DE2810534A1

DE2810534A1 - Rundsteueranlage

Info

Publication number: DE2810534A1
Application number: DE19782810534
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Ing Grad Kruegel; Ernst-Robert Dipl Ing Paessler; Kurt Dipl Ing Smutny; Hermann Dr Tappeiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1978-03-10
Publication date: 1979-09-13
Also published as: US4321581A; DE2810534C2; FR2419619A1; JPS54126940A; FR2419619B1; CH638647A5

Description

SIEMElIS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 78 P 3 0 * 1 BRD

Rundsteueranlage

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Rundsteueranlage mit einem Rundsteuersender, der insbesondere 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 bei-' spielsweise 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 Nm 2 BSk / 27.2.1978

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ITetzeinspeisung und aus einem oder mehreren an das Elektrizitätsversorgungsnetz angeschlossenen Rundsteuerempfängern, die die Verbraucher steuern. Der Rundsteuersender erzeugt eine tonfrequente, nach Maßgäbe 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., vergl. Bild 2).

Die Paralleleinspeiseeinheit kann dabei eine LC-Kombination und einen Isoliertransformator umfassen; im dreiphasigen Pail 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., vergl. Bild 3). Die Serieneinspeiseeinheit wiederum kann dabei eine LG-Einheit und einen Ankopplungstransformator (Einspeisewandler) umfassen; im dreiphasigen Pail können dabei an die Leitungen zwischen dem Rundsteuersender und den Ankopplungstransformatoren 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

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geschalteten Kondensatoren angeschlossen ist (a.a.O., vergl. Bild 4).

Aus der DE-OS 24 56 344 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 gesarate LC-Kombination (bei Paralleleinspeisung) bzw. LO-Einheit (bei Serieneinspeisung) noch einige Perioden lang weiterschwingt. Diese Verlängerung bedeutet eine Verfälschung der übertragenen Information, was zu einem Pehlverhalten 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 nein.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Ausschwinghilfsschaltung, die ab Ende eines Sendeimpulses den Rundsteuersender kursszeitig weiterbetreibt und dabei die Ausgangswechselspannung derart beeinflußt, daß das Nachschwingen der Wechselspannung an 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 Netzsammelschiene 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 Zwischenwert 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 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.

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Diese Weiterbildung mit Phasenverschiebung der Ausgangswechselspannung läßt sich insbesondere bei einer RundSteueranlage realisieren, die mit einem Pulswechselrichter als Rundsteuersender arbeitet.

Die erfindungsgemäße Ausschwinghilfsschaltung steuert ab Ende eines Sendeimpulses die Ausgangswechselspannung 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 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, 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.

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,

Figuren 2 und 3 den Verlauf der Ausgangswechselspannung des Rundsteuersenders bzw. der Spannung an der Ankopplungseinheit beim herkömmlichen unbeeinflußten Ausschwingen,

Figuren 4 und 5 die Ausgangswechselspannung des Rund-

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steuersenders bzw, die Spannung an der Ankopplungseinheit bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Ausschwinghilfsschaltung,

Pigur 6 Einzelheiten einer Aussclrwinghilfsschaltung und

Figuren 7 bis 21 Zlindimpulse ftlr die steuerbaren Ventile des Kundsteuersenders beim Umsteuern am Ende eines Sendeimpulses·

Pigur 1 zeigt das Prinzipschaltbild der Sendeseite einer Rundsteueranlage mit Paralleleinspeiseeinheit, Die Verbindung zur Empfangsseite wird durch ein Leistungs- oder Versorgungs-Wechselspannungsnetz 2 mit den Phasenleitern R, S, ! hergestellt. Das Wechselspannungsnetz 2 wird mit einer Netzwechselspannung U_r und einer ITetzfrequenz f betrieben. Die Hetzfrequenz f^ kann z.B. 50 oder 60 Hz betragen.

Als Rundsteuersender 3 wird vorliegend ein Wechselrichter 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 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 Spannungszwischenkreis über einen Steuersatz 6 in Abhängigkeit von einem Steuersignal u steuerbar.

Zwischen dem wechselspannungsseitigen Ausgang des Rundsteuersenders 3 und dem Versorgungs-Wechselspan-

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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 IG-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 Korapensationskondensatoren 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 χ 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 ρ beaufschlagt. Der Ausgang der Ausschwinghilfsschaltung 20 ist mit 24 bezeichnet.

Der Rundsteuersender 3 erzeugt eine dreiphasige Aus-

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gangswechselspannung U₊ mit einer Tonfrequenz f₊; diese kann einen Wert zwischen ca. 110 und ca. 400 Hz haben. Die Ausgangswechselspannung U₊ besteht aus einzelnen rechteckförmigen Spannungsirapulsen. Sie wird mittels des Tastsignals ρ nach Maßgabe einer zu übertragenden Information getastet. Die Ausgangswechselspannung U₊ tritt also in Form von Sendeimpulsen von variabler länge P (vergl. 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 j die Phasenfolge der Zünd- und Löschimpulse für die steuerbaren Ventile des Bundsteuersenders vertauscht. Dadurch wird die Ausgangawechselspannung U₊ umgesteuert, d.h. die Ausgangswechselspannung U₊₁ erfährt eine Phasenverschiebung von 180° (Gegenphase). Das Steuersignal y wird zum Zwecke einer solchen Umsteuerung am Ende eines jeden Sendeimpulses für eine Zeit t 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 u. dargestellt. Es handelt sich um rechteckige positive und negative Spannungsimpulse, die durch die Taktung des Wechselrichters 3 entstehen. Zum Endzeitpunkt t sei ein Sende- oder Telegrammimpuls der länge P nach Maßgabe des Steuersignals ρ beendet. Die Ausgangswechselspannung U₊ nimmt fortan den Wert Null «'an. Die Information des zu übertragenden Signals wird durch diesen EndzeLtpunkt t bestimmt. Der Endzeitpuiikfc t noil be daher auf der Empfangsseifce ein-

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deutig und möglichst genau feststellbar sein.

In Pigur 3 ist der zeitliche Verlauf der entsprechenden sinusförmigen Wechselspannung u^ an der Ankoppelstelle, nämlich zwischen den Phasenleitern R, S₉ dargestellt. Aus diesem Zeitdiagramm ist ersichtlich, daß es nach Abschalten des Rundsteuersenders 3 zu einer unerwünschten Verlängerung des Sendeimpulses kommt. Der zu übertragende Sendeimpuls ist nicht bereits zum Zeitpunkt t_e, sondern erst zu einem späteren Zeitpunkt t' gleich Null. Das liegt daran, daß die LO-Korabination 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 t_e einsetzt, gemäß der Erfindung verkürzt wird.

Aus Pigur 4 ist ersichtlich, daß die Taktung des Rundsteuersenders 3 im Endzeitpunkt t nicht einfach abbricht, sondern noch eine Zeit t lang weitergeführt wird. Während dieser Zeit t wird die erwähnte Ausschwinghilfe durch Takten in Phasenopposition gegeben.

Aus Pigur 5 ist zu entnehmen, daß das Nachschwingen dadurch im Vergleich zu Pigur 3 schnell abklingt. Zum Zeitpunkt t", der wesentlich vor dem Endzeitpunkt t' liegt, ist die Wechselspannung u^ bereits zu Null geworden.

Um dieses zu erreichen, ist die Ausschwinghilfsschaltung 20 von Pigur 1 vorgesehen. Sie sorgt - allgemein gesprochen - dafür, daß ab Endzeitpunkt t eines Sendeimpulses die Ausgangswechselspannung U^ des Rundsteuersenders 3 derart beeinflußt wird, daß das Nachschwin-

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gen der Wechselspannung U^ an der Ankoppelstelle verkürzt oder sogar weitgehend vermieden wird. Um die Wechselspannung U^ ab Ende t 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 Flip-Flop-Schaltungen 27, 28 und 29, die jeweils vom Steuersignal χ und den Ausgangssignalen der beiden übrigen Flip-Flop-Schaltungen 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 a¹ 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 a¹ bis f sind an den Ausgängen der weiteren UND-Glieder 51 bis 56 abgegriffen.

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In Figur 7 ist der Verlauf des Tastsignals ρ in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen. Es ist ein einziger Tastimpuls der Breite P eingezeichnet, der bis zum Zeitpunkt t_ reicht. Das Ende dieses Tastimpulses soll möglichst genau auf der Empfängerseite feststellbar sein. Die Steuereinrichtung 22, die eben Oszillator enthält, erzeugt bis zum Zeitpunkt t_e und auch darüber hinaus bis zum Zeitpunkt (t + t ) ein Steuersignal x, das in Figur 8 gezeigt ist. Dieses Steuersignal χ besteht aus einer Folge äquidistanter Uadelimpulse, deren Frequenz gleich der sechsfachen Tonfrequenz f+ ist. Der Steuersatz 19 macht hieraus mit Hilfe der Flip-Flop-Schaltungen 27 bis 29 bis zum Zeitpunkt (t_Q + t_) 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 Ausgangs-Signalen a¹ bis f, also gleich den sechs Ansteuersignalen für die sechs steuerbaren Ventile des Wechselrichters 3.

Das Steuersignal y zeigt mit seinem Beginn zum Zeitpunkt t das Ende des Tastimpulses (vergl. Figur 7) an. Das Steuersignal y ist in seinem zeitlichen Verlauf in Figur 15 gezeigt. Es dauert demnach bis. zum Zeitpunkt (t_e + t_z). Die Zeit t_z ist dabei für jeden Tastimpuls gleich groß gewählt; sie ist so bemessen, daß die Wechselspannung u^ nach Ablauf dieser Zeit t_z erwartungsgemäß weitgehend abgeklungen ist (vergl. Figuren 4 und 5). Die Zeit t wird praktisch, immer kleiner gewählt als die Zeit t'.

Bei Anlegen des Steuersignals y ungleich Null an die

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Ausschwinghilfsschaltung 20 vertauscht diese die jeweils um 180 gegeneinander phasenverschobenen Signale. Das heißt z.B., daß das am ersten Ausgang auftretende Ausgangssignal a¹ nunmehr am zweiten Ausgang auftritt und zum Ausgangssignal d' wird, während das am zweiten Ausgang auftretende Ausgangssignal d¹ jetzt am ersten Ausgang auftritt und zum Ausgangssignal a¹ wird. Das ist in den Figuren 16 bis 21 für die Ausgangssignale a¹ bis f gezeigt. Zur Zeit t_ ergibt sich damit ein Phasensprung um 180 , d.h. die Ausgangswechselspannung u+ springt in Phasenopposition, vergl. auch Figur 4.

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

5 Patentansprüche
21 Figuren

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Claims

78 P 3 0 4 1 BRD Patentansprüche

1. Rundsteueranlage tnit einem Rundsteuersender, der
insbesondere als Pulswechselrichter ausgeführt ist und der eine getastete Ausgangswechselspannung mit Tonfrequenz in Porm 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 (t ) eines

Sendeimpulses den Rundsteuersender (3) kurzzeitig weiterbetreibt und dabei die Ausgangswechselspannung (ujJ derart beeinflußt, daß das Nachschwingen der Wechselspannung (u_fe) an der Ankopplungseinheit (7) verkürzt

oder weitgehend vermieden wird.

2. Rundsteueranlage nach Anspruch 1, insbesondere mit
einem Pulswechselrichter als Rundsteuersender,
dadurch gekennzeichnet, daß die

Ausgangswechselspannung (u+.) ab Ende (t_Q) des Sendeimpulses in Phasenverschiebung zur abklingenden Wechselspannung (u^) gesteuert ist.

3. Rundsteueranlage nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, daß am Ende (t ) des Sendeimpulses die Phasenverschiebung sofort 180° beträgt.

4. Rundsteueranlage nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Phasenverschie-

bung am Ende des Sendeimpulses (P) zunächst einen Zwischenwert um einiges unter 180° annimmt und dann auf
180° gesteuert int.

INSPECTED

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5. Rundsteueranlage nach Anspruch 2 und 3 mit einem Pulswechselrichter als Rundsteuersender, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ende (t_ö) des Sendeimpulsea ein Steuersignal (y) an eine Umschalteinrichtung (20) gegeben wird, das deren logische Verknüpfungseleraente (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 (Figur 6).