FI105300B - Kytkentäjärjestely vahvavirtajohdossa siirrettyjen informaatioiden vastaanottamiseksi - Google Patents

Description

105300

Kytkentäjärjestely vahvavirtajohdossa siirrettyjen informaatioiden vastaanottamiseksi ► Kopplingsarrangemang för mottagning av i starkströmsledningar överförda informationer

Keksinnön kohteena on kytkentäjärjestely sellaisten informaatioiden vastaanottamiseksi, jotka siirretään kahdella johtimella varustetun vahvavirtajohdon kautta ja joiden taajuus on suuruusluokkia suurempi kuin vahvavirtajohdossa olevan pientaajuisen vaihtojännitteen taajuus.

Tällainen kytkentäjärjestely tunnetaan aikakauslehdestä "Elektronik", 7 lokakuuta 1983, sivut 100...104. Tämä tunnettu kytkentäjärjestely vaatii kalliita rakenne-elementtejä ja se on lisäksi kulutukseltaan huomattava.

Symmetristen johtimien (kaksilankajohtimien) yli tapahtuvassa informaatiovälityksessä on suljettava pois samavaihehäiriöiden vaikutus. Jokaiseen kaksilankajohtimeen indusoituu kumpaankin johtoon samavaiheiset ja yhtä suuret pituusjännitteet vierekkäisten energiarikkaiden järjestelmien takia, esim. ajo- johtimista, radiolähettimistä ja senkaltaisista. Koska yhdellä tai useammalla kaksilankajohtimeen liitetyllä kytkennällä ja - · johdinpäällä käytännössä aina on enemmän tai vähemmän suora ohminen, kapasitiivinen tai senkaltainen suhde maahan nähden, ja koska johdinjärjestelmällä itse on kapasitansseja maahan nähden, voi kummassakin johtimessa muodostua yhtä suuret pituusjännitteet. Jos kummankin johtimen potentiaalia tarkastellaan kaksilankajohtimen mielivaltaisessa kohdassa niin nämä . . siirtyvät samavaiheisesti pituusjännitteiden ja vastaavasti -virtojen vaikutuksesta, eli kahden johtimen välinen jännite , on riippumaton pituusjännitteistä ja -virroista.

Tätä tietoa käytetään hyväksi tasavirralla syötetyn tietoliikenne- tai puhelinverkon silmukkatilanteen valvomiseksi, jolloin kaksilankajohtimen lankojen välillä esiintyvän jännit 2 105300 teen analysoimiseksi johtimeen kytketään siltakytkentä, jonka diagonaalihaara on liitetty analysointikytkentään (diskrimi-naattoriin). Tässä käytössä muodostaa lankojen välillä esiintyvä tasajännite itse informaation.

Kun vahvavirtajohtimen yli siirretään informaatiota on pieni-taaj uinen vaihtojännite informaationsiirrolle häiriötekijä. Informaatioiden analysointikytkentä ei saa toimia tämän vaihtojännitteen vaikutuksesta. Tämän välttämiseksi on tunnetuissa informaationvälitysjärjestelmissä laajamittaisia suoda-tinkytkentöjä sekä lähetys- että vastaanottopuolella, jotka kytkennät huolehtivat kahden signaalin, eli pientaajuisen vaihtojännitteen ja suurempitaajuisen informaation kytkemisestä erilleen toisistaan. Koska vahvavirtajohto pääsääntöisesti johtaa hyvin suuritehoista vaihtojännitettä on suodatin-kytkentöjen rakenne-elementtien oltava sovitettuna vastaavan suurta käyttöjännitettä varten. Tällaiset rakenne-elementit eivät ainoastaan ole kooltaan suuria vaan ne ovat myös hyvin kalliita.

Keksinnön tehtävänä on aikaansaada edellä mainitun kaltainen kytkentäjärjestely, joka sulkien pois vahvavirtaj ohtimeen kohdistuvan pituussuuntaisten jännitteiden ja vastaavasti -virtojen vaikutuksen varmistaa ainoastaan suurempitaajuisten · informaatioiden vastaanoton ja tämän lisäksi vielä käyttää ainoastaan yksinkertaisia ja halpoja rakenne-elementtejä.

Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaisesti ensiksikin siten, että informaatiota varten sovitettu analyysikytkentä on kytketty suuriohmisen pareittain samnkaltaisilla vastuksilla . varustetun vastussillan toiseen diagonaalihaaraan, että toisen diagonaalihaaran liitoskohdat kulloinkin on erotettu toisistaan ja näin muodostettu toinen liitospistepari on liitetty vahvavirtajohtimen johtimiin ja toiseen liitospistepariin on kohdistettu kompensaatiojännite ja että kompensaatiojännite on vahvavirtajohtimen vaihtovirran kanssa samantaajuinen mutta kuitenkin vastakkaisvaiheinen ja siitä galvaanisesti erotettu, 105300 3 ja toiseksikin siitä, että analyysikytkentä informaatioita varten on kytketty galvaanisesti erotettuna yhtä suuria silta-’ vastuksia käsittävän suuriohmisen vastussillan toiseen diago- naalihaaraan, että toinen diagonaalihaara on kytketty sillä > tavalla vahvavirtajohtoon, että molemmat siltahaarat on kyt ketty rinnan vahvavirtajohdon johtimien sarjaan kytkettyjen siltavastuksien kanssa, että toisen siltahaaran toiseen johti-meen päin suunnattu siltavastus ja toisen siltahaaran toiseen johtimeen päin suunnattu siltavastus on muodostettu jännit-teenjakajaksi ja että jännitteenjakajavastuksien liitospisteet on liitetty toisiinsa kondensaattorin yli, joka on informaatioita varten pieniohminen suhteessa suuriohmisiin jännitteen j akaj avastuksiin.

Kummassakin suoritusmuodossa on analyysikytkennän liittäminen järjestetty suuriohmisen vastussillan yli, jonka siltavastuk-set on sovitettu ainoastaan hyvin pientä tehoa varten ja ne ovat siten hyvin halpoja ja pieniä. Häiritsevä pienitaajuinen vaihtojännite eliminoidaan ensimmäisessä suoritusmuodossa siltakytkentään liitetyn kompensaatiojännitteen kautta, joten ainoastaan suurempaa taajuutta omaavia informaatioita on otettavissa ulos diagonaalihaaran luona. Toisessa suoritusmuodossa muuttuu siltatasapaino kondensaattorin kautta ainoastaan suurempaa taajuutta omaavien informaatioiden osalta nin voimakkaasti, että nämä saavat määräävän aseman vastussillan diagonaalihaarassa, kun taas kondensaattori ainoastaan epä-olennaisesti muuttaa siltatasapainoa pienitaajuiselle vaihtojännitteelle. Vastussillan diagonaalihaaran luona esiintyy siksi vain pienitaajuisen vaihtojännitteen pieni häiriötekijä, joka on analyysikytkennässä helpolla tavalla vaimennettavissa.

• ·

Ensimmäisen ratkaisun eräs suoritusmuoto on järjestetty siten, , että kompensaatiojännite on johdettu vahvavirtajohdon johti - miin asetetusta vaihtojännitteestä.

Jotta kompensaatiojännite olisi erotettu vahvavirtajohdon pienitaajuisesta vaihtojännitteestä ja sisältäisi mahdolli- 4 105300 simman pienen osuuden suurempitaajuisista informaatioista on jatkosuoritusmuoto sovitettu siten, että ulosotto on järjestetty erotinmuuntajan kautta, jonka ensiökäämi on liitetty vahvavirtajohdon johtimiin ja joka toisiokäämin ja sen jälkeen kytketyn alipäästön tai kaistapäästön kautta syöttää kompen-saatiovastusta, ja että siltavastusta varten tarkoitettu kompensaatiojännite on otettavissa kompensaatiovastuksen liitännöistä.

Jos lisäsuoritusmuodon mukaisesti on järjestetty siten, että erotinmuuntajassa on lisätoisiokäämi, jonka kautta tasa-suuntaajakytkennän avulla on otettu tasajännite analyysi-kytkennän syöttämiseksi, niin erillistä jännitelähdettä ei tarvita myöskään analyysikytkennän syöttämiseen. Kytkentäjärjestelyn tehontarve peitetään silloin vahvavirtajohtimen pienitaajuisen vaihtojännitteen avulla.

Erään lisäsuoritusmuodon mukaan kompensaatio on vielä parannettavissa sillä, että analyysikytkentä on toteutettu operaatiovahvistimena ja että ei-toivottujen signaalikomponenttien jäännösosuus on otettavissa ulos operaatiovahvistimen ulosotosta ja käytettävissä kompensaatiojännitteen säätämiseen.

Siltatasapainon muuttamiseksi hyvin paljon kondensaattorin - · kautta on järjestely toisessa ratkaisussa tehty siten, että vahvavirtajohdon johtimiin päin suunnatut jännitteenjakaja-vastukset ovat olennaisesti analyysikytkentään päin suunnattujen jännitteenjakajavastuksia pienohmisempia, esim. ainakin yhden suuruusluokan verran.

Analyysikytkennän erottamiseksi galvaanisesti vastussillasta on yhden suoritusmuodon mukaisesti järjestetty siten, että galvaaninen erotus vastussillan ja analyysikytkennän välillä muodostuu kaksoiskondensaattorista ja kytkentämuuntajasta. Analyysikytkennän liittäminen voidaan vielä parantaa siten, että galvaaninen erotus vastussillan ja analyysikytkennän välillä käsittää informaatioille ylipäästö- tai kaistanpäästö- 5 105300 toiminnan.

Tällä tavalla vaimennetaan vastussillan diagonaalihaarassa vielä esiintyvät pienitaajuisen vaihtojännitteen ei-halutut signaalikomponentit edelleen siten, että niillä ei enää ole mitään vaikutusta analyysikytkentään.

Myös tässä toisessa ratkaisussa voidaan analyysikytkentää syöttävästä erillisestä jännitelähteestä luopua siten, että analyysikytkentää syöttää tasajännite, joka johdetaan vahva-virtajohdon vaihtojännitteestä, mutta joka on tästä galvaani -sesti erotettu.

Seuraavassa esitetään keksintö lähemmin oheisissa piirustuksissa esitettyyn kahteen suoritusmuotoesimerkkiin viitaten. Piirustuksissa

Kuvio 1 esittää kytkentäjärjestelyä suuremman taajuuden omaavien informaatioiden vastaanottamiseksi, jolloin siinä on kompensaatiojännite, ja

Kuvio 2 esittää kytkentäjärjestelyä suuremman taajuuden omaavien informaatioiden vastaanottamiseksi.

. . Kuviossa 1 esitetyssä kytkentäjärjestelyssä käytetään kompen-saatioperiaatetta. Vahvavirtajohto StL on jatkuvasti pienitaaj uisen vaihtojännitteen Un alainen. Suuremman taajuuden omaavien informaatioiden Ud.(t) siirron ajaksi on vahvavirta-johdon StL johtimissa a ja b jännite u«to(t) = + u±(t), jolloin |tiN-fui|. Kytkentäjärjestelyä syötetään vahvavirta-. , johdon StL vaihtojännitteellä Ur n. Erotinmuuntaj a TUe on ensiökäämillään vahvavirtajohdossa StL, joka voi olla esim.

-t vaihtovirtaverkko, jonka jännite on 220 V ja taajuus 50 Hz.

Erotinmuuntajan TUe toisiokäämin ja tasasuuntaajakytkennän G kautta johdetaan tasajännite U syöttämään analyysikytkentää OP, joka on galvaanisesti erotettu jännitteestä uei>(t). Vahvavirtaj ohtoon StL on kytketty korkeaohminen vastussilta.

6 105300 Tällöin on yhtä suuret siltavastukset Rl kytketty johtimiin a ja b, kun taas toiset yhtä suuret siltavastukset R2 on kytketty kompensaatiovastuksen Rf liittimiin e, f, jotka muodostavat kompensaatiojännitteen p ΊΖν navat. Tämä kompensaatiojännite p· tfrN on myös johdettu erotinmuuntajan TUe kautta jännitteestä Uab(t). Jotta suuremman taajuuden omaavat informaatiot us.(t) olisi mahdollisimman pitkälle eliminoitu kompensaatiojännit-teestä p-ii-N voidaan kytkeä alipäästösuodin TP tai kaista-suodin erotinmuuntajan TUe ja kompensaatiovastuksen Rf väliin, jotta suuremmat taajuuden omaavat informaatiot u*(t) olisi vahvasti vaimennettu.

Vastussillan diagonaalihaaraan c, d on kytketty operaatio-vahvistimena toteutettu analyysikytkentä OP. Tällöin diago-naalijännite u<a(t) johdetaan operaatiovahvistimen sisään-menoon, jolloin se, johtuen kompensaatioj ännitteen p-ttu vastakkaisvaiheisesta kytkennästä siltahaaroihin, olennaisesti määräytyy ainoastaan suuremman taajuuden omaavien informaatioiden U4. (t) kautta. Operaatiovahvistin saa virransyöttönsä tasajännitteestä U, joka, kuten edellä on kuvattu, on johdettu vaihtojännitteestä

Jotta pientaajuisen vaihtojännitteen tts osuuden kompensaatio vastussillassa olisi optimaalinen voidaan ei-toivottujen - . signaalikomponenttien jäännösosa erottaa operaatiovahvistimen ulosmenon luona ja käyttää säätökytkennän RS kautta kompensaatioj ännitteen Ρ'ΊΤν säätämiseen. Tällöin ovat myös ei-toivo-tut yläaallot eliminoitavissa, jolloin operaatiovahvistimen ulosmenolla A on uiosmenojännite u*.(t) = f[Ui.(t)], joka nyt olennaisesti määräytyy ainoastaan suuremman taajuuden omaavien informaatioiden u±(t) kautta. Tarvittaessa on diagonaali-jännite Ua(t) ja/tai operaatiovahvistimen uiosmenojännite uA(t) = f[ux(t)] vahvistettavissa.

Koska siltavastukset Rl ja R2 ovat suuriohmisia ne ottavat vain pienen tehon ja ovat siksi pieniä ja halpoja. Myös kytkentäjärjestelyn muut rakenneosat ovat pieniä ja halpoja, 105300 7 koska ne, erotinmuuntajan TUe ensiökäämiä lukuun ottamatta, eivät ole vahvavirtajohdon StL korkean vaihtojännitteen ttu kohteina. Koko kytkentäjärjestely erotinmuuntajineen TUe voi, kuten pistekatkoviivalla esitetyn kehyksen avulla on osoitettu, muodostua kokonaiseksi vastaanottolaitteeksi EG, joka ainoastaan on liitettävä vahvavirtajohdon StL johtimiin a ja b.

Kuvion 2 mukaisessa suoritusmuotoesimerkissä on informaatio-siirron aikana vahvavirtajohdon StL johtimissa a ja b taas jännite uato(t) = U'N+Uiit). Vastussillassa on neljä yhtä suurta siltavastusta Rl, R2, R3 ja R4, eli Rl =R2 = R3 = R4 = R, jolloin siltavastukset Rl ja R2 sekä siltavastukset R3 ja R4 kulloinkin sarjaan kytkettyinä muodostavat siltahaaroja, jotka kytkentäpisteissä a', b'j a a", b” kulloinkin on kytketty rinnan vahvavirtajohdon StL johtimien a, b kanssa. Vastus-sillan diagonaalihaaraan c, d on operaationvahvistimena toteutettu analyysikytkentä OP liitetty kytkentäkondensaattorin Ck ja kytkentämuuntajan kUe kautta galvaanisesti erotettuna. Analyysikytkennän syöttö tasajännitteellä U voi tapahtua samalla tavalla kuin kuvion 1 mukaisessa suoritusesimerkissä. Tämä analyysikytkennän OP kytkeminen voi vielä käsittää yli-päästö- tai kaistapäästötoiminnon pienitaajuisen vaihtojännitteen ΛΖν diagonaalihaaroissa c, d esiintyvien jäännösosuuksien . vaimentamiseksi siten, että ne eivät enää vaikuta suuremman taajuuden omaavien informaatioiden Ui.(t) analyysiin. Operaatiovahvistimen ulosmenon A luona toivotaan ulostulojännite u«(t), joka olennaisilta osiltaan enää on määrätty suuremman taajuuden omaavien informaatioiden u*(t) mukaan.

Diagonaalihaaran c, d pientaajuisen vaihtojännitteen ttN osuuden vähentämiseksi on siltavastukset Rl ja R4 muodostettu j ännitteenjakajiksi kