускания линии связи (если увеличивать частоту следования импульсов). Представление дис­кретного по времени и уровню сигнала в виде цифрового кода осуществляется по определенным правилам в соответствии е при­нятым методом кодирования. Устройства, осуществляющие коди­poвaниe сигнала и его обратное преобразование - декодирова­ние, называют соответственно кодером и декодером.

Так как при цифровых методах модуляции информацию несет не какой-либо параметр импульсов, а вид кодовой комбинации, то при приеме нет необходимости измерять искаженные в линии связи амплитуду, длительность или частоту импульсов с неизбеж­ной при этом ошибкой измерения .. Следует только решить, есть импульс в определенный момент времени или его нет. Этим об­стоятельством и объясняются столь высокие точность и помехоу­стойчивость цифровых методов модуляции. Так, если точность непрерывных и импульсных систем ТИ составляет 0,5 ... 1,0 %, то цифровые системы позволяют достигнуть точности 0,05 ... 0, 1 % и выше.

Цифровые методы модуляции обеспечивают передачу инфор­мации без накопления ошибок за счет преобразования сигнала в пунктах ретрансляции, что позволяет создавать сис­темы с практически неограниченной дальностью действия. Кроме того, цифровые сигналы не требуют дополнительных преобразо­ваний при вводе-выводе из ЦВМ, широко применяемых в теле­механике.

Все это обусловило исключительное использование цифровых методов для передачи телемеханической информации.
^ Канал связи по линии электропередачи.

Каналы связи по линиям электропередачи высокого напря­жения применяются в энергосистемах для связи и телемеханики. Передача сигналов по линиям высокого напряжения осуществляется токами высокой частоты в диапазоне от 30 до 500 кГц. Уровень высокочастотного сигнала на линиях 35 ... 220 кВ со­ставляет примерно + 40 дБ (10Вт) и служит достаточным обес­печением соотношения сигнал/помеха.

Затухание на километр линии в диапазоне 50 ... 300 кГц вы­соковольтных линий длиной до 300 км определяется по формуле

,

где f – частота сигнала, кГц; k – коэффициент затухания.

Для линий 35 кВ k=0,012; 110 кB - k=0,009; 220 кВ - ­k=0,0065.

С целью получения стабильного КС применяют высокоча­стотную работу линий, которая обеспечивает постоянное зату­ханиев линии, не зависящее от коммутационных переключений в высоковольтной сети. Для высокочастотной обработки и при­соединения используются. выпускаемые промышленностью вы­сокочастотные заградители, конденсаторы связи и фильтры при­соединения .

На рисунке 14.3 изображена принципиальная схема исполь­зования для канала телемеханики высоковольтной линии элек­тропередачи, что оказывается наиболее целесообразным при те­лемеханизации электрических станций, подстанций и систем.


Рис. 14.3. Схема уплотнения канала связи по линии электропередачи.
Высоковольтные линии более надежны по механической и электрической прочности, чем линии связи, и непосредственно соединяют все электрические станции и подстанции. Приемник и передатчик телемеханических сигналов включают с двух сто­рон через высоковольтные конденсаторы связи С3 и С4 малой емкости к одной из фаз высоковольтной линии электропередачи. Передатчик и приемник телемеханических сигналов работают на высоких частотах, для которых сопротивление конденсаторов С3 и С4 очень мало. В то же время частоте 50 Гц они оказывают большое сопротивление, вследствие чего напряжение промыш­ленных токов не поступает в приемно-передающие устройства. Резонансные контуры, состоящие из L1C1- и L2С2-цепочек, не позволяют высокой частоте проникать в другие элементы элек­трической сети, а для промышленной частоты они представля­ют очень малое сопротивление. Обычно приемники и передат­чики ППl и ПП2 работают на одной и той же частоте.

Возможна организация каналов телемеханики также по рас­пределительным силовым сетям 0,4 ... 10 кВ, но в связи с высоким уровнем помех, большой их разветвленностью и непостоянством нагрузок затрудняется их высокочастотная обработка, а без обработки распределительные сети имеют относительно большое и непостоянное затухание, неравномерное по частоте и времени.

Для организации узкополосных каналов телемеханики в распределительной сети 0,4 .. , 10 кВ используют частоты в диапазоне 175 ... 3000 Гц и 10 ... 60 кГц без высокочастотной обработки линий.








Скачать файл (9255.7 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации