BR112012007208B1

BR112012007208B1 - Dispositivo para modificar uma tensão alternada e sistema de comunicação

Info

Publication number: BR112012007208B1
Application number: BR112012007208-0A
Authority: BR
Inventors: Wolfgang Kemmler; Mathias Tramm; Eckhard Bröckmann; Daniel Trollhagen; Wilfried Beck
Original assignee: Aizo Group Ag
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2019-10-08
Also published as: HUE027753T2; ZA201202251B; ES2538250T3; EP2483990A1; CN102668322A; BR112012007208A2; HUE025510T2; CN102668395B; WO2011038912A1; WO2011039334A2; ES2578777T3; EP2483990B1; US9991813B2; US20120224645A1; WO2011039334A3; CN102668322B; IN2012DN02881A; US9401654B2; IN2012DN02882A; EP2484019B1

Abstract

dispositivo para modificar uma tensão alternada , tensão alternada com sinal de dados superposto , processo para transmissão de dados , uso de um receptor , bem como arquitetura de comunicação a presente invenção refere-se a disposto (1) para modificar uma tensão alternada, em que o dispositivo (1) dispõe de uma entrada (1) para conexão com uma fonte de tensão alternada e uma saída (3) para conexão com um circuito de carga. o dispositivo (1) apresenta um disjuntor (15) de tal como conformado que ao menos dentro de uma janela temporal (35) a saída (3) pode ser separada da fonte de tensão alternada , em que a janela temporal (35) apresenta uma distância temporal (36) da passagem em zero (40) da tensão da fonte de tensão alternada. na saída (3) o dispositivo apresenta o terminador (20) , o qual , especialmente , está de tal modo conformado juntamente com o disjuntor (15) que na janela temporal (35) seja apresentada a tensão na saída (3) do dispositivo (1) apresentando um valor (37) predefinido ou predefínivel. além disso, dispositivo (1) apresenta um gerador de forma pulso (8) para gerar uma forma de pulso predeterminada ou predeterminável, bem como meios de controle (4) que operam de tal maneira o terminador (20) e o disjuntor (15) que a curva da tensão na saída (3) do dispositivo (1) pode ser modificada de modo correpondente á forma de pulso predeterminada pelo gerador de forma de pulso (8).

Description

DESCRIÇÃO [001] A presente invenção refere-se a um dispositivo para modificar uma tensão alternada e a um sistema de comunicação.

[002] São conhecidos do estado da técnica diferentes dispositivos e processos para modificação de uma tensão alternada. Por exemplo, na chamada Powerline Communication (PLC) (comunicação linha de força) da tensão alternada é superposto em uma rede de corrente predial um sinal de alta frequência, com cujo auxílio podem ser transmitidos dados. Um processo deste tipo apresenta, todavia, desvantagem de que os respectivos circuitos de corrente, baseado na alta frequência empregada, agem como antenas e os dados desta forma transmitidos são visíveis em um outro circuito.

[003] No documento US20040037221 é proposto modificar de tal ordem a onda senoidal do abastecimento de corrente que as semiondas abastecimento de corrente alternada são eliminados no todo ou na metade a fim de aplicar desta maneira um sinal de dados na tensão alternada. Baseado no acesso massivo no abastecimento da tensão ocorre que aparelhos acoplados na rede não podem mais ser operadas de uma forma ordenada. Uma lâmpada, por exemplo, mostra as interferências de rede por cintilação.

[004] A partir da patente europeia EP1134910A2 passou a ser conhecido um processo que através de circuitos zero de extensão variável ou supressões das tensões de abastecimento define diferentes espécies de bits, viabilizando ao receptor com uma simples comutação detectar os tipos dos bits e avaliar as respectivas informações de comando. Neste processo de transmissão de dados é tecnicamente possível transmitir informações para várias unidades consumidoras aco

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2/20 pladas em um abastecimento de tensão alternada comum, sendo que envolvendo a passagem zero da tensão se verifica uma interrupção na linha, ou seja, uma supressão. Condicionado ao sistema, as unidades consumidoras, todavia, não podem possuir parcelas de carga indutivas ou capacitivas porque esta supressão da tensão explicada prejudicaria na passagem zero da curva de tensão.

[005] A patente europeia EP 1675274 mostra que por meio de uma chave o fluxo da corrente de uma fonte para uma carga será interrompido e potências reativas da carga serão derivadas por uma resistência elétrica de reduzido índice ôhmico. Para transmissão de dados, é aplicada uma redução do potencial eficaz na rede de tensão alternada. Constitui desvantagem especialmente em um dispositivo deste tipo a elevada solicitação da rede no desligamento, o que se expressa em um EMV deficiente.

[006] Constitui objeto da presente invenção vencer as desvantagens do estado da técnica. Especialmente deverá ser disponibilizado um dispositivo para modificar uma tensão alternada, uma tensão alternada com sinal de dados superposto e um processo para transmissão de dados em uma rede de tensão alternada, que se caracteriza especialmente por uma compatibilidade eletromagnética (EMV) ótima.

[007] Esta tarefa será solucionada pelo dispositivo definido na reivindicação de patente 1 independente pela tensão alternada definida na reivindicação de patente 8 independente, bem como pelo processo para transmissão de dados definido na reivindicação de patente 14 independente. Outras modalidades resultam das reivindicações dependentes.

[008] Aqui e em seguida, se compreende com a expressão de rede de tensão alternada uma rede elétrica que assegura dentro de uma unidade fechada, por exemplo, dentro de uma casa, uma residência, um prédio, um veículo, um trem, uma embarcação, uma aeronave

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3/20 etc. o abastecimento de energia de diferentes aparelhos por meio de uma tensão alternada com fio. De modo correspondente, sob a expressão de fonte de tensão alternada, se compreende um gerador, uma estação de transformadores, uma subestação, um ondulador de uma instalação fotovoltaica.

[009] Um dispositivo de acordo com apresente invenção para modificar uma tensão alternada dispõe de uma entrada para ser conectada com uma fonte de tensão alternada e de uma saída para conexão com um circuito de carga. O dispositivo apresenta, além disso, um disjuntor. Este disjuntor está de tal modo conformado que ao menos dentro de uma janela de tempo corta, ao menos parcialmente, de forma controlada a saída da fonte da tensão alternada. Com um corte parcial se compreende que ao menos uma carga de alto índice ôhmico é integrada entre a entrada e a saída do dispositivo. Pode, portanto, continuar a fluir uma parcela reduzida de corrente. Todavia, também pode se imaginar que o disjuntor separe completamente o condutor L. A janela de tempo apresenta uma distância definida temporal ou definível da passagem zero da tensão a partir da fonte de tensão alternada. No caso, pode se tratar de uma única ou de várias janelas de tempo que se distribuem pela duração de uma onda senoidal. Uma ou várias janelas de tempo podem estar dispostas na meia onda-positiva, na meia-onda negativa ou nas duas meia-ondas da onda senoidal.

[0010] Quando o dispositivo para transferência de sinais de dados for usado através da rede de tensão alternada, poderá ser usado, por exemplo, a passagem em zero da tensão alternada para sincronização da janela de tempo do dispositivo com a janela receptora de um receptor de conformação correspondente. Desta maneira, pode-se dispensar um reconhecimento mais complexo do início de um sinal, ou seja, de um bit sem que a segurança contra interferência do sistema seja prejudicada. O receptor sabe precisamente quando deve esperar um

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4/20 sinal. Especialmente, através de um timer podem ser definidas determinadas janelas de transmissão e janelas de recepção. Com a passagem por zero da tensão de rede estará, portanto, disponível um meio que permite uma sincronização precisa do transmissor do receptor. [0011] Além disso, na saída o dispositivo apresenta um chamado terminador. Este terminador está especialmente de tal forma conformado especialmente em conjunto com o interruptor que na janela de tempo a tensão apresenta na saída do dispositivo um valor predefinido ou predefinível. Pelo fato de que o circuito de carga em caso normal apresenta não apenas cargas ôhmicas, porém, geralmente, também apresenta carga capacitiva, a queda da curva da tensão se verificará na saída do dispositivo por ocasião do corte da fonte de tensão alternada, e isto de uma maneira indefinida. Portanto, apenas por meio de um terminador controlado torna-se possível lograr uma modificação definida da tensão alternada na saída do dispositivo e impulsos de interferência eventualmente existentes serem suprimidos eficazmente da carga, por exemplo, picos indutivos de motores.

[0012] Além disso, o dispositivo apresenta um gerador de forma de pulso, que gera uma forma de pulso predeterminada ou predeterminável. No caso, pode ser produzido um único pulso com uma forma de pulso determinada ou também vários pulsos com uma ou várias formas de pulsos diferentes. No caso, a forma de pulso púnica pode ser retangular trapezoidal em forma de Gauss ou em formato sin². Naturalmente, também, se pode imaginar outras formas de pulsos ou suas combinações.

[0013] Além disso, o dispositivo apresenta meios de controle que atingem o terminador e o disjuntor de tal maneira que a curva da tensão na saída do dispositivo pode ser modificada de modo correspondente à forma de pulso previamente indicada pelo gerador de forma de pulso. Deste modo, terá de ser modificado especialmente o flanco da

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5/20 curva de tensão de modo correspondente à forma do pulso. Para lograr a menor possível solicitação da rede de tensão alternada com interferências eletromagnéticas de alta frequência, será vantajosamente selecionada aquela forma de pulso que ocasiona o menor possível número de interferência de alta frequência na rede de tensão alternada. Ficou evidenciado que neste caso uma forma de pulso em forma de sin² ou em forma de Gauss garante a melhor compatibilidade. A modificação da tensão alternada não é dada meramente pela forma do pulso, também é necessário considerar outros fatores como, por exemplo, a extensão do desvio.

[0014] De preferência, tanto o terminador como também o disjuntor, serão formados por um transistor de carga, o qual, além de uma mera função comutadora de liga/desliga, também pode ser ativado de forma controlada de maneira que podem ser reproduzidas as formas de pulso desejadas. Todavia, também, se pode imaginar que para tanto sejam usados outros elementos de comutação.

[0015] Na fonte de tensão alternada trata-se, em caso normal, de uma rede de tensão alternada local como é normalmente acoplada na instalação doméstica m um distribuidor. Comumente, a entrada do dispositivo será acoplada diretamente atrás do autômato de segurança de um circuito de corrente ou de carga e a saída depois será unida com o circuito da corrente ou de carga. O dispositivo poderá, todavia, também ser integrado em outro ponto no circuito de corrente. Compreende-se logicamente que o dispositivo pode ser conformado além do sistema comum na Europa de 220/240 V - 50 Hz, também poderá ser conformado para redes de tensão alternada com 110/120 V - 60 Hz e suas combinações aleatórias. Redes de tensão alternadas com outras tensões, bem como redes de tensão alternada com frequências de rede divergentes dos comuns 50/60 Hz também podem ser imaginadas.

[0016] A janela de tempo pode apresentar uma faixa de 10 ps até

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300 με, preferencialmente 20 με até 200 με, especialmente preferido 25 μs até 100 μs. Pelo fato de que a janela de tempo não é escolhida demasiado grande, poderá ser assegurado que apenas uma parcela reduzida em potencial seja usado na rede de tensão alternada para a transmissão de dados, não estando, portanto, disponível para a transferência de energia. Todavia, também é possível selecionar as janelas de tempo maiores.

[0017] A distância temporal da janela de tempo da passagem por zero pode ser de zero μs até 10.000 μs, preferencialmente 100 μs até 5.000 μs, especialmente preferido 200 μs até 1.000 μs. No caso, a janela de tempo poderá ser disposta tanto na onda senoidal positiva como também na onda senoidal negativa. De modo correspondente, uma ou ambas as passagens por zero podem ser usadas para determinar a distância temporal. Especialmente no caso de uma distância temporal de zero, ou seja, na passagem por zero, não se pode produzir uma modulação. Quando a distância temporal da passagem zero não for zero, a modificação na tensão alternada poderá se verificar de forma mais nítida, isto é, podendo ser reconhecida de uma forma mais fácil. Assim, em um primeiro segmento, a tensão alternada sobe como é comum, que depois é modificada pelo disjuntor e pelo terminador para um valor definido. Portanto, existe um flanco definido no início da janela de tempo. Da mesma maneira com uma distância adequada da passagem por zero pode ser obtido um flanco ascendente, quando o fim da janela de tempo se encontrar no flanco descendente da onda senoidal. Com a religação do disjuntor, será gerado um flanco de pulso positivo tanto no flanco ascendente como também no flanco descendente da onda senoidal.

[0018] O valor da tensão poderá ser aproximadamente constante na janela temporal. No caso, compreende-se com a expressão constante que a curva se desvia dentro de uma faixa de 5% a 95% da ja

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7/20 nela temporal, especialmente uma curva ponderada no caso de um sinal alternado superposto, inferior a 20%, preferencialmente inferior a 10%, especialmente preferido inferior a 5% de um valor de partida no momento do início da janela temporal. No caso, este valor de partida pode estar situado em zero ou em um outro valor de tensão.

[0019] Alternativamente, contudo, também, o desvio da tensão na janela temporal do valor teórico da tensão alternada aplicada na entrada do dispositivo pode ser aproximadamente constante. Neste caso, compreende-se com a expressão aproximadamente constante que o aumento da curva dentro de uma faixa de 5% a 95% da janela temporal, especialmente de uma curva ponderada no caso de um sinal alternado superposto, diverge em menos do que 20%, preferencialmente menos do que 10%, especialmente preferido menos do que 5% do aumento da curva senoidal teórica da tensão alternada.

[0020] Deve se observar que os dois flancos de uma curva envolvente do desvio estão temporalmente separados. Assim sendo, a curva envolvente do desvio deverá corresponder aproximadamente a um trapézio, com base na curva senoidal teórica. Deve-se evitar uma janela temporal demasiado curta quando os dois flancos se tocam.

[0021] O dispositivo poderá apresentar na saída um booster (reforçador) que é conformado de tal modo que na liberação da saída pelo disjuntor a curva da tensão na saída do dispositivo é adicionalmente apoiada, ou seja, elevada e desta maneira a curva da tensão apresenta um pulso que corresponde à forma de pulso predeterminada pelo gerador de pulso. Com a expressão booster se compreende um circuito que em caso de necessidade pode regular a tensão do lado da carga para o pico de tensão elevado em relação à massa e alternativamente um circuito deste tipo também será designado como circuito Pull-Up. Especialmente no caso de uma carga capacitiva muito elevada no circuito da carga e na ausência da tensão senoidal, por exem

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8/20 plo, no controle de ronda se prevê que o aclive do flanco positivo da modulação da tensão alternada do lado da carga fique dentro de limites reprodutíveis.

[0022] Baseado nos processos de controle de ronda em redes de abastecimento, a onda senoidal da rede de tensão alternada, em determinados horários do dia, por um determinado espaço de tempo que pode abranger alguns poucos minutos, está sobreposto como uma audiofrequência. Isto resulta em uma instabilidade significativa da passagem por zero da onda de tensão alternada do lado da fonte e, portanto, em um momento que nãom ais pode ser claramente predefinido para a geração da modulação da tensão alternada, porque a passagem por zero da onda senoidal, em virtude da superposição com uma audiofrequência se apresenta mais cedo do que em caso normal. Deste modo, em um momento da interrupção próximo da passagem por zero é difícil poder determinar um momento certo para a modificação da tensão alternada do lado da carga na onda senoidal em queda. Podem se apresentar casos nos quais a tensão de rede na fonte já é tão baixa que um flanco positivo da modulação da tensão alternada não mais pode ser representado. O booster faz com que mesmo no lado da carga surja um flanco de pulso crescente e reconhecível na tensão alternada. Para tanto, por exemplo, poderá ser carregada continuamente da fonte uma capacidade de amortecimento de extensão suficiente. Esta capacidade serve de um reservatório de energia para o booster.

[0023] Além disso, o dispositivo pode apresentar na entrada uma carga de substituição que depende da modificação produzida e que está de tal modo conformada que a separação da saída da fonte da tensão alternada não pode por esta ser percebida. Uma carga de substituição deste tipo no lado da fonte compensa as alterações de corrente abruptas que são geradas pela separação da fonte do circuito de carga através do disjuntor do dispositivo e que na dependência da

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9/20 intensidade da impedância da fonte pode resultar em alterações na tensão no circuito de fonte. Com uma carga de substituição desta natureza, a modificação da tensão alternada no lado da fonte não é mais visível. Com relação à fonte de tensão alternada, o dispositivo está isento de ações retrogradas. Portanto, é negligenciável uma diafonia em circuitos de corrente vizinhos. Além disso, será reduzido de forma intensa a solicitação das interferências de alta frequência vinculados a linhas do lado da fonte.

[0024] Uma tensão alternada de acordo com a presente invenção com sinal de dados superpostos apresenta ao menos dentro de uma janela temporal um desvio da curva senoidal aproximada da tensão de uma fonte de tensão alternada. No caso, a janela temporal apresenta uma distância temporal da passagem por zero da tensão alternada de uma fonte de tensão alternada. O sinal de dados está integrado no desvio da curva senoidal aproximada da tensão de uma fonte de tensão alternada. No caso, o sinal de dados poderá estear modulado de diferentes maneiras, por exemplo, através de uma modulação de amplitude de pulso, modulação de amplitude, modulação da distância temporal da passagem por zero, modulação da distância de pulso no caso de vários pulsos, modulação da forma de pulso e da extensão do pulso. Compreende-se naturalmente que também outras formas de modulação e/ou uma combinação de forma de modulação são possíveis. O valor da tensão na janela temporal corresponde no caso a uma forma de pulso predeterminada. Além disso, o valor da tensão na janela temporal pode ser aproximadamente constante, sendo que com a expressão aproximadamente constante se compreende a mesma definição conforme já acima mencionado. Da mesma forma, o desvio da tensão na janela temporal poderá ser aproximadamente constante em relação à curva senoidal aproximada da tensão de uma fonte de tensão alternada. Aqui também se deve compreender com a expressão

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10/20 aproximadamente constante a definição já acima explicada.

[0025] Os flancos do desvio da curva senoidal aproximada da tensão alternada podem corresponder a uma forma de pulso predeterminada ou predeterminável. Pode se conseguir desta maneira que, por exemplo, a tensão alternada é otimizada com sinal de dados superpostos relativamente a EMV (compatibilidade eletromagnética). Mostrou ser vantajoso que os flancos de uma curva de sin² ou de uma curva de Gauss são aproximadas. Outras formas de flancos também são imagináveis.

[0026] A janela temporal pode apresentar uma faixa de 10 ps até

300 ps, preferencialmente de 20 ps até 200 ps especialmente preferido de 25 ps até 100 ps. Pelo fatio de que a janela temporal não é selecionada demasiado grande poderá ser assegurado que apenas uma reduzida parcela de potencial será usado na rede de tensão alternada para a transmissão de dados e, portanto, não estará disponível para transferência de energia. Todavia, também é possível que as janelas temporais sejam selecionadas maiores. No caso, deve-se observar, todavia, que os aparelhos não sejam afetados no circuito de carga.

[0027] A distância temporal da janela temporal da passagem por zero pode ser de 0 ps até 10.000 ps, preferencialmente 100 ps até 5.000 ps, especialmente de modo preferido 200 ps até 1.000 ps. No caso, a janela temporal pode estar disposta na onda senoidal positiva ou também na onda senoidal negativa. De modo correspondente, poderá ser usada uma passagem por zero a outra passagem por zero ou ambas as passagens por zero para a determinação da distância temporal. Quando a distância temporal não for zero, então a modificação da tensão alternada poderá ser reconhecida de modo mais nítido, isto é, mais simples. Assim, em um primeiro segmento, a tensão alternada aumenta como é usual, antes que depois seja modificada para um valor determinado pelo disjuntor e pelo terminador. Surge, portanto, um

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11/20 flanco definido no início da janela temporal. Da mesma forma, com distância adequada da passagem por zero pode ser obtido um flanco crescente quando a extremidade da janela temporal se encontrar a uma distância em relação à passagem zero.

[0028] Em um processo de acordo com a presente invenção para transmissão de dados de um transmissor para um receptor em uma rede de tensão alternada, o transmissor está disposto no lado da fonte do receptor e o receptor está disposto do lado da carga do transmissor. O transmissor modifica a tensão alternada de uma fonte de tensão alternada de tal maneira que esta corresponde à tensão alternada acima descrita com sinal de dados superposto.

[0029] Em uma arquitetura de comunicações de acordo com a invenção para a transmissão de dados em uma rede de tensão alternada com um circuito real, um distribuidor, ao menos dois circuitos de carga com uma ou várias unidades consumidoras, está alocado ao circuito de carga, um dispositivo conforme acima definido. Além disso, está alocado para unidade consumidora um receptor que recebe um sinal de dados superposto na tensão alternada e é realizado o controle do consumidor de modo correspondente ao sinal de dados recebidos. Além disso, os dispositivos de ao menos dois circuitos de carga estão interligados através de um bus de dados (barramento de dados) para comunicação recíproca e/ou com um computador central opcional.

[0030] Um outro aspecto da invenção se refere ao emprego de um receptor para leitura de sinais de dados a partir de uma tensão alternada acima descrita.

[0031] Um outro aspecto da invenção se refere ao emprego de um receptor em um aparelho elétrico para possibilitar a seleção de sinais de dados de uma tensão alternada acima descrita. No caso, entre outros, os sinais de dados servem, para influenciar o uso de um aparelho elétrico. Com um emprego desta natureza se compreende, por exem

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12/20 plo, que em um atenuador, em uma chave, em um conjunto estéreo, em uma porta de enrolar, em um forno, em um motor, etc. está integrado em um receptor o qual faz a seleção alternada de sinais de dados recebidos pela linha de rede, realizando o processamento do sinal de dados e controlando o aparelho de modo correspondente ao sinal de dados, ou seja, uma ação de atenuação, promove a ligação ou desligamento, regula o volume mais alto ou mais baixo, abrir ou fechar ou regular a temperatura para um valor predeterminado.

[0032] Baseado em figuras que apresentam apenas exemplos de execução, a invenção será, em seguida, explicitada. As figuras mostram:

[0033] figura 1 - um dispositivo de acordo com a invenção para modificar a tensão alternada;

[0034] figura 2 - um circuito booster;

[0035] figura 3 - recorte de uma tensão alternada modificada de acordo com a invenção;

[0036] figura 4 - circuito receptor exemplificado;

[0037] figura 5 - meia-onda positiva de uma tensão alternada modificada de acordo com a invenção;

[0038] figura 6 - arquitetura de comunicação de acordo com a invenção; e [0039] figura 7 - um diagrama funcional de um dispositivo de acordo com a invenção.

[0040] A figura 1 apresenta um dispositivo 1 de acordo com a invenção para modificação de uma tensão alternada. O dispositivo 1 dispõe de uma entrada 2 e de uma saída 3. O dispositivo será acoplado com sua entrada 2 em uma rede de tensão alternada. Na saída 3 do dispositivo 1 poderá ser acoplado um circuito de carga. Um circuito de carga deste tipo poderá apresentar várias unidades consumidoras. No condutor L, entre a entrada 2 e a saída 3, está integrado um disjun

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13/20 tor 15. Este disjuntor 15 será de tal modo ativado por um meio de controle 4 que o condutor L será interrompido entre a entrada 2 e a saída 3 na região de uma janela de tempo. Esta janela de tempo será gerada dentro do meio de controle 4 de modo definido por um indicador de janela transmissora 6. A carga no circuito de carga, que pode ser acoplada na saída 3 do dispositivo 1, pode apresentar parcelas capacitivas. Desta maneira, na interrupção do condutor L, a tensão na saída 3 não cai como é desejado. Por esta razão, entre o condutor neutro N e o condutor Lout, do lado da saída, está previsto um terminador 20. Este terminador 20 será de tal modo operado pelo meio de controle 4 que durante a janela temporal promove um curto circuito do condutor neutro N e do condutor Lout no lado da saída, ou pode aplicar ao menos uma carga de baixo índice ôhmico. Depois de decorrida a janela temporal será novamente liberada a interrupção do condutor L entre a entrada e saída do disjuntor 15. Ao mesmo tempo, o terminador 20 bloqueia novamente ou será regulado com elevado índice ôhmico de maneira que o condutor neutro N será separado do condutor Lout. Em caso ideal, aumenta, todavia, agora imediatamente a tensão alternada modificada para o valor aplicado na entrada 2. Quando, todavia, devido a cargas capacitivas demasiado elevadas ou por uma resistência interna elevada da rede, no lado do circuito de carga a tensão na saída 3 não puder aumentar com suficiente rapidez e, portanto, não sendo formado um pulso reconhecível de modo confiável na onda senoidal, passa a ser usado um booster 25 (reforçador). Tais situações podem surgir especialmente durante a transmissão para o lado da rede de sequências de controles de ronda, o momento da passagem por zero nem sempre pode ser claramente definido. É possível, portanto, que o momento da modificação da tensão alternada da curva da tensão alternada no lado da carga seja defasado em tal extensão na direção da passagem por zero da tensão senoidal em queda que para um flanco

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14/20 ascendente da modificação da tensão alternada não mais está presente tensão alguma. Com o auxílio do booster 25 um flanco em aclive desta natureza será, todavia, gerado. Para tanto, a partir de um gerador de tensão de booster 27 que gera uma tensão, por exemplo, de cerca de -70 V, é extraída corrente adicionalmente da carga no condutor Lout. Como na ativação do booster 25, o disjuntor 15 já conduz na totalidade, o booster 25 também se encarrega da função de gerar um percurso desejado do flanco no condutor Lout. A tensão do booster será diretamente obtida da rede. Entre o condutor por zero N e o condutor L está integrada adicionalmente uma carta de substituição 30. Esta carga de substituição 30 realiza durante a modificação da tensão alternada a função de uma carga para entrada 2. Deste modo, não pode ser reconhecido pela fonte de tensão alternada a modificação da tensão alternada.

[0041] O meio de controle 4 dispõe de um detector de passagem de zero 5. Através deste detector 5 de passagem de zero e de um indicador de janela transmissora 6 será operado um regulador de impulso 9. O regulador de impulso 9 dispõe, além disso, de uma entrada de dados 10 a fim de transferir uma sequência de dados desejada. Através de uma adequação de pico 11, tanto o disjuntor 15 como também o terminador 20, ambos conformados, por exemplo, como transistores, serão comandados. A tensão que está aplicada no condutor Lout no momento da extremidade da janela transmissora será retrocomunicada a um regulador de corrente auxiliar 26. O regulador de corrente auxiliar 26 comandará agora, em caso de necessidade, o booster 25 de tal maneira que este possa reproduzir o valor teórico da curva senoidal aproximada. Para possibilitar uma reprodução deste tipo está previsto um preditor 7. O preditor 7 pode aproximar, por exemplo, através de um desenvolvimento em carreira de Taylor natureza está previsto o traçado senoidal da fonte de tensão alternada. Alternativamente, tam

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15/20 bém o traçado senoidal poderá ser aproximado através da duração da janela temporal, em sentido linear, ou seja, através de um aclive constante viabilizando a aproximação. O regulador de carga substituta 31 comanda a carga substituta 30 na forma de um transistor de tal maneira que no lado da rede a modificação da tensão alternada não pode ser percebida. Para assegurar a menor possível carga por interferências eletromagnéticas de alta frequência, tanto no lado da entrada como também no lado da saída do dispositivo 1, está previsto adicionalmente um gerador de formação de pulso 8 que assegura que os flancos da modificação se projetem de modo correspondente a uma forma de pulso previamente ajustada o que pode ser previamente ajustada. Ficou evidenciado que uma forma de pulso em como Gauss ou sin²relativamente a EMV (compatibilidade eletromagnética) revela bons resultados.

[0042] A figura 2 apresenta um circuito de um booster 25. A partir de uma tensão de booster situada ao redor de aproximadamente - 70 V, em caso de necessidade será adicionalmente extraída corrente da carga no condutor Lout. Como na ativação do booster 25 o transistor do disjuntor já passou totalmente ao estado de condução, o transistor do booster 25 realiza a função de gerar a forma do pulso de acordo com o regulador da forma de pulso no condutor Lout.

[0043] A figura 3 apresenta um recorte de uma tensão alternada modificada de acordo com a invenção. A tensão alternada 34 apresenta em uma janela temporal 35 um desvio 38 da forma teórica de uma tensão senoidal. A envolvente da tensão alternada 34 na região da janela temporal 35 é aproximadamente trapezoidal. No caso, o valor 37 da tensão alternada 34 pode se projetar aproximadamente em paralelo para com a curva senoidal teórica ou poderá ficar aproximadamente em nível constante em uma determinada área. A janela temporal 35 apresenta uma distância temporal 36 da passagem em zero

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16/20 (ver Figura 5) da tensão alternada 34. O flanco 39 em declive da tensão alternada 34 modificada apresenta uma forma que é predeterminada pelo gerador de forma de pulso. Ficou evidenciado que uma forma de pulso produz aproximadamente uma curva sin² ou em uma forma Gauss oferece um valor EMV (compatibilidade eletromagnética) otimizado. De modo correspondente, também o flanco 39' em aclive, depois de decorrida a janela temporal 35, é conformado correspondentemente. Na apresentação de acordo com a Figura 3 são mostradas três janelas temporais 35 de extensões diferentes. Duas das tensões alternadas 34 modificadas apresentam na janela temporal 35 um valor 37, que se projeta aproximadamente em paralelo para com a forma teórica da curva senoidal. Uma tensão alternada 34 modificada que é conformada com a janela temporal mais extensa apresenta, todavia, um valor aproximadamente constante 37 dentro da janela temporal.

[0044] A figura 4 apresenta um circuito de um receptor 45 exemplificado que pode ser acoplado, do lado da carga, em um dispositivo de acordo com a invenção. No lado da entrada, o receptor 45 apresenta dois condutores LIN que de modo convencional são unidos com condutores LIN de uma rede de tensão alternada. O receptor 45 dispõe de um componente de rede 42 que assegura o abastecimento de tensão interno na recepção. Os dois condutores LIN serão aplicados em um reforçador diferencial 47. Partindo do sinal aplicado no reforçador diferencial, com o detector de passagem em zero 49 será determinada a passagem em zero da tensão alternada recebida. O sinal do reforçador diferencial 47 será também conduzido para um filtro passa-banda 48. Este filtro passa-banda suprime especialmente todas as frequências abaixo de 3 kHz. Desta maneira, a frequência de rede que geralmente é de 50/60 Hz e todas eventuais frequências de controle de ronda serão suprimidos seguramente. Da mesma maneira, interferências de baixa frequência de 0 a 3 kHz serão suprimidas. A frequência superior

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17/20 do filtro passa-banda 48 será regulada de tal maneira que os sinais de dados a serem previstos possam ser detectados de modo claro, porém, interferências de alta frequência são suprimidas. De acordo com a experiência, uma frequência superior deste tipo situa-se na faixa de cerca de 90 kHz de maneira que especialmente as frequências portadoras acumuladas na faixa de MHz da conhecida Powerline Communication (PLC)(Comunicação de Linha de Força) como, por exemplo, Homeplug e DS2 são eficazmente suprimidos. Partindo do sinal do filtro passa-banda 48, por meio de um comparador de valor de umbral 57 e um disparador de valor extremo 58 juntamente com a passagem em zero determinada, dentro de uma avaliação digital 59 será realizada uma análise da imagem da tensão conforme o ponto temporal, umbral e valor extremo. O sinal correspondente será alimentado para uma entrada 61 digital de um microcontrolador 60. O microcontrolador 60 decide sobre a validade dos pulsos analisados na janela temporal de recepção, de onde faz a decodificação da informação dos dados para depois comandar uma eletrônica de potencial 62 de tal maneira que um aparelho acoplado na saída 63, é operado de acordo com a informação de dados recebida.

