DE2741215C2

DE2741215C2 - Sendeeinrichtung für eine Netzüberlagerungs-Meldeanlage

Info

Publication number: DE2741215C2
Application number: DE2741215A
Authority: DE
Inventors: Jean-Gabriel Zug Gander
Original assignee: LGZ Landis and Gyr Zug AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG
Priority date: 1977-08-25
Filing date: 1977-09-13
Publication date: 1983-01-05
Also published as: GB1603594A; FR2401563A1; CH618553A5; US4371867A; DE2741215A1; JPS5436115A; SE440432B; SE7808961L; NL7808722A; FR2401563B1

Description

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert

Die Figuren der Zeichnung zeigen

F i g. 1 eine Blockschaltung zur Erläuterung des allgemeinen Prinzips;

Fig. 2 eine Sendeeinrichtung in schematischer Darstellung;

F i g. 3 eiae Sendeeinrichtung für breit- oder schmalbandige Frequenzübertragung;

F1 g. 4 Sendetrequenz-Zeitdiagramme

F i g. 5 ein Strom/Spannungs- Diagramm für breitbandige Signalerzeugung;

F i g. 6 Varianten einer Sendeeinrichtung für scnmal- und bre ;;bandige Signalerzeugung;

Fig.7 ein Strom/Spannungs-Diagramm für schmalbandige Signalerzeugung;

F i g. 8 ein Prinzipschema einer Gegentakt-Sendeeinrichtung;

F i g. 9 ein Strom/Spannungsdiagramm; Fig. 10 und 11 Frequenz/Zeitdiagramme;

Fig. 12 ein Schalt-Schema einer Gegentakt-Sendeeinrichtung und

F i g. 13 eine Erweiterung der Schaltung nach F i g. 1.

Im folgenden werden die dargestellten Ausführungsformen als »breitbandig« bezeichnet wenn die momentane Signalfrequenz während eines Informationselementes sehr stark veränderlich ist, und als /«chn.albandig« bei fast konstanter Frequenz.

Die Sendeeinrichtung besteht gemäß F i g. 1 aus einer zwischen die Netzleitungen fund Mp geschalteten Last Z[ui}(tJ\. Der durch die ständig an der Netzspannung t/fliegende Last Z[to)(t)l fließende Signalstrom

/(O

Ujt) Z(t)

wird in rein passiver Weise erzeugt Die Last kann durch die zu übertragende Information L oder 0 gesteuert und auf diese Weise die modulierte Signalleistung PJt)-Z ■ P(t)&\ifdr.m Netz erzeugt werden. Durch ihre Abhängigkeit von dei zu übertragenden Information ist die Wirkung der Last auf das Netz eine Funktion der Z^it TJit Abhängigkeit von der Frequenz (durch ω) stellt insbesondere die spektrale Trennung zwischen Signal und Netz dar.

Sendeeinrichtungen für schmalbandige und langsame Datenübertragung nach diesem allgemeinen Prinzip, bei welchen die vorhandene Netzenergie direkt für die Signalenergie ausgenützt wird, sind bekannt. Bei denjenigen Ausführungsformen, bei denen die Last in Abhängigkeit von der zu übermittelnden Information L oder 0 periodisch mit den Netzleitungen verbunden wurde, konnte nur gedämpfte Ausgleichsschwingungen erzeugt werden. Be' der ebenfalls bekannten S?ndecinrichiung, bei welcher die Last Z ständig mit den Netzleitungen verbunden ist, wird zur Erzeugung und

Erhaltung der auf das Netz zu übertragenden ungedämpften Schwingungen eine relativ hohe Steuerleistung benötigt, die vom Net/ Miit Hilfe einer mit der Netzspannung synchronisierten Steuerschaltung aufgebracht wird und entsprechend bemessene Gleichrichter. Schaltiransistorcn und Schaltkomponenten benötigt.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, bei einer Sendeeinrichtung für eine Netzüberlagcrungs-Meldeanlage die vorhandene Netzenergie direkt für die Signalsendeenergie auszunützen, und zusätzliche Speisegeräte nur zur Erzeugung der schwachen Steuerleistung zu verwenden, wobei Signal mit ungedämpften Schwingungen erzeugt werden. Die Last Z[l.m(lJ\ ist dabei ständig mit den Netzleitungen P, M_r verbunden, und ihre Hauptparameter (?. B. Frequenz. Amplitude usw). sind direkt durch die zu übertragende Information gesteuert.

In den folgenden Beispielen wird die Signalfrequenz f durch die Erregung eines LC-Serien-Schaltkreises und j:„ -7«;_>r.uu»r>n!rTi/elt «Hiirrh finp arpionete. Sienalstrom- oder rein elektrische Komponentensteuerung bestimmt.

Die Scndeeinrichtung nach der F i g. 2 besteht aus einem zwischen eine Netzleitung P und eine Masseleitung M_n fest eingefügten Reihenresonanzkreis als Last Z, der aus einer Schwingkreisspule 1 und einem Kondensator 2 besteht. Die Schwingkreisspule 1 ist mit einer Strommeßwindung 3 versehen, deren Anschlüsse 3 und 5 mit einer Steuereinrichtung 6 verbunden sind. Zwei weitere Anschlüsse 7 und 8 stellen die Verbindung zwischen den beiden Belägen des Kondensators 2 und der Steuereinrichtung 6 her. Durch diese Steuereinrichtung 6 wird eine zwischen dem Verbindungspunkt des Kondensators 2 mit der Schwingkreisspule 1 und der Masseleitung \t_p angeordnete Schalteinrichtung 9 betätigt, welcher aus einem nichtlinearen Element, beispielsweise aus einem Halbleiter-Fleinent. Thyristor. Triac oder magnetischem Schalter bestehen kann. Die Schalteinrichtung 9 liegt in diesem Falle parallel zum Kondensator 2.

Die zwischen der Phasenleitung P und der Masseleitung M_n und damit über dem aus der Schwiiigkreisspule f und Kondensator 2 gebildeten Reihenresonanzkreis anstehende Netzspannung ist mit i/\ bezeichnet, der durch diesen fließende Strom mit / und die Spannung über dem Kondensator 2 mit Uc- Der in der Strommeßwindung 3 fließende Strom ist proportional zum Strom /und hat die Größe kl wobei k ein beliebiges Übertragungsverhältnis ist.

In der F i g. 3 sind die einzelnen Teile der Steuereinrichtung 6 "näher dargestellt. Die mit der Fig. 2 gemeinsamen Teile sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

Eine einstellbare Stromquelle 10 liefert einen Vergleichsstrom Α7Ό, der in einer Vergleichsschaltung

11 mit dem Strom kl in der Strommeßwindung 3 verglichen werden kann. In einem Spannungsdetektor

12 kann die Spannung inzwischen den Anschlüssen des Kondensators 2 mit der einstellbaren Referenz-Spannung Uo einer Spannungsquelle 12a verglichen werden. Ein erster Ausgang 11a der Vergleichsschaltung 11 für den Strom und der Ausgang des Spannungsdetektors 12 sind mit den Eingängen eines UND-Tores 13 verbunden, dessen Ausgang an den Stelleingang S eines Flip-Flops 14 angeschlossen ist. Der Rückstelieingang R ist mit einem zweiten Ausgang 11 feder Vergleichsschaltung 11 verbunden. Eine Leitung führt vom Ausgang des Flip-Flops 14 zu einer Endstufe 15, die die Schalteinrichtung 9 steuert und zugleich die Signallänge bestimmen kann.

)ie Sendeeinrichtung gemäß der Fig. 6 weist zusätzlich zu derjenigen nach der F i g. 3 eine erste mit 16 und eine zweite mit 17 bezeichnete Modulationswicklung für die Schwingkreisspule 1 auf. Je ein Anschluß dieser Modulationswicklungen 16 und 17 ist über einen regelbaren Widerstand 18 und 19 mit der Masseleitung Mp verbunden, während der zweite Anschluß an einen Schaltarm 2OaIlQb eines Doppellimschalters 20 angeschlossen ist. Jeder Schaltarm 20a und 20f> besitzt 5 Schaltkontakte O, c, d, e und f. Der dem Schaltarm 20a zugeordnete Kontakt O ist frei. Seine Kontakte c, c/und c sind miteinander verbunden und gemeinsam an einen Signalausgang So einer Steuereinrichtung 21 ange-

schlossen. Der Kontakt /"ist an eine externe Stromquelle 22 für einen Strom Ipangeschlossen. Der dem Schaltarm 20bzugeordnete Kontakt Osowie dessen Kontakt f sind mit dem Signalausgang 5b der Steuereinrichtung 21 verbunden. Eine Leitung verbindet je die Kontakte c, d

7n und e dieses Schaltarms mit den Phasenleitungen R. S und Tder Netzleitung.

In der F i g. 8 ist das Prinzipschema einer Gegentakt-Ausfuhrung der Sendeeinrichtung gemäß der Fig.6 dargestellt. Gleiche Teile sind dabei mit gleichen

Bezugszahlen bezeichnet. Der Einfachheit halber ist dabei die Modulationswicl.lung 17 der F i g. 6 weggelassen. Die .Schwingkreisspule 1 ist in zwei einseitig miteirisnder verbundene Spulen 1 und Γ aufgeteilt. Der Kondor --ator 2 ist mit den freien Anschlüssen der beiden Schwingkreisspulen 1 und Γ und den Schaltkontakten der Schalteinrichtungen 9 und 9' verbunden. Die Schalteinrichtungen 9 und 9' besitzen einen gemeinsamen Anschluß an die Masseleitung Mp. Die Strommeßwindung 3 ist Bestandteil eines Stromwandlers 23. der in

die Verbindung zwischen der Phasenleitung P und den Schwingkreisspulen 1 und Γ geschaltet ist. Die Modulationswicklung 16 ist : ■ zwei parallele und je mit einer der Spulen 1 und Γ gekoppelte Wicklungen aufgeteilt. Die Steuereinrichtung 21 besitzt Eingänge 4

und 5 und Ausgänge für das Steuersignal Sb für die Modulationswicklungen 16 und für die Ansteuerung der beiden Schalteinrichtungen 9 und 9'. Diese können die beiden Anschlüsse des Kondensators 2 mit der Masseleitung M_P verbinden.

Die Fig. 12 zeigt das Schema einer vereinfachten praktischen Ausführung der Gegentakt-Sendeeinrichtung der F i g. 8. Gleiche Teile sind wiederum mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Die Steuereinrichtung 21 enthält einen Diskriminator 24, eine Invertier-

schaltung 25 und zwei Impulsformer 26, 26'. Der Diskriminator 24 ist einerseits mit den Anschlüssen 4 und 5 der Strommeßwindung 3 und andererse^:*s mit einem weiteren Anschluß für einen Steuerstrom /„ verbunden. Der Ausgang des Diskriminator 24 steuert

einerseits über den ersten Impulsformer 26 die Schalteinrichtung 9 und andererseits über die Invertierschaltung 25 und den zweiten Impulsformer 26' die Schalteinrichtung 9'. Die Schalteinrichtung 9 und 9' werden dabei von Triacs gebildet, die einerseits mit den

Anschlüssen des Kondensators 2 und andererseits mit der Masseleitung M_P verbunden sind. Die Steuereinrichtung 21 ist nur für positive Steuerspannungen dargestellt um die Figur zu vereinfachen.

Die Fig. 13 zeigt eine Variante der Grundeinrich-

tuiig, wobei die Last über einen Transformator an das Netz angeschlossen ist. Dies erlaubt eine galvanische Trennung zwischen dem Netz und der Sendeeinrichtüng und kleinere Spannungen an der letzteren.

Allen diesen genannten Ausführungsformen ist die folgende, anhand der Fig. 1 zu erklärende Wirkungsweise gemeinsam:

Die Wirkung der gesteuerten Netzlast Z[t,io(tJ\ von F i g. 1 wird in zwri Stufen realisiert:

1. Die spektrale Verschiebung im Tonfrequenzbereich von 500 bis 20 000Hz wird in einem e'-fachen. durch die Netzspannung U(i) erregten LC Schwingkreis erzeugt.

2. Die schmalbandige oder breitbandige Signalmodulierung in Abhängigkeit von der zu übertragenden Information L oder 0 wird durch Komponenten-Änderung durch elektrische Einwirkung und/oder Stromsteuerung erzeugt.

Die beschriebene Senderstruktur hat den Vorteil, zwei bis anhin schwierige Probleme gleichzeitig zu lösen:

1. Die Signalleistung direkt vom Netz herzuleiten und große Sendeleistungen mit maximalem Wirkungsgrad zu erzeugen,

2. die Senderankopplung und Netztrennung durch einfache Verschiebung der Frequenz ω zu bewirken.

Zusätzlich kann noch die Netzgrundwelle als Synchronisierungssignal verwendet werden, z. B. als Synchronisation einer zeitlichen Pulsphasen-Modulation besonders bei einem schmalbandigen Signal oder als Frequenzmodulation bei einem breitbandigen Signal mit während der Signaldauer veränderter Frequenz. Weil die Netzwelle auch beim Empfänger vorhanden ist, wird die Übertragung vcrinfacht und zuverlässiger.

Vorteile von breitbandigen Übertragungen wurden schon früher aufgezeigt. Solche Übertragungen können mit Hilfe von Sendeeinrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung sehr leicht realisiert werden, wie nachfolgend beschrieben wird. Als weiterer Vorteil ist anzuführen, daß die Signalamplituden der verwendeten breitbandigen Signale von der momentanen Netzspannung unabhängig sein können.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Sendeeinrichtung nach der F i g. 2 und 3 erklärt.

Mit der gleichen Sendestruktur sind zwei verschiedene Arbeitsweisen möglich, welche in den F i g. 5 und 7 dargestellt sind.

In beiden Figuren ist:

/ der Strom durch die Spule I,

/o der Referenzstrom,

Uc die Spannung über dem Kondensator,

Un der Momentanwert der Netzspannung,

To die Periodendauer der Resonanzfrequenz des Schwingkreises,

T die Periodendauer des Signalstromes,
A der Teil von T während die Schalteinrichtung 9

geöffnet ist,
B der Teil von T während die Schalteinrichtung 9 geschlossen ist

Die Vergleichsschaltung 11 überwacht mittels der Strommeßwindung 3 den Strom / und gibt auf den ersten Ausgang 11a ein logisches Signal L für den Fall, daß />0 ist und ein logisches Signal 0 für den Fall, daß /<0 ist Bei einer Variante der Schaltung wird am Ausgang lla dauernd ein logisches Signal L eingestellt Auf dem zweiten Ausgang Wb erscheint ein logisches Signal L wenn />/o und ein logisches Signal 0, wenn /</oist.

Der Spannungsdetektor 12 gibt am Ausgang jeweils ein /.-Signal, wenn die Spannung Uc am Kondensator 2 gleich der Referenzspannung LO ist. Im folgenden wird die Referenzspannung LO gleich Null angenommen. Für die erste Variante gemäß Fig.5 liegt am Ausgang 11a der Stromvergleichsschaltung 11 dauernd ein /,-Signal.

ίο Dann funktioniert die Schaltung wie folgt:

Am Anfang einer Periode 7 erreicht der Strom den Wert /o, wodurch das L-Signal am Ausgang 116 auf dem /^-Eingang des Flip-Flops dieses zurückstellt. Hierdurch wird die Schalteinrichtung 9 geöffnet. Der Strom /in der Spule 1 fließt jetzt in den Kondensator 2. Der Strom / und die Spannung Uc im jetzt freien Schwingkreis 1, 2 verlaufen annährend sinusförmig mit der Zeit, wie dies in der Fig.5 dargestellt ist. Beim nächsten Nulldurchgang der Spannung LV gibt der Spannungsdetektor 12 einen /.-Impuls auf den 5-Eingang des Flip-Flops 14 ab, so daß dieses auf L gestellt wird. Dadurch wird die Schalteinrichtung 9 am Ende des Zeitintervalls A geschlossen. Der Strom /ist in diesem Moment negativ und nimmt exponential zu, bis der Wert k am Ende des Intervalles B, und somit auch am Ende der Periode T wieder erreicht wird.

Für die zweite Variante gemäß Fi g. 7 entspricht das logische Signal des Ausganges 11 a der Stromvergleichsschaltung 11 dem Vorzeichen des Stromes /.Am Anfang einer Signalperiode wird wie bei der ersten Variante die Schalteinrichtung 9 geöffnet und der Schwingkreis freigegeben.

Beim ersten Nulldurchgang von Uc ist /<0 und am Ausgang Wa liegt ein 0-Signal, so daß der /.-Impuls des Spannungsdetektors 12 im UND-Tor 13 aufgehalten wird. Erst beim nächsten Nulldurchgang von LVist />0, so daß der /.-Impuls des Spannungsdetektors 12 über das UND-Tor 13 an den 5-Eingang des Flip-Flops 14 gelangt und dieses auf L stellt, wodurch die Schalteinrichtung 9 am Anfang des Intervalles B. wieder geschlossen wird. Während des Intervalles B steigt der Strom /durch die Spalte Spule 1 wieder auf den Wert k an, wobei ein neue Periode eingeleitet wird. Im Gegensatz zur ersten Variante ist der Strom / am Anfang des Intervalles ß bereits wieder positiv.

Die benötigte Zeit bis zum Erreichen des Wertes /o ist somit bei der zweiten Variante bedeutend kürzer als bei der ersten, und hängt von den Verlusten im Schwingkreis 1, 2 ab. Dys Intervall A ist nahezu gleich der

so Periode 7o einer gedämpften Schwingung der Spannung Uc über dem Kondensator 2, und hängt nur wenig von der Netzspannung Un ab. Damit ist ersichtlich, daß die Stgnalfrequenz /=1/7" nur wenig größer ist als die Eigenfrequenz /o=1/7<> des Schwingkreises I, 2 und nahezu unabhängig von der Netzspannung U_n, so daß die Sendeeinrichtung gemäß der F i g. 3 ein schmalbandiges Signal liefert dessen Frequenz der Eigenfrequenz des Schwingkreises entspricht.

Die Sendeeinrichtung gemäß F i g. 6 ist geeignet ein breitbandiges Signal beim Betrieb nach der F i g. 7 zu liefern, wobei die momentane Frequenz während einer Halbperiode der Netzspannung Un von dieser abhängt.

Diese Abhängigkeit des Verhältnisses f/fo wird

bestimmt durch den Parameter

und ist in F i g. 4 dargestellt

Für große Werte von ti, das heißt für kleine Werte von A) wird die Frequenzänderung klein, bei kleinen Werten von υ entsteht ein breitbandiges Signal.

Da der Vergleichsstrom /o frei wählbar ist, können durch eine Steuerung gemäß der F i g. 5 Frequenzabweichungen während einer halben Netzperiode erzeugt werden, welche beispielsweise für verschiedene logische Zustände kennzeichnend sind, welche über die Netzleitungen überiniif "It werden sollen (F i g. 4). Bei einer sehr einfachen Ausführungsform kann eine 0-lnformation durch die Anwendung der Modulation während positiver Netzschwingungen, eine ^.-Information durch die gleiche Modulation während negativer Netzschwingungen dargestellt werden.

Die Signallänge kann ebenfalls mit Hilfe der Schalteinrichtung 9 eingestellt werden. Sie kann vorzugsweise in Abhängigkeit von der Netzfrequenz mit einer Dauer von 10 ms gewähl! werden, wodurch man Signale mit während dieser Dauer von der sinusförmigen Netzspannung abhängiger Frequenzmodulation erhält. Auf diese Weise kann zum Beispiel für die Übertragung digital dargestellter Information für ein L-Signal ein Signal mit einer maximalen Frequenzabweichung von

(s. Fig. 4) und für ein O-Signal mil einer maximalen Frequenzabweichung von 2 gewählt werden, wenn u=0,5 für den ersten und u=2 für den zweiten Zustand mittels des Vergleichsstromes /o eingestellt sind. Diese Einstellung kann durch einen entsprechenden Abgriff an einem Regelwiderstand in der Stromquelle 10 erfolgen. Es kann ebenfalls bei Wahl von u= 10 ein während des größten Teils der Dauer einer Halbperiode der Netzfrequenz nur mit einer einzigen Frequenz moduliertes, also schmalbandiges Signal erzeugt werden (F ig· 4).

Das frequenzmodulierte breitbandiges Signal eignet sich besonders gut für die Übermittlung von Zählerständen oder anderen Informationen mittels zahlreicher über die Netzleitungen verteilter Sendeeinrichtungen entgegen dem Netzenergiefluß zu einem oder mehreren in einer Zentrale für die Ermittlung dieser Information angeordneten Empfänger. Die Sendeeinrichtungen sind einfach und wenig kostspielig, da sie sich mit wenigen Halbleiterbausteinen bauen lassen. Wenn die Frequenzabweichung eine bestimmte Form hat. können die empfangenen Signale zeitlich und/oder der Frequenz nach durch an eine zur Modulation in der Sendeeinrichtung angepaßten Demodulation komprimiert und detektiert werden. Da die im Übermittlungspfad vorhandenen Störungen der Frequenz nach diskret über das Signalspektrum und die Störimpulse zeitdiskret über die Signaldauer verteilt sind, läßt sich mit Hilfe geeigneter Rauschfilter ein sicheres, empfindliches Übermittlungssystem mit hohem Nutzsignal/Rauschverhältnis realisieren, da die Störsignal nach der Rausch-Filterung und Komprimierung einen bedeutend geringeren Leistungspegel als die Nut-oignale aufweisen.

Die Beispiele beschreiben praktische Realisierungen, wo Z[t,<a(t)\ direkt zwischen die Netzleitungen geschaltet ist. Deshalb lassen sich mit diesen Sendeeinrichtungen sehr kräftige Signale erzeugen. Dabei ist der Energieaufwand zur Steuerung der Schwingungserzeugung in der Steuereinrichtung 6 sehr gering. Er beträgt nur einige Zehntel Prozent der erzeugten Schviingungsenergie und erfordert keine großen Speisegeräte für die Signalerzeugung.

\r der P ^; g. 6 si.-d fünf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung in einem Schema dargestellt, wobei jede Ausführung einer Position des Doppelumschalters 20 entspricht. |ede dieser Ausführungsformen kann allein oder in Kombination mit anderen vorkommen.

Die Schaltung entspricht im Prinzip jener der F i g. 3. wobei zusätzlich 2 Modulationswicklungen 16 und 17

to auf der Spule 1 vorgesehen sind. Mit einem Strom durch eine oder beide Wicklungen wird die Sättigung des Eisens der Spule 1 beeinflußt, was eine Änderung der Induktivität zur Folge hat.

Die Steuereinrichtung 21 unterscheidet sich darin von derjenigen der F i g. 3, daß eine zusätzliche Verbindung mit einer der drei Phasen R, S. Tmöglich ist. und daß ein Ausgangssignal 5ό erzeugt werden kann, das mit Hilfe einer Modulationswicklung 16, 17 auf der Spule 1 eine Beeinflussung der Kennlinien des Senders, zum Beispiel die Linearisierung der meistens nichtlinearen Kennlinien des Eisenkerns der Spule I. ermöglicht.
Es sind folgende Varianten möglich;
In der Stellung O des Doppelumschalters 20 ist das Korrektursignal So an die Wicklung 16 angeschlossen.

Die Wicklung 17 ist nicht angeschlossen, und sie kann in diesem Fall weggelassen werden. Das Signal .So erzeugt in der Wicklung 16 einen mit dem Regelwiderstand 18 einstellbaren Strom. Auf diese Weise wird die im vorhergehenden Abschnitt erwähnte Linearisierung erreicht. Auf gleiche Weise kann so mit dem Regelwiderstand 18 die Grundfrequenz ίο eingestellt werden.

Wenn die Schaltarme 20a und 20i? des Doppelumschalters 20 auf den Stellungen c. d oder e sind, findet eine mittels des Regelwiderstandes 19 einstellbare Korrektur der Grundfrequenz f-.\ durch die Modulationsspule 17, die dann zwischen die Leitung mit dem Korrektursignal So und die Masseleitung M_p geschaltet ist. und andererseits eine durch den Regelwiderstand 18 einstellbare Modulation mit Hilfe der Modulationsspule 16 statt. Da diese Modulationswicklung 16 in diesen Stellungen zwischen einer der Phasenleitungen R. Sund rund der Masseleitung Λ/ρ liegt, wird ein wäh.end einer Signallängc mit einer variierenden Frequenz moduliertes Tonfrequenzsigna! erzeugt, das je nach der Stellung der Schaltarme 20a und 20f> gegenüber den anderen um 120 Grad phasenverschoben ist. Diese gegeneinander phasenverschobenen, frequenzmodulierten breitbandigen Signale können entsprechenden Codierungen zugeordnet sein und in den entsprechend ausgerüsteten Empfängern nach ihrer Übertragung über die Netzleitungen ausgewertet werden. Wie vorher schon erwähnt, ist für eine Frequenzabweichung aufweisende, breitbandiges Signal wiederum auf der Empfangsseite eine Komprimierung der Signal unter wirksamer Rauschfilterung möglich, die zu einer erhöhten Empfindlichkeit der Empfänger und damit zu einem verbesserten Signal/Rauschverhältnis iührt. Die entsprechende Demodulation kann in den Empfängern in ähnlicher Weise von der Netzfrequenz abgeleitet werden. Es versteht sich, daß die Demodulation der Modulation ?"f der Sendeseite in diesem Fall angepaßt sein ^co?L w,e d;as früher erklärt worden ist.

Eine weitere Möglichkeit der Modulation der Gn ndschwingung /o des Schwingkreises 1,2 wird durch die Stellung / der Schaltarme 20a und 20ö des Ooppeiurnschalters 20 geboten, !p. dieser wird die Korrektur der Sollfrequenz /& mittels des Korrektursi-

Il

gnalä S) in der Vrodulationsspule 16 und die Modulation durch die Modulationsspule 17 mittels des Stromes Iq einer externen Stromquelle 22 vorgenommen. Diese kann einen fest eingestellten Strom Iq liefern, der eine Frequenz im Schwingkreis I. 2 erzeugt, die um einen festen Betrag von der Grundfrequenz fr> abweicht und für eine entspiechende Information benützt wird. Der von der Stromquelle 22 eingeprägte Strom Iq kann jedoch auch während der Dauer eines Signals veränderlich und gegebenenfalls mii der Netzfrequenz synchronisiert sein und damit wiederum eine während der Dauer eines Signals entsprechende beliebige Frequenzänderung im Schwingkreis 1, 2 erzeugen. Diese kann im Empfänger wiederum durch eine der Modulation im Sender angepaßte Demodulation zeitlich und/oder frequenzmäßig komprimiert werden. Es sind weitere Varianten der Steuerung möglich, wobei das Korrektursignal Si weggelassen resp. auf Null eingestellt werden kann.

Die Einrichtung nach der F i g. 8 wirkt ähnlich derjenigen der ir i g. 6, siehe dazu das Diagramm der Fig.9. Die Tpannung Uc über dem Kondensator 2 braucht aber bei dieser Ausführungsform nicht unbedingt überwacht zu werden. Die Schalteinrichtungen 9 und 9' sind so eingerichtet und/oder gesteuert, daß sie 2s immer gegengleich wirken, d. h. die Schalteinrichtung 9 ist immer geschlossen, wenn die Schalteinrichtung 9' offen ist und umgekehrt. Wenn die Schalteinrichtung 9 schließt, hat der Strom l\ durch die Schwingkreisspule I' die Form einer Sinusschwingung, wie der Strom / in der Periode A der F i g. 5. Der Strom /1 in der Schwingkreisspule I steigt dann exponentiell an wie in der Periode B des Stromes / in der F i g. 5 (gestrichelt). Der resultierende Strom /durch den Stromwandler 23 besitzt dann in der Periode T die Form einer Sinusschwingung. Andererseits sind nach dem Zeitpunkt, wo der Strom I₁ — —1\ wird und wo die Schalteinrichtung 9 geöffnet und die Schalteinrichtung 9' geschlossen ist bis zum nächsten Umschalten die Siromverläufe des Stromes / und /' umgekehrt zur ersten Periode. Die Umschaltung erfolgt jedoch immer nur durch Überwachung des Stroms /und immer in dem Augenglick, wo der Strom /von Minus zu Null wechselt. Die Schaltung wirkt wie ein Multivibrator.

Die Signaldauer kann z. B. durch einen nichtdargestellten EIN/AUS-Schalter in den Anschlüssen der Strommeßwindung 3 bestimmt werden. Die Schwingungen starten beim Schließen dieses Schalters von selber. Die Spannung Uc an den Anschlüssen des Kondensators 2 ist bei jeder Schaltung der Schalteinrichtungen 9 und so 9' ungefähr Null.

Die Signalformen werden '.Vtrch das Verhältnis

JL

Λ

bestimmt Bei bestimmten Verhältnissan von

/0

entsteht beispielsweise über ein? HalbperiorJ? der Netzspannung U_n pralrtiscb. nur eine einzige Gnintifrequenz/, wie die Fig. 10 zeigt, und somit ein schmalbandiges Signal. Bei kleinerem Verhältnis

/0

entsteht ein breitbandiges Signal, bei dem d'.e Frequenz innerhalb einer Halbperiode der Netzspannung Un um etwa 25% schwankt, wie dies Fig. 11 zeigt. Dabei tritt auch eine Schwankung der Amplitude 4m ein, wobei die Amplitucir; Am bei tieferer Frequenz kleiner und bei der höchst';n Frequenz am größten ist. Dies ist besonders günstig, wenn die Einrichtung nach der Fig. 8 für die Rückmeldung von Informationen entgegen dem Fluß eier Netzenergie bei höheren Übertragungsfrequenzen verwendet wird, da in diesem Fall c'^:j bei höheren Frequenzen höhere Dämpfung des Übertragungskanals kompensiert wird.

Die Einrichtung gemäß der Fig. 8 kann ähnlich wie diejenige nach Fig.6 durch eine nichtgezeichnete zusätzliche, der Modulationswicklung 17 der Fig. 6 entsprechende Wicklung auf der Spule 1 und/oder Γ oder mittels Änderung einer anderen Komponente, z. B. des Kondensators 2 moduliert werden. In diesem Fall kann auch bei bestimmten Verhältnissen

/0

eine Schwingung mit über die Dauer des Signals wechselnder Frequenz und somit ein breitbandiges Signal erzeugt werden.

Anstelle der Nulldurchgänge des Stromes / im Stromwandler 23 kann ein anders Kriterium gewählt werden. Ein Beispiel ist die Funktion l(t)— l_tl(t)—Q, wobei /„ ein Steuerstrom ist. Eine entsprechende Einrichtung ist in Fig. 12dargestellt.

Diese Einrichtung ist eine einfache Ausführungsform der Schaltung nach F i g. 8. Dabei werden in der Steuereinrichtung 21 ein Diskriminator 24 und zwei Impulsformer 26 und 26' sowie eine Invertierschaltung

25 benützt und die Schalteinrichtungen 9 und 9' sind als Triacs ausgebildet. Durch den Strom / in der Strommeßwindung 3 des Stromwandlers 23 und den Steuerstrom /_s, wird der uiskriminator 24 gesteuert, welcher die Schalteinrichtung 9 über den Impulsformer

26 und die Schalteinrichtung 9' über die Invertierschaltung 25 und den Impulsformer 26' steuert. Anstelle der Steuereinrichtung 21 kann auch ein Impulstran^i^raiator verwendet werden, wenn nur eine einzige Frequenz erzeugt werden soll.

Es ist noch zu erwähnen, daß die Spannung auf der Last Z(z. B. die Spannung Uc am Kondensator 2) sehr groß werden kann, besonders für breitbandige Lös'ir·.-geri. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Last Z[tca(tJ\ durch einen Transformator an das Netz zu koppeln, wobei die Spannung auf der Lastseite niedriger sein soll. Das erlaubt auch eine galvanische Trennung zwischen Netz und Sender (F i g. 13).

Die erfindungsgemäßen Sendeeinrichtungen zeichnen sich durch Einfachheit aus. Sie können mittels weniger diskreter und/oder integrierter Halbleiterbestandteile ausgeführt werden. Sie erlauben eine hohe Sendeleistung mit hohem Wirkungsgrad, da die Steuerung wenig Energie braucht Sie ermöglichen die Erzeugung von Signalen sowohl mi; sehr stabilen, festen Frequenzen, wie auch von frequenz-, amplituden- und/oder phasenmodulierten breitbandigen Signalen mit während der Impulsdauer veränderlicher Frequenz, welche empfengsseitig durch Führung und BiVj.erzung und durch zeitliche und/oder i'requenzrnäSige Kernprimierur-i. ei? t- Ή·;ζ SisnaJ/Rjausch verhältnis erlauben.

Hier; j 4 BLiit Ziichnungtn

Claims

Patentansprüche:

1. Sendeeinrichtung für eine Netzüberlagerungs-Meldeanlage mit einem an zwei Leiter eines Wechselstrom-Versorgungsnetzes angeschlossenen und das Netz entsprechend dem zu übertragenden Informationssignal belastenden, aus mindestens zwei Komponenten bestehenden Sendeschwingkreis, an den eine Strommeßwindung angekoppelt ist, die zusammen mit einer ein Vergleichssignal erzeugenden Steuereinrichtung eine die Lastparameter des Sendeschwingkreises und daher den Netzstrom beeinflussende Schalteinrichtung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein- richtung (6; 21) eine Stromvergleichsschaltung (11) enthält und das Vergleichssignal durch Vergleich eines eingeprägten Referenzstromes (Io) einer einstellbaren Stromquelle (10) mit dem Sendeschwingkreisstrom (I) erzeugt ist und daß zum abwechselnden In- und Außerbetriebsetzen lediglich einer Komponente des Sendeschwingkreises diese Komponente durch die Schalteinrichtung (9, 9') Cberbrückbar ist

2. Sendeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (9,9') aus mindestens einem Halbleiterschalter besteht

3. Sendeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter aus mindestens einem Triac besteht

4. Sendeeinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (9,9') aus mindestens unem magnetischen Schalter besteht.

5. Sendeeinrichtung nach eiern der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet daß der Sendeschwingkreis aus mindesten: einem auf eine Grundschwingung mit einer Tonfrequenz von 0,5 - 20 kHz abgestimmten Reihenresonanzkreis besteht

6. Sendeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Sendeschwingkreises aus einem Kondensator (2). dessen beide Pole durch die Schalteinrichtung (9,9') abwechselnd elektrisch mit einem der beiden Leite (Mp) des Wechselstrom-Versorgungsnetzes verbun- « den sind, und ein anderer Teil des Sendeschwingkreises aus zwei Schwingkreisspulen (1, 1') besteht, deren gemeinsamer Punkt mit dem anderen der beiden Leiter (P) des Wechselstrom-Versorgungsnetzes verbunden ist und deren beide andere Pole je mit einem der beiden Pole des Kondensators (2) verbunden sind.

7. Sendeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Sendeschwingkreises aus einem Kondensator (2) besteht und die Steuereinrichtung (6) einen Spannungsdetektor (12) enthält, so daß die Steuerung zusätzlich in Abhängigkeit von der Größe der Spannung (U,) üKr dem Kondensator (2) des Sendeschwingkreises erfolgt.

8. Sendeeinrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Stromvergleichsschaltung (11) zwei Ausgänge (11.?, Wb) besitzt, daß der Spannungsdetektor (12) Eingänge für die Spannung (Uc) über dem Kondensator (2) und für eine Referenzspannung (Uo) einer Spannungsquelle (\2a) und einen Ausgang aufweist, der mit einem ersten Eingang eines UND-Tores (13) verbunden ist, dessen zweiter Eingang an den Ausgang [Wa) der Stromvergleichsschaltung (11) angeschlossen ist, und daß der Ausgang des UND-Tores (13) mit dem Stelleingang (S) und der Ausgang [Wb) der Stromvergleichsschaltung (11) mit dem Rückstelleingang (R) eines Flip-Flops (14) verbunden ist, dessen Ausgang die Betätigung der Schalteinrichtung (9) steuert

9. Sendeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung für die Erzeugung eines schmalbandigen Signals durch das Verhältnis

erfolgt wobei Un die Netzspannung, ω = 2π fbt\ einer Resonanzfrequenz /des Sendeschwingkreises, L die Induktivität einer Schwingkreisspule des Sendeschwingkreises und I₀ den einstellbaren Referenzstrom bedeuten.

10. Sendeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung durch Veränderung der Größe einer Induktivität im Sendeschwingkreis erfolgt

11. Sendeeinrichtung nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet daß die Steuerung durch ein mittels Vergleichs schaltungsspezifischer Parameter mit gewünschten Parametern erzeugtes Korrektursignal (Sb) erfolgt.

12. Sendeeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung zur Erzeugung eines breitbandigen Signals zusätzlich durch die auf einer bestimmten Phasenleitung momentane Größe der Netzspannung f L//^ erfolgt.

13. Sendeeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung in Funktion des eingeprägten Stromes einer externen Stromquelle (^erfolgt

14. Sendeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. b und 9 bis 13. dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung in Funktion eines besunmten Pegels des durch einen aufgeteilten Sendeschwingkreis fließenden Gesamtstromes (I) erfolgt und daß die Strommeßwindung (3) eines in Serie mit dem Sendeschwingkreis liegenden Stromwandlers (23) den Meßwert dieses Gesamtstromes Vermittelt.

15. Sendeeinnchtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung in Funktion der Nulldurchgänge des durch einen aufgeteilten Sendeschwingkreis fließenden Gesamtstromes (I) und der Netzspannung (Usi)erfo\gl.

16. Sendeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendeschwingkreis durch einen Transformator an das Netz angeschlossen ist

17. Sendeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Sendeschwingkr:is mindestens eine Schwingkreisspule (1) enthält und daß jede Schwingkreisspule ein bis zwei Modulationswicklungen (16, 17) besitzt.

18. Sendeeinrichtung nach Anspruch 17. dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß der Modulationswicklungen (16, 17) mit der Masseleitung (Mp) und der zweite Anschluß je mit einem Schaltarm (20,i. 2Qb) eines Doppelumschalters (20) verbunden ist. dessen Kontakte entweder an eine Leitung für ein Korrektursignal (S_n) einer .Steuerungseinheit (21) für

die Schalteinricli..=.-.^ (9,9'} cn eine Stromquelle (22) und/oder an eine Phasenleitung (R, S, ^angeschlossen sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sendeeinrichtung für eine Netzüberlagerungs-Meldeanläge mit einem an zwei Leiter eines Wechselstrom-Versorgungsnetzes angeschlossenen Sendeschwingkreis der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Gattung.

Eine solche Sendeeinrichtung ist bereits bekannt (CH FS 4 4*j§62). Die vorbekannte Sendeeinrichtung wird für eine Netzüberlagerungs-Verbrauchsmeldeanlage verwendet, während die Erfindung hierauf nicht beschränkt sein soll. Netzüberlagerungs-Meldeanlagen finden in der Rundsteuerung Verwendung. Von einem oder wenigen zentral gelegenen Sendern ausgehend werden Tonfrequenzsignale geringer Bandbreite dem Wechselstrom-Verteilernetz überlagert und in vielen über das Netz verteilten Empfängern zur Ausführung von Befehlen verschiedenster Art ausgewertet. Die Übertragungsgeschwindigkeit und daher auch die in der Zeiteinheit übertragene Informationsmengc ist bei Rundsteueranlagen allerdings relativ gering.

Darüber hinaus ist ein Verfahren zur Signalerzeugung mit Hilfe einer Sendeeinrichtung für eine Netzüberlagerungs-Meldeanlage bekannt (DE-OS 15 63 485). bei der eine nicht-lineare Last aus der Parallelschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes besteht Eine als Schalttransistor ausgebildete Schalteinrichtung befindet sich in Reihe mit der Last A's Steuereinrichtung dient ein Multivibratorkreis. der dem Schalttransistor das Informationssignal über den mit dem Kondensator parallel geschalteten Widerstand zuführt Bei diesem Verfahren kann jedoch nur ein schmalbandiges Signal mit regelmäßiger und unveränderter Repetitionsfrequenz erzeugt werden, d. h. daß Tonfrequenz-Signale dem Wechselstrom-Verteilungsnetz nur mit geringer Bandbreite überlagert werden können.

Es sind auch Einrichtungen bekannt (AT-PS 2 41 589). die in vielen Beziehungen ähnlich wie die vorausgehend beschriebenen aufgebaut sind. Dabei kann beispielsweise der Zählwerkstand von über das Netz verteilten Zählern oder Informationen über die erfolgte Befehlsausführung in Rundsteueranlagen an eine Zentrale zurückgemeldet werden. Die Meldung erfolgt dabei entgegen <Jtm Fluß der Netzenergie Die Informationsmenge ist erheblich. Für die Rückmeldung wird eine Vielzahl von Sendern mit relativ geringer Leistung verlangt dagegen nur ein oder wenige zentral so angeordnete aufwendigere Empfänger für die Rückmeldeinformation. So wird die Meldung des Verbrauchs von Festrengen verbrauchter Energien, von Gas. Wasser und ähnlichem mit Hilfe von durch Rundsteuersignale ausgelösten Befehlen zur momentanen Ankopp- lung eines Schwingkreises zwischen zwei Netzleitungen in den einzelnen Zählern und durch Auswertung der dadurch erzeugten Signale in einem äußerst trennscharfe elektronische Filter aufweisenden Empfänger in der Zentrale ausgewertet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sendeeinrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die trotz einfachen Aufbaus vielseitig, beispielsweise für verschiedene Übertragungsmöglichkeiten, verwendbar iit und daher auch Signale großer Bandbreite übertragen kann.

Die Erfindung is' im Patentanspruch 1 gekennzeichnet, und in Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen und Verbesserungen derselben beansprucht

Bei der erfindungsgemäßen Sendeeinrichtung sind modulierbare ungedämpfte Schwingungen mit definierter Frequenzbandbreite erzeugbar, ohne daß eine große Steuerleistung erforderlich ist Dabei kann die vorhandene Netzenergie direkt für die Signalsendeenergie ausgenützt werden. Trotz einfachen Aufbaus ist sie mit wenigen preiswerten Bauelementen bestückbar, obwohl ihre Verwendbarkeit für solche verschiedene Übertragungsmöglichkeiten sehr vielfältig ist und sie durch einfache Modifikationen den verschiedenen Erfordernissen bei der Signalübertragung über Netz angepaßt werden kann.