CH638647A5

CH638647A5 - Rundsteueranlage.

Info

Publication number: CH638647A5
Application number: CH28979A
Authority: CH
Inventors: Hermann Dr Tappeiner; Ernst-Robert Paessler; Kurt Smutny; Karl-Heinz Kruegel
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1979-01-12
Publication date: 1983-09-30
Also published as: DE2810534A1; US4321581A; FR2419619A1; DE2810534C2; JPS54126940A; FR2419619B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rundsteueranlage mit einem Rundsteuersender, der beispielsweise als Pulswechselrichter ausgeführt ist und der eine getastete Ausgangswechselspannung mit Tonfrequenz in Form von Sendeimpulsen erzeugt, die über eine Ankopplungseinheit in ein Versorgungs-Wechselspannungsnetz von vorgegebener Netzfrequenz eingespeist ist.

Mit Hilfe einer Rundsteueranlage können Informationen über ein ein- oder mehrphasiges Elektrizitätsversorgungsnetz als Übertragungsweg an einen Verbraucher übertragen werden. Derartige Informationen können beispielsweise zur Einleitung von Schaltvorgängen in Versorgungsnetzen, zur Umschaltung von Verbrauchszählern auf unterschiedliche Tarife (z.B. Hoch- und Niedertarife) oder zur Benachrichtigung eines bestimmten Personenkreises (z.B. der Feuerwehr) dienen.

Eine Rundsteueranlage besteht im wesentlichen aus einem Rundsteuersender, einer Ankopplungseinheit zur Netzeinspeisung und aus einem oder mehreren an das Elektrizitätsversorgungsnetz angeschlossenen Rundsteuerempfängern, die die Verbraucher steuern. Der Rundsteuersender erzeugt eine ton-frequente, nach Massgabe der zu übertragenden Information getastete Ausgangswechselspannung, die über die Ankopplungseinheit der Netzwechselspannung im Elektrizitätsversorgungsnetz überlagert wird. Die an diesem Netz angeschlossenen selektiven Rundsteuerempfänger dekodieren die ausgesendeten Signale und steuern die nachgeschalteten Verbraucher. Die Netzfrequenz liegt üblicherweise bei 50 oder 60 Hz, und als Tonfrequenz wird im allgemeinen eine solche zwischen 110 und 400 Hz benutzt.

Eine Rundsteueranlage der eingangs genannten Art ist aus der «Siemens-Zeitschrift» 48 (1974), Seiten 69 bis 75, bekannt. Die Ankopplungseinheit kann danach entweder als Serieneinspeiseeinheit oder als Paralleleinspeiseeinheit ausgeführt sein (a.a.O., vgl. Bild 2). Die Paralleleinspeiseeinheit kann dabei eine LC-Kombination und einen Isoliertransformator umfassen; im dreiphasigen Fall können dabei in jeder netzseitigen Zuleitung des Isoliertransformators eine Reihenschaltung aus einem Längskondensator und einer Längsdrossel und zwischen den drei senderseitigen Zuleitungen je ein Kompensationskondensator angeordnet sein (a.a.O., vgl. Bild 3). Die Serieneinspeiseeinheit wiederum kann dabei eine LC-Einheit und einen Ankopplungstransformator (Einspeisewandler) umfassen; im dreiphasigen Fall können dabei an die Leitungen zwischen dem Rundsteuersender und den Ankopplungs-transformatoren einerseits drei im Dreieck geschaltete Parallelkondensatoren und andererseits mit einem Ende drei Drosselspulen angeschlossen sein, deren anderes Ende jeweils an einen Verbindungspunkt von drei weiteren im Dreieck geschalteten Kondensatoren angeschlossen ist (a.a.O., vgl.

Bild 4).

Aus der DE-OS 2456344 ist weiter eine Rundsteueranlage bekannt, die als Rundsteuersender einen statischen Umrichter benutzt, der aus einem netzgespeisten Dioden-Gleichrichter, einem Spannungszwischenkreis mit Kondensator und einem nachgeschalteten dreiphasigen Pulswechselrichter besteht, wobei der Pulswechselrichter unter Verwendung von Leistungsthyristoren aufgebaut ist.

Bei einer Rundsteueranlage kommt es nach dem Abschalten des Rundsteuersenders zu einer unerwünschten Verlängerung des gerade übertragenen Telegramm- oder Sendeimpulses dadurch, dass die gesamte LC-Kombination (bei Paralleleinspeisung) bzw. LC-Einheit (bei Serieneinspeisung) noch einige Perioden lang weiterschwingt. Diese Verlängerung bedeutet eine Verfälschung der übertragenen Information, was zu einem Fehlverhalten der Rundsteuerempfänger führen kann. Eine solche Verlängerung tritt sowohl bei einer Serien- als auch bei einer Paralleleinspeiseeinheit auf. Es hat sich aber gezeigt, dass Verlängerungen der Sendeimpulse bei einer Paralleleinspeiseeinheit besonders lang und daher hier besonders störend sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Verfälschung am Ende eines Sendeimpulses bei der Informationsübertragung in einer Rundsteueranlage der eingangs genannten Art durch Massnahmen auf der Sendeseite zu beseitigen oder zumindest weitgehend zu verringern. Die Verringerung soll insbesondere auch bei einer Rundsteueranlage mit Paralleleinspeiseeinheit möglich sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine Ausschwinghilfsschaltung, die ab Ende eines Sendeimpulses den Rundsteuersender kurzzeitig weiterbetreibt und dabei die Ausgangswechselspannung derart beeinflusst, dass das Nachschwingen der Wechselspannung am Ausgang der Ankopplungseinheit verkürzt oder weitgehend vermieden wird.

Bei einer Rundsteueranlage mit Serieneinspeiseeinheit wird man dabei so vorgehen, dass am Ankopplungstransformator das feststellbare Nachschwingen verkürzt wird. Bei einer Rundsteueranlage mit Paralleleinspeiseeinheit wird man dagegen vorsehen, dass das auf der Netzsammeischiene messbare Nachschwingen verkürzt wird.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ausgangswechselspannung des Rundsteuersenders ab Ende des Sendeimpulses in Phasenverschiebung zur abklingenden Wechselspannung gesteuert ist. Hierbei kann so vorgegangen werden, dass beim Umsteuern am Ende des Sendeimpulses sofort der Wert 180° (Gegenphase) oder aber ein Wert unterhalb von 180° eingestellt und dass dann dieser Wert auch beibehalten wird. - Weiterhin kann aber auch so vorgegangen werden, dass zunächst ein Zwi2

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schenwert um einiges unterhalb von 180° (z.B. 60°) eingestellt und von diesem Zwischenwert dann kontinuierlich oder in Stufen auf den Wert 180° (Gegenphase) oder einen Wert wenig darunter übergegangen wird; hierbei wird also nicht schlagartig, sondern verzögert umgesteuert. Dadurch kann ein 5 zu grosser Strom im Rundsteuersender vermieden werden. Auf jeden Fall ist darauf zu achten, dass durch die Gegensteuerung keine Überkompensation der überschüssigen, in der LC-Kombination bzw. LC-Einheit gespeicherten Energie erfolgt.

Diese Weiterbildung mit Phasenverschiebung der Aus- io gangswechselspannung lässt sich insbesondere bei einer Rundsteueranlage realisieren, die mit einem Pulswechselrich-ter als Rundsteuersender arbeitet.

Die erfindungsgemässe Ausschwinghilfsschaltung steuert ab Ende eines Sendeimpulses die Ausgangswechselspannung 15 des Rundsteuersenders kurzzeitig so, dass die zu übertragende Wechselspannung in Phasenverschiebung oder sogar im Gegentakt zur Nachschwingung liegt. Dadurch sorgt sie für eine Verkürzung des Ausschwingens am Ende eines Sendeimpulses. Die erwähnten unerwünschten Verlängerungen des zu 20 übertragenden Sendeimpulses können also weitgehend verhindert werden; das tatsächliche Ende eines übertragenen Sendeimpulses wird hierbei nahe an das gewünschte Ende gebracht. Dadurch ergibt sich eine Verbesserung der Selektivität und eine Erhöhung der Sicherheit, die darin zu sehen ist, 25 dass ein Rundsteuertelegramm auf der Empfangsseite korrekt empfangen wird. Bedeutsam ist dies insbesondere für eine Rundsteueranlage mit Paralleleinspeisungseinheit, da hier eine beachtliche Verkürzung des Ausschwingens erreicht werden kann. 30

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von sieben Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Rundsteuersender mit Ankopplungseinheit und erfindungsgemässer Ausschwinghilfsschaltung in einem Prinzipschaltbild, 35

Figuren 2 und 3 den Verlauf der Ausgangs wechselspannung des Rundsteuersenders bzw. der Spannung an der Ankopplungseinheit beim herkömmlichen unbeeinflussten Ausschwingen,

Figuren 4 und 5 die Ausgangswechselspannung des Rund- 40 steuersenders bzw. die Spannung an der Ankopplungseinheit bei Verwendung einer erfindungsgemässen Ausschwinghilfsschaltung,

Figur 6 Einzelheiten einer Ausschwinghilfsschaltung und

Figuren 7 bis 21 Zündimpulse für die steuerbaren Ventile 45 des Rundsteuersenders beim Umsteuern am Ende eines Sendeimpulses.

Figur 1 zeigt das Prinzipschaltbild der Sendeseite einer Rundsteueranlage mit Paralleleinspeiseeinheit. Die Verbindung zur Empfangsseite wird durch ein Leistungs- oder Ver- so sorgungs-Wechselspannungsnetz 2 mit den Phasenleitern R, S, T hergestellt. Das Wechselspannungsnetz 2 wird mit einer Netzwechselspannung Un und einer Netzfrequenz fn betrieben. Die Netzfrequenz fn kann z.B. 50 oder 60 Hz betragen.

Als Rundsteuersender 3 wird vorliegend ein Wechselrich- 55 ter mit steuerbaren Ventilen, speziell ein Thyristorwechselrichter, verwendet, der nach dem Prinzip des Pulswechselrichters arbeitet. Prinzipiell könnte auch ein anderer Wechselrichter eingesetzt werden. Der Rundsteuersender 3 ist über einen Spannungszwischenkreis mit einem Kondensator 4 an den 60 Ausgang eines Gleichrichters 5 angeschlossen, der wiederum aus einem (nicht gezeigten) dreiphasigen Wechselspannungsnetz gespeist wird. Der Gleichrichter 5 kann gesteuerte oder ungesteuerte Ventile in Brückenschaltung umfassen. Bei gesteuerter Ausführungsform ist die Spannung im Spannungs- 65 zwischenkreis über einen Steuersatz 6 in Abhängigkeit von einem Steuersignal u steuerbar.

Zwischen dem wechselspannungsseitigen Ausgang des

Rundsteuersenders 3 und dem Versorgungs-Wechselspan-nungsnetz 2 liegt eine dreiphasige Ankopplungseinheit 7, die hier speziell als an sich bekannte Paralleleinspeiseeinheit ausgebildet ist. Es könnte sich prinzipiell auch um eine Serieneinspeiseeinheit handeln.

Die Paralleleinspeiseeinheit umfasst einen Transformator 8, der als Isoliertransformator ausgebildet ist, und eine LC-Kombination von Kondensatoren und Drosselspulen. Zwischen den Ausgangsklemmen des Rundsteuersenders 3 und der Primärwicklung des Transformators 8 liegt dabei zwischen den drei senderseitigen Zuleitungen eine Kondensatorbatterie, bestehend aus den drei Kompensationskondensatoren 10, 11, 12. In jeder netzseitigen Zuleitung zwischen der Sekundärwicklung des Transformators 8 und den einzelnen Phasenleitern R, S, T liegt jeweils eine Reihenschaltung aus einem Längskondensator 13, 14, 15 und einer Längsdrossel 16, 17, 18. Jede Reihenschaltung 13, 16 und 14, 17 und 15, 18 stellt einen Resonanzkreis für die Tonfrequenz f, dar.

Der Rundsteuersender 3 wird von einem Steuersatz 19 über eine Ausschwinghilfsschaltung 20 mit Zünd- und Löschimpulsen für die steuerbaren Ventile beaufschlagt. Der Steuersatz 19 ist wiederum mit seinem Eingang an den Ausgang 21 einer Steuereinrichtung 22 angeschlossen; er wird von dort mit einem Steuersignal x beaufschlagt. Die Steuereinrichtung 22 gibt an einem weiteren Ausgang 23 ein weiteres Steuersignal y ab, das zur Betätigung der Ausschwinghilfsschaltung 20 herangezogen wird. Die Steuereinrichtung 22 ist von einem Tastsignal p beaufschlagt. Der Ausgang der Ausschwinghilfsschaltung 20 ist mit 24 bezeichnet.

Der Rundsteuersender 3 erzeugt eine dreiphasige Ausgangswechselspannung ut mit einer Tonfrequenz ft; diese kann einen Wert zwischen etwa 110 und etwa 400 Hz haben. Die Ausgangswechselspannung ut besteht aus einzelnen recht-eckförmigen Spannungsimpulsen. Sie wird mittels des Tastsignals p nach Massgabe einer zu übertragenden Information getastet. Die Ausgangswechselspannung ut tritt also in Form von Sendeimpulsen von variabler Länge P (vgl. auch Figur 2) auf.

Die Ausschwinghilfsschaltung 20 ist vorliegend als einfache Umschalteinrichtung ausgebildet, was in Figur 1 durch den im gezeigten Block eingezeichneten Umschalter zum Ausdruck kommen soll. Mit anderen Worten: Die Ausschwinghilfsschaltung 20 hat die Eigenschaft, dass sie bei Eingabe des Steuersignals y die Phasenfolge der Zünd- und Löschimpulse für die steuerbaren Ventile des Rundsteuersenders vertauscht. Dadurch wird die Ausgangswechselspannung ut umgesteuert, d.h. die Ausgangswechselspannung ut erfährt eine Phasenverschiebung von 180° (Gegenphase). Das Steuersignal y wird zum Zwecke einer solchen Umsteuerung am Ende eines jeden Sendeimpulses für eine Zeit tz gegeben. Dadurch kann jeweils ein Nachschwingen der auf das Wechselspannungsnetz 2 übertragenen Sendeimpulse weitgehend vermieden werden.

In Figur 2 ist der zeitliche Verlauf der Ausgangswechselspannung ut dargestellt. Es handelt sich um rechteckige positive und negative Spannungsimpulse, die durch die Taktung des Wechselrichters 3 entstehen. Zum Endzeitpunkt te sei ein Sende- oder Telegrammimpuls der Länge P nach Massgabe des Steuersignals p beendet. Die Ausgangswechselspannung ut nimmt fortan den Wert Null an. Die Information des zu übertragenden Signals wird durch diesen Endzeitpunkt te bestimmt. Der Endzeitpunkt te sollte daher auf der Empfangsseite eindeutig und möglichst genau feststellbar sein.

In Figur 3 ist der zeitliche Verlauf der entsprechenden sinusförmigen Wechselspannung uk an der Ankoppelstelle, nämlich zwischen den Phasenleitern R, S, dargestellt. Aus diesem Zeitdiagramm ist ersichtlich, dass es nach Abschalten des Rundsteuersenders 3 zu einer unerwünschten Verlängerung des Sendeimpulses kommt. Der zu übertragende Sendeimpuls

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ist nicht bereits zum Zeitpunkt te, sondern erst zu einem späteren Zeitpunkt t'e gleich Null. Das liegt daran, dass die LC-Kombination 10 bis 18 nach dem Abschalten des Rundsteuersenders 3 noch einige Perioden abklingend weiterschwingt.

Aus den Figuren 4 und 5 ergibt sich, dass dieses Nachschwingen durch ein geeignetes Takten des Rundsteuersenders 3, das nach Ende des Sendeimpulses zum Endzeitpunkt te einsetzt, gemäss der Erfindung verkürzt wird.

Aus Figur 4 ist ersichtlich, dass die Taktung des Rundsteuersenders 3 im Endzeitpunkt te nicht einfach abbricht, sondern noch eine Zeit tz lang weitergeführt wird. Während dieser Zeit tz wird die erwähnte Ausschwinghilfe durch Takten in Phasenopposition gegeben. Aus Figur 5 ist zu entnehmen, dass das Nachschwingen dadurch im Vergleich zu Figur 3 schnell abklingt. Zum Zeitpunkt t"e, der wesentlich vor dem Endzeitpunkt t'e liegt, ist die Wechselspannung uk bereits zu Null geworden.

Um dieses zu erreichen, ist die Ausschwinghilfsschaltung 20 von Figur 1 vorgesehen. Sie sorgt - allgemein gesprochen -dafür, dass ab Endzeitpunkt te eines Sendeimpulses die Ausgangswechselspannung ut des Rundsteuersenders 3 derart beeinflusst wird, dass das Nachschwingen der Wechselspannung ut an der Ankoppelstelle verkürzt oder sogar weitgehend vermieden wird. Um die Wechselspannung uk ab Ende te des Sendeimpulses in Phasenopposition zur abklingenden Wechselspannung takten zu können, wird die Ausschwinghilfsschaltung 20 vom Steuersignal y, das das Signalende festlegt, beaufschlagt.

Figur 6 zeigt Einzelheiten des Steuersatzes 19 und der Ausschwinghilfsschaltung 20. Der Steuersatz 19 ist im Prinzip ein Ringzähler. Er besteht vorliegend aus drei Flipflopschaltun-gen 27,28 und 29, die jeweils vom Steuersignal x und den Ausgangssignalen der beiden übrigen Flipflopschaltungen beaufschlagt sind. An jedem Ausgang wird ein Ausgangssignal a bis f abgegriffen.

Diese sechs Ausgangssignale a bis f werden an die Ausschwinghilfsschaltung 20 weitergeleitet, die ihrerseits auch sechs Ausgangssignale a' bis f' abgibt. Die Ausschwinghilfsschaltung 20 enthält vorliegend ein negierendes UND-Glied 30 und zwölf negierende UND-Glieder 31 bis 42 sowie sechs weitere negierende UND-Glieder 51 bis 56 in logischer Verknüpfung. Die Hälfte der UND-Glieder 31 bis 42 ist vom Ausgangssignal y des UND-Gliedes 30 und die andere Hälfte vom Steuersignal y direkt beaufschlagt. Weiter ist jedes der Ausgangssignale a bis f jeweils zwei UND-Gliedern 31 bis 42 zugeführt, z.B. das Ausgangssignal a den UND-Gliedern 32, 33. Je zwei benachbarten UND-Gliedern 31 bis 42 ist jeweils ein weiteres UND-Glied 51 bis 56 gemeinsam zugeordnet und diesen nachgeschaltet. Die Ausgangssignale a' bis f sind an den Ausgängen der weiteren UND-Glieder 51 bis 56 abgegriffen.

In Figur 7 ist der Verlauf des Tastsignals p in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen. Es ist ein einziger Tastimpuls der Breite P eingezeichnet, der bis zum Zeitpunkt te reicht. Das Ende dieses Tastimpulses soll möglichst genau auf der Empfängerseite feststellbar sein. Die Steuereinrichtung 22, die einen Oszillator enthält, erzeugt bis zum Zeitpunkt te und auch darüber hinaus bis zum Zeitpunkt (te + t2) ein Steuersignal x, das in Figur 8 gezeigt ist. Dieses Steuersignal x besteht aus einer Folge äquidistanter Nadelimpulse, deren Frequenz gleich der sechsfachen Tonfrequenz ft ist. Der Steuersatz 19 macht hieraus mit Hilfe der Flip-Flop-Schaltungen 27 bis 29 bis zum Zeitpunkt (te + t2) die Ausgangssignale a bis f, die in den Figuren 9 bis 14 gezeigt sind. Es handelt sich dabei jeweils um 180°-Impulse, die gegeneinander jeweils um 60° versetzt sind. Solange kein Steuersignal y ansteht, durchlaufen diese Ausgangssignale a bis f die Ausschwinghilfsschaltung 20 unverändert. Sie sind dann gleich den Ausgangssignalen a' bis f, also gleich den sechs Ansteuersignalen für die sechs steuerbaren Ventile des Wechselrichters 3.

Das Steuersignal y zeigt mit seinem Beginn zum Zeitpunkt te das Ende des Tastimpulses (vgl. Figur 7) an. Das Steuersignal y ist in seinem zeitlichen Verlauf in Figur 15 gezeigt. Es dauert demnach bis zum Zeitpunkt (te + tz). Die Zeit t2 ist dabei für jeden Tastimpuls gleich gross gewählt; sie ist so bemessen, dass die Wechselspannung uk nach Ablauf dieser Zeit tz erwartungsgemäss weitgehend abgeklungen ist (vgl. Figuren 4 und 5). Die Zeit tz wird praktisch immer kleiner gewählt als die Zeit t'e.

Bei Anlegen des Steuersignals y ungleich Null an die Ausschwinghilfsschaltung 20 vertauscht diese die jeweils um 180° gegeneinander phasenverschobenen Signale. Das heisst z.B., dass das am ersten Ausgang auftretende Ausgangssignal a' nunmehr am zweiten Ausgang auftritt und zum Ausgangssignal d' wird, während das am zweiten Ausgang auftretende Ausgangssignal d' jetzt am ersten Ausgang auftritt und zum Ausgangssignal a' wird. Das ist in den Figuren 16 bis 21 für die Ausgangssignale a' bis f' gezeigt. Zur Zeit te ergibt sich damit ein Phasensprung um 180°, d.h. die Ausgangswechsel-spannung ut springt in Phasenopposition, vgl. auch Figur 4.

Die Phasenopposition wird für die vorgegebene Zeit tz beibehalten. Danach schaltet der Wechselrichter 3 zum Zeitpunkt (te + tz) ab.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Rundsteueranlage mit einem Rundsteuersender, der eine getastete Ausgangswechselspannung mit Tonfrequenz in Form von Sendeimpulsen erzeugt, die über eine Ankopplungseinheit in ein Versorgungs-Wechselspannungsnetz von vorgegebener Netzfrequenz eingespeist ist, gekennzeichnet durch eine Aus-schwinghilfsschaltung [20], die ab Ende [te] eines Sendeimpulses den Rundsteuersender [3] kurzzeitig weiterbetreibt und dabei die Ausgangswechselspannung [ut] derart beeinflusst, dass das Nachschwingen der Wechselspannung [uk] am Ausgang der Ankopplungseinheit [7] verkürzt oder weitgehend vermieden wird.

2. Rundsteueranlage nach Anspruch 1, insbesondere mit einem Pulswechselrichter als Rundsteuersender, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswechselspannung [ut] ab Ende [te] des Sendeimpulses in Phasenverschiebung zur abklingenden Wechselspannung [uk] am Ausgang der Ankopplungseinheit gesteuert ist.

3. Rundsteueranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende [tj des Sendeimpulses die Phasenverschiebung sofort 180° beträgt.

4. Rundsteueranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung am Ende des Sendeimpulses [P] zunächst einen Zwischenwert um einiges unter 180° annimmt und dann auf 180° gesteuert ist.

5. Rundsteueranlage nach Anspruch 3 mit einem Pulswechselrichter als Rundsteuersender, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Ende [te] des Sendeimpulses ein Steuersignal [y] an eine Umschalteinrichtung [20] gegeben wird, das deren logische Verknüpfungselemente [30 bis 56] derart ansteuert, dass die jeweils um 180 °el gegeneinander versetzten Zündsignale [a bis f| für die steuerbaren Ventile des Pulswechselrichters [3] miteinander vertauscht werden (Figurò).