[0045] Alternativamente para com a análise análoga mencionada poderá também ser usado um receptor de correlação digital. Neste caso, um correlacionador fará a comparação na janela temporal de recepção da imagem da tensão de rede com uma forma do pulso de transmissão conhecida ao correlacionador.

[0046] Outra possibilidade reside em que na janela temporal de recepção é usado um receptor digital na base de uma análise de Fourier digital. No caso, o espectro de frequência da imagem da tensão será analisada quanto á coincidência o espectro do impulso de transmissão.

[0047] A figura 5 apresenta uma tensão alternada 34 de acordo

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18/20 com a invenção que dentro de duas janelas temporais 35 apresenta uma modificação na forma de um desvio. As duas janelas temporais 35 estão dispostas a uma distância temporal determinada da passagem em zero 40 da tensão alternada 34. Também pode se imaginar que mais do que duas janelas temporais 35 estejam dispostas em uma meia-onda da tensão alternada.

[0048] A figura 6 apresenta uma arquitetura de comunicação de acordo com a invenção para transmissão em uma rede de tensão alternada. Partindo de um circuito real 50 que é conduzido para uma unidade distribuidora, a rede de tensão alternada será subdivida em diferentes circuitos de carga 53. No caso, cada circuito de carga 53 dispõe - com conexão direta no circuito real 50 - de um autômato de segurança separado 52. Um autômato de segurança 52 desta natureza garante que no caso de uma sobrecarga de um circuito de carga 53, este será separado do circuito real 50 antes de poderem se apresentar danos. Em seguida ao autômato de segurança 62 está previsto um dispositivo 1 que modifica a tensão alternada no circuito de carga 53. Um dispositivo 1 deste tipo poderá também ser designado como transmissor. No circuito de carga 53 estão previstas uma ou várias unidades consumidoras 54. As unidades consumidoras 54 estão agora em condições de detectar o sinal de tensão alternada modificado, que é gerado pelo dispositivo 1, e fazer a seleção do sinal de dados correspondente e fazer o processamento respectivo. Para tanto, cada unidade consumidora 54 dispõe de um circuito receptor integrado. A unidade consumidora 54' possui um receptor externo 45. A unidade consumidora 54' é, por exemplo, uma lâmpada normal. Pelo fato de que esta unidade consumidora 54' está acoplada através de um receptor 45 no circuito de carga 53, através do dispositivo 1 pode ser ligado ou desligado, por exemplo, uma lâmpada convencional 54'. Os dispositivos 1 estão interligados através de um bus (barramento) de dados 55.

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Em caráter adicional, através de um computador central 56 é mostrada qual unidade, igualmente através do bus de dados 5, está em conexão com os dispositivos 1. Desta maneira, torna-se possível comandar as unidades consumidoras 54 pelo computador 56 central. Uma arquitetura de comunicação deste tipo é especialmente vantajosa quando cada dispositivo 1 for configurado não somente como transmissão, mas também abrange meios que permitem a recepção de sinais de dados. Quando, adicionalmente, os receptores 45, ou seja, os receptores integrados das unidades consumidoras 54 dispuserem de uma unidade transmissora, poderá se verificar até mesmo uma comunicação bidirecional entre o receptor e o dispositivo 1, ou seja, o computador central 56.

[0049] A figura 7 apresenta um diagrama funcional de um dispositivo de acordo com a invenção 1. O dispositivo 1 dispõe de uma entrada 2 para ser interligada com uma fonte de tensão alternada. Na saída 3 do dispositivo 1 está representado um aparelho elétrico 4 com um receptor 45 que está diretamente acoplado nos dois condutores N e Lout do dispositivo 1. No condutor L entre a entrada 2 e a saída 3 está integrado um disjuntor 15, o qual faz a separação do condutor L no momento desejado. O disjuntor será operado por um regulador 13. Entre o condutor L e o condutor em zero N está previsto um terminador 20, o qual simultaneamente com a interrupção do condutor L pelo disjuntor 15, do lado da saída, interliga o condutor Lout e o condutor em zero N em nível ôhmico baixo. É assegurado desta maneira que a tensão na saída 3 seja direcionada em sentido descendente. Também o terminador 20 será operado pelo regulador 13. Adicionalmente, entre o condutor L e o condutor em zero N está integrado um booster 25 com uma geração de tensão de booster 27, bem como uma carga substituta. Tanto o booster 25 como também a carga substituta serão operadas pelo regulador 13.

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20/20 [0050] O booster 25 passa a atuar quando, por exemplo, no flanco decrescente da tensão alternada o disjuntor 15 torna a unir os dois condutores L e N e Lout e o terminador 20 novamente estiver bloqueando. Se, a esta altura, a tensão aplicada na entrada 2 não for suficientemente elevada para que seja conseguido um aumento controlado da tensão alternada, por exemplo, no caso de passagem em zero defasada por um sinal de controle de ronda superposto, o booster 25, com o auxílio do gerador de tensão de reforço 27, aplicará forçosamente no condutor Lout um impulso. Desta maneira, no receptor 45, mesmo assim, poderá ser detectado o término da interrupção.

[0051] A carga substituta 30 simula durante a interrupção, ou seja, durante a modificação da tensão alternada, a carga aplicada na saída 3, de maneira que a rede de tensão alternada no lado da entrada não seja solicitada por carga desnecessariamente. Serão suprimidas interferências resultantes por processos comutadores abruptos.

[0052] O regulador 13 está unido com um detector de passagem em zero 5 de maneira que o regulador 13 pode operar o disjuntor 15, o terminador 20 e eventualmente o booster 25 na dependência da passagem em zero da tensão alternada. O regulador 13 dispõe também de entradas dos dois reforçadores de medida 14, 14' que medem o valor real da tensão alternada na entrada 2, ou seja,o valor real do diferencial de tensão entre o condutor LIN na entrada 2 e o condutor Lout na saída 3. Além disso, o regulador 13 dispõe de uma entrada de um controlador 12 que transfere o pulso e outros parâmetros, por exemplo, para a forma de pulso ou sequencia de pulso. Para tanto, o controlador 12 dispõe de uma entrada de dados 10 que pode estar unida, por exemplo, com um computador 56 central (vide figura 6).

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo (1) para modificar uma tensão alternada, em que o dispositivo (1) através de uma entrada (1) está preparado para união com uma fonte de tensão alternada e com uma saída (3) para ligação com um circuito de carga, em que a saída (3) apresenta um condutor neutro (N) e um condutor (Lout), em que o dispositivo (1) apresenta um disjuntor (15) entre a entrada (2) e a saída (3) conformado de tal modo que dentro de ao menos uma janela temporal (35), a saída (3) possa ser separada da fonte de tensão alternada, em que a janela temporal (35) apresenta uma distância temporal (36) da passagem em zero (40) da tensão da fonte de tensão alternada, em que o dispositivo (1) apresenta na saída (3) entre o condutor neutro (N) e o condutor (Lout) um terminador (20), o qual promove um curto circuito do condutor neutro (N ) e do condutor (Lout) no lado da saída, ou pode aplicar ao menos uma carga de baixo índice ôhmico e o qual está de tal modo conformado especialmente em conjunto com o disjuntor (15), que na janela temporal (35) a tensão na saída (3) do dispositivo (1) apresenta um valor (37) predefinido ou predefinível, caracterizado pelo fato de que o dispositivo (1) apresenta um gerador de forma de pulso (8) para gerar uma forma de pulso predeterminada ou predeterminável, e o dispositivo (1) apresenta meios de controle (4) por meio dos quais o terminador (20) e o disjuntor (15) podem ser de tal modo operados que a curva de tensão na saída (3) do dispositivo (1) pode ser modificada de modo correspondente à forma de pulso predeterminada pelo gerador de forma de pulso (8).

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2. Dispositivo (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a janela temporal (35) apresenta uma faixa de 10 ps até 300 ps, preferencialmente de 20 ps até 200 ps, especialmente preferido de 25 ps, até 100 ps.
3. Dispositivo (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a distância temporal (36) da passagem em zero (40) é de 0 ps até 10.000 ps, preferencialmente 100 ps até 5.000 ps, especialmente preferido de 200 ps, até l.000 ps.
4. Dispositivo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o valor (37) da tensão se desvia dentro de uma faixa de 5% a 95% da janela temporal (35) inferior a 20% de um valor de partida no momento do início da janela temporal.
5. Dispositivo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o desvio (38) da tensão na janela temporal (35) do valor da tensão alternada, aplicada na entrada (2) do dispositivo (1) é realizada de tal modo que o aumento da tensão dentro de uma faixa de 5% a 95% da janela temporal (35) diverge menos do que 20% do aumento da curva senoidal teórica da tensão alternada dentro da janela temporal.
6. Dispositivo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o dispositivo (1) na saída (3) apresenta um booster (25) de tal modo conformado que na liberação da saída (3) pelo disjuntor (15), a curva de tensão na saída (3) do dispositivo (1) será adicionalmente reforçada e desta maneira a curva de tensão apresenta um pulso correspondendo à forma de pulso predeterminada pelo gerador de forma de pulso (8).
7. Dispositivo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o dispositivo (1) apresenta na entrada (2) uma carga substituta (30) dependente da modifi

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3/3 cação gerada, sendo de tal modo conformada que a separação da saída (3) da fonte de tensão alternada não pode por esta ser percebida.
8. Processo para transmissão de sinais de dados em uma rede de tensão alternada com um dispositivo (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que para sincronização da janela de tempo (35) do dispositivo (1) com uma janela receptora é empregado um receptor de conformação correspondente da passagem por zero da tensão alternada.
9. Sistema de comunicação para transmissão de dados em uma rede de tensão alternada com um circuito real (50), um distribuidor (51), ao menos dois circuitos de carga (53) com uma ou várias unidades consumidoras (54), em que está alocado ao circuito de carga (53) um dispositivo (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, em que é alocado à unidade consumidora (54) um receptor (45), o qual recebe um sinal de dados superpostos na tensão alternada (34) e realiza o processamento de acordo com a unidade consumidora (54), caracterizada pelo fato de que os dispositivos (1) estão interligados através de um bus (barramento) de dados (55) para comunicação recíproca e/ou com um computador (56) central opcional.