DE2144996B2

DE2144996B2 - Laststeueranlage

Info

Publication number: DE2144996B2
Application number: DE2144996A
Authority: DE
Inventors: Michihiro Itami Hyogo Isizaka; Makoto Yao Mikuriya; Katsumi Fukuyama Hiroshima Taketa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1970-09-08
Filing date: 1971-09-08
Publication date: 1978-09-21
Also published as: DE2144996A1; US3818241A; DE2144996C3; FR2107338A5; GB1355528A

Description

Die Erfindung betrifft eine Laststeueranlage mit einer Last und einem Lastschalter in einer Wechselstrom-Niederspannungsleitung und mit einer Steuersignal-Empfangseinrichtung mit zwei selektiv auf Steuersignale verschiedener Frequenz ansprechenden Schwingkreisen, mit zwei auf das Ausgangssignal des zugeordneten Schwingkreises ansprechenden elektronischen Schaltelementen und mit einem selektiv durch die elektronischen Schaltelemente steuerbaren bistabilen Schaltmechanismus zur Betätigung des Lastschalters.

Es sind bereits Rundsteueranlagen zur zentralen Steuerung von Lasten, z. B. von Heizgeräten für Heißwasserbereitung, bekannt, welche von dem Verteilungsnetz (in der Hauptsache auf der Niederspannungsseite) Gebrauch machen. Bei diesen Systemen wird das Steuersignal direkt zwischen zwei Niederspannungsleitungen übertragen. Demgemäß geht der größte Teil der Signalenergie in der Verbraucherlast verloren und die Signalleistung ist gering.

Aus der DE-OS 15 40 069 z. B. ist ein Rundsteuerempfänger bekannt, bei dem der Schwingkreis zwischen einem Phasenleiter und dem Null-Leiter liegt. Wegen der Übertragung des Steuersignals über das Verteilernetzt ist eine komplizierte Empfangseinrichtung erforderlich. Für jede Empfangsfrequenz ist ein von einem Hilfsoszillator gesteuerter Ringmodulator vorgesehen, sowie ein Integrator zur Bildung eines Gleichstromsignals, mit dem ein Transistor gesteuert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laststeueranlage der eingangs genannten Art mit einem einfachen Empfänger und hoher Signalleistung zu betreiben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schwingkreise zwischen dem Nulleiter der Niederspannungsleitung und einem zusätzlichen Steuerleiter liegen und daß die elektronischen Schaltelemente als Thyristor oder Triac ausgebildet sind, deren Steuerelektroden mit dem Wechselstromausgangssignal des jeweils zugeordneten ίο Schwingkreises beaufschlagbar sind.

Dadurch ist vorteilhafterweise die Empfangseinrichtung für das Steuersignal elektrisch von den Verteilerleitungen für die Zufuhr der elektrischen Energie getrennt, so daß der Aufbau einfach sein kann. Darüber hinaus tritt ein Signalverlust nur in der Empfangseinrichtung auf. Demgemäß ist die Übertragungsleistung für das Signal recht hoch. Es genügt ein Meßsteuerverstärker mit einer geringen Signalleistung und durch Rauschen der Last hervorgerufene Störungen können vermieden werden. Somit erzielt man eine große Zuverlässigkeit des Empfängers und die Spannungsfestigkeit desselben kann herabgesetzt werden. Es können zwei Signalleitungen vorgesehen sein. Die Laststeueranlage kann auch mit einer Meßleitung und einer automatischen Meßvorrichtung zur Energiemessung verbunden werden, so daß die beschriebene Laststeueranlage im Vergleich zu herkömmlichen Zentrallaststeueranlagen wirtschai tlich arbeitet

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der beschriebenen Laststeueranlage;

F i g. 2 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform des beschriebenen Laststeuerempfängers;

F i g. 3 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform des beschriebenen Laststeuerempfängers und

Fig.4 ein Schaltdiagramm einer dritten Ausführungsform des beschriebenen Laststeuerempfängers.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder sich entsprechende Bauteile. F i g. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer Laststeuereinrichtung mit einem Empfangsrelais, wobei die zusammengesetzten Verteilerleitungen oder die Verbundverteilerleitungen verwendet werden. Es sind ein Hochspannungsverteilungsnetz oder eine Hochspannungsverteilungsleitung 1, ein Transformator 2, ein zusammengesetztes Niederspannungsverteilungsnetz 4 mit einer Verbundleitung 3, einem neutralen Leiter oder Nulleiter 5 und mit einem Steuerleiter oder Pilotleiter 6 vorgesehen. Ferner ist ein Meß-Steuerverstärker 7 und eine Signalleitung 8 vorgesehen, sowie ein Meß-Steuerzentrum 9, ein Empfangsrelais 10, eine gesteuerte Belastung 11, ein Erdanschluß 12, ein Empfangsbedienungsmechanismus 13 für das Empfangsrelais 10 und ein Schalter 19.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung beschrieben werden. Das Steuersignal des Meß-Steuerzentrums 9 wird durch die Signalleitung 8 auf den Meß-Steuerverstärker 7 übertragen. Der Meß-Steuerverstärker 7 überträgt oder erzeugt entweder ein Steuersignal der Frequenz f\ (EIN) oder ein Steuersignal der Frequenz h (AUS). Mit diesen Signalen wird die zusammengesetzte Leitung 4 beaufschlagt. Die Signale werden erzeugt, je nachdem, ob die gesteuerte Belastung 11 eingeschaltet (EIN) oder ausgeschaltet (AUS) werden soll. Das Signal wird von dem Empfangsmechanismus 13 des Empfangsrelais 10 aufgenommen und der Schalter 19 wird betätigt. Der Schalter 19 liegt zwischen zwei Leitungen, welche für

die Zufuhr der elektrischen Spannung aus dem Niederspannungsnetz 3 vorgesehen sind. Dabei wird die gesteuerte Belastung 11 eingeschaltet oder ausgeschaltet. Es ist ein wesentliches Merkmal dieser Ausführungsform, daß als Signalübertragungsleitung zwischen dem MeB-Steuerverstärker 7 und dem Laststeuerempfänger 10 eine zusammengesetzte Leitung verwendet wird, so daß der Empfangsmechanismus des Laststeuerempfängers 10 von der elektrischen Kxaftleitung elektrisch getrennt ist

Bei herkömmlichen Laststeuersystemen, bei denen ein Signal zwischen zwei Niederspannungsverteilungsleitungen zugeführt wurde, ging der größte Teil der Signalenergie durch die Verbraucherbelastung verloren. Bei dem beschriebenen System geht hingegen Signalenergie lediglich in den verschiedenen Empfangsmechanismen zwischen der zusammengesetzten Leitung 4 verloren. Demgemäß ist die Signalübertragungsleistung sehr groß und die Signalübertragungsleistung des Meß-Steuerverstärkers 7 kann klein ausgelegt werden. Ferner ist der Einfluß der Geräuschbildung durch die Verbraucherbelastung gering und die Zuverlässigkeit des Empfängers hoch. Auch kann hierdurch die Spannungsfestigkeit des Empfängers herabgesetzt werden.

F i g. 2 zeigt das Schaltdiagramm des Empfangsrelais 10, wobei 15, 25 Anschlüsse für die elektrische Kraftquelle bedeuten. 35 bezeichnet einen Signalanschluß. Der Kraftquellenanschluß 15 ist mit dem neutralen Leiter 5 des Niederspannungsnetzes 3 verbunden und der Kraftquellenanschluß 25 ist rr;it der eine hohe Spannung aufweisenden Leitung des Niederspannungsnetzes 3 verbunden. Der Signalanschluß 35 ist über die Verbindungsleitung mit der Steuerleitung oder Pilotleitung 6 verbunden. Die Lastanschlüsse XL, IL sind mit einer Last verbunden, wie z. B. mit einem elektrischen Heizgerät für heißes Wasser.

Ferner sind Resonanzkondensatoren 14, 24 vorgesehen, sowie Transformatoren 15, 25, wobei der Transformator 15 eine primäre Wicklung 16 aufweist und eine Sekundärwicklung 17 und wobei der Transformator 25 eine Primärwicklung 26 und eine Sekundärwicklung 27 aufweist. Ferner sind Thyristoren 20, 29 vorgesehen, sowie Schutzwiderstände 18, 28 für die Steuerelektroden der Thyristoren 20 bzw. 29. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet ein Relais mit einem thermischen Antrieb, welches sich selbst hält (self-sustaining). Dieses Relais besteht aus Heizelementen 21, 23 und aus zwei Bimetallen, welche durch Aufheizen der Heizelemente 21, 23 deformiert werden. Ferner ist ein Schalter 19 vorgesehen, welcher bei Deformation der Bimetalle betätigt wird. Das Bimetall hat einen Totpunkt, wenn es sich durch Erhitzen mit den Heizelementen über einen spezifischen Bereich deformiert und seinen Zustand wechselt. Der Schalter 19 wird in dem neuen Zustand gehalten.

Im folgenden soll die Arbeitsweise des derart aufgebauten Laststeuerempfängers beschrieben werden. Das aus dem Resonanzkondensator 14 und dem Transformator 15 aufgebaute Schaltelementpaar bzw. das aus dem Resonanzkondensator 24 und dem Transformator 25 aufgebaute Schaltelementpaar bildet einen in Reihe geschalteten Resonanzkreis, welcher durch das elektrische Steuersignal mit der Frequenz f\ bzw. ft in Schwingung versetzt wird, um die Belastung ein- oder auszuschalten. Das von dem Meß-Steuerverstärker 7 auf Grund des Befehls des Meß-Steuerzentrums 9 bereitgestellte elektrische Signal wird durch die zusammengesetzte Leitung 4 dem Signalanschluß 35 des Empfängers 10 zugeführt, sowie dem Kraftanschluß 15. Wenn die Frequenz des elektrischen Signals f\ ist, so gerät der in Reihe geschaltete Schwingkreis, bestehend aus dem Schwingkondensator 14 und der Primärwicklung 16 des Transformators 15 in Resonanz, wobei an den beiden Anschlüssen der Primärwicklung 16 eine maximale Spannung erscheint, so daß auch an der Sekundärwicklung 17 eine Spannung induziert wird.

ίο Mit dieser Spannung wird die Steuerelektrode des Thyristors 20 beaufschlagt, so daß der Thyristor 20 betätigt wird.

Demgemäß heizt das Heizelement 21 das Bimetall auf, so daß sich dieses deformiert und der Schalter 19 schaltet in seine gestrichelte Lage um. Hierdurch wird der KraftquellenanschluB 15 mit dem Lastanschluß XL verbunden und dieser Zustand wird beibehalten.

Somit wird die gesteuerte Belastung 11, welche mit den Lastanschlüssen XL, 2L verbunden ist, wie z. B. ein Heizgerät für heißes Wasser, in Betrieb gesetzt.

Wenn das Signal mit der Frequenz ft empfangen wird, so wird der in Reihe geschaltete Schwingkreis, bestehend aus dem Schwingkondensator 24 und der Primärwicklung 26 des Transformators 25 in Schwingung versetzt und die Spannung der Primärwicklung 26 induziert eine Spannung in der Sekundärwicklung 27 und der Thyristor 29 wird durch diese Spannung betätigt. Somit wird der Schalter 19 in die mit einer ausgezogenen Linie dargestellte Position geschaltet und die Belastung wird abgeschaltet.

Wie bereits oben erläutert, betätigen der Resonanzkreis oder Schwingkreis 14,15 die Steuerelektroden der Thyristoren. Hierdurch ist es möglich, ein Signal mit einer geringen Signalenergie zu verwenden und der Empfänger kann einfach und klein dimensioniert aufgebaut und somit wirtschaftlich sein. Da in dem Empfänger ein Relais mit thermischem Antrieb verwendet wird, wird die Belastung nicht unmittelbar geöffnet oder geschlossen. Hierdurch wird vermieden, daß der Empfänger nicht etwa fälschlich durch ein Rauschen betätigt wird, selbst wenn der Thyristor auf Grund eines etwaigen Rauschens betätigt wird.

Die F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform mit einem elektromagnetisch betriebenen Relais von Wechselstromtyp, welches als Selbsthalterelais ausgebildet ist. Dieses wird anstelle des thermisch betätigten Relais für das Ein- und Ausschalten der Belastung verwendet. Ein weiteres Merkmal der Ausführungsform gemäß F i g. 3, welches von demjenigen gemäß der F i g. 2 verschieden

so ist, besteht in den Zweirichtungsthyristoren 30 bzv. 39, welche als Schaltelemente verwendet werden und in dem elektromagnetisch betriebenen Relais 42, welches als Selbsthalterelais verwendet wird. Letzteres besteht aus Antriebsspulen 41, 43 und aus einem nicht

5j dargestellten elektromagnetischen oder mechanischen Selbsthaltemechanismus, sowie aus dem Schalter 19.

Die Arbeitsweise des Empfängers gemäß Fig.3 entspricht im wesentlichen der Arbeitsweise des Empfängers gemäß Fig.2. Wenn das Signal mit der Frequenz f\ empfangen wird, so wird auf Grund der Spannung der Signalfrequenz f\ in der Sekundärwicklung 17 eine Spannung induziert. Mit dieser Spannung wird die Steuerelektrode des Zweirichtungsthyristors 30 beaufschlagt, so daß der Zweirichtungsthyristor oder der antiparallel geschaltete Thyristor 30 betätigt wird.

Demgemäß gelangt Wechselstrom von dem Kraftquellenanschluß 25 zur Antriebsspule 41 des elektromagnetisch betätigten Selbsthalterelais 42 vom Wech-

selstromtyp. Der Schalter 19 schaltet aus der durch eine ausgezogene Linie dargestellten Position in die durch eine gestrichelte Linie dargestellte Position gemäß Fig.3 um. Der Kraftquellenanschluß IS wird mit dem Lastanschluß XL verbunden. Der Schalter 19, welcher geschaltet wurde, wird im umgeschalteten Zustand gehalten, selbst nachdem das Signal f\ nicht mehr existiert Dies geschieht auf Grund des in der Zeichnung nicht dargestellten Selbsthaltemechanismus des Selbsthalterelais 42.

Die gesteuerte Last 11, weiche mit den Lastanschlüssen IL und 2L verbunden ist, wie z. B. ein Heizgerät für heißes Wasser, wird somit in Betrieb gesetzt. Wenn das Signal mit der Frequenz h empfangen wird, so wird auf Grund der Spannung in der Primärwicklung 26 eine Spannung in der Sekundärwicklung 27 induziert und der antiparallel geschaltete Thyristor 39 wird durch diese Spannung betätigt und die Antriebsspule 43 wird durch den Wechselstrom beaufschlagt, so daß der Schalter 19 in die durch eine ausgezogene Linie dargestellte Position geschaltet wird und die Last geöffnet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Selbsthalterelais mit einem elektromagnetischen Antrieb vom Wechselstromtyp verwendet. Es ist jedoch auch möglich, ein derartiges elektromagnetisch betätigtes Relais vom Gleichstromtyp gemäß F i g. 4 zu verwenden.

In Fig.4 bezeichnet das Bezugszeichen 62 ein Selbsthalterelais mit elektromagnetischem Antrieb vom Gleichstromtyp und die Bezugszeichen 20 und 29 bezeichnen Thyristoren. Wenn das Signal mit der Frequenz i\ wie oben beschrieben empfangen wird, so wird in der Sekundärwicklung 15 des Transformators 15 eine Spannung induziert und der Thyristor 20 wird betätigt Hierbei werden die Anode und die Kathode des Thyristors 20 jedoch nur mit den positiven Halbwellen des Wechselstroms beaufschlagt. Hierdurch wird die Antriebsspule 61 des elektromagnetisch betätigten Selbsthalterelais 62 vom Gleichstromtyp mit Gleichstrom angeregt, so daß der Schalter 19 in die gestrichelte Position umgeschaltet wird und die elektrische Kraftquelle über die Anschlüsse 2L und XL mit der Last 11 verbunden wird.

Wenn das Signal der Frequenz h empfangen wird, so wird die Antriebsspule 63 mit Gleichstrom angeregt, so daß der Schalter 19 in die ausgezogene Position umgeschaltet wird und die Belastung abgeschaltet wird.

Bei dem Empfangsrelais gemäß F i g. 2, welches ein thermisch angetriebenes Selbsthalterelais ist, ist die Umschaltzeit (die Zeit zwischen der Ankunft des Steuersignals am Empfangsrelais 10 bis zur Bewegung des Schalters 19) relativ lang, wie z.B. 30 bis 50 Sekunden. Die Umschaltzeit hängt dabei von der Umgebungstemperatur ab. Demgemäß ist es erforderlich, daß der Meß-Steuerverstärker 7 das Steuersignal während etwa 1 Minute abgibt.

Im Falle der elektromagnetisch angetriebenen Selbsthalterelais gemäß den Fig.3 und 4 kann jedoch die Umschaltzeit verkürzt werden. Diese Relais sind nur in geringfügiger Weise thermisch abhängig. Somit können diese Relais in Empfängern für Schnellumschaltung verwendet werden. Vorstehend wurden Empfänger beschrieben, welche bei einem zusammengesetzten Verteilernetz Anwendung finden können. Es muß jedoch betont werden, daß es möglich ist, eine Steuerleitung anstelle eines zusammengesetzten Netzes zu verwenden.

Wenn ein Empfänger verwendet wird, bei dem der Steuersignal-Empfangsmechanismus elektrisch von dem elektrischen Kraftnetz getrennt ist, so erzielt man eine wirtschaftliche und zuverlässige Laststeuerung im Verein mit einer automatischen Messung durch das zusammengesetzte Verteilernetz und es ist möglich, sowohl für die Steuerung als auch für die Messung oder Prüfung wirtschaftliche Anwendungen zu finden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Laststeueranlage mit einer Last und einem Lastschalter in einer Wechselstrom-Niederspannungsleitung und mit einer Steuersignal-Empfangseinrichtung mit zwei selektiv auf Steuersignale verschiedener Frequenz ansprechenden Schwingkreisen, mit zwei auf das Ausgangssignal des zugeordneten Schwingkreises ansprechenden elektronischen Schaltelementen und mit einem selektiv durch die elektronischen Schaltelemente steuerbaren bistabilen Schaltmechanismus zur Betätigung des Lastschalters, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingkreise (14,15,24,25) zwischen dem Nulleiter (5) der Niederspannungsleitung (3) und einem zusätzlichen Steuerleiter (6) liegen und daß die elektronischen Schaltelemente (20, 29) als Thyristor oder Triac ausgebildet sind, deren Steuerelektroden mit dem Wechselstromausgangssignal des jeweils zugeordneten Schwingkreises (14, 15,24,25) beaufschlagbar sind.

2. Laststeueranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des Thyristors oder Triacs (20, 29) induktiv mit dem zugeordneten Schwingkreis (14, 15; 24, 25) gekoppelt ist.

3. Laststeueranlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Schaltmechanismus (22) ein thermisch ansprechender Schaltmechanismus ist.

4. Laststeueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabile Schaltmechanismus (22) ein elektromagnetisch ansprechendes Selbsthalterelais vom Gleichstromtyp oder vom Wechselstromtyp ist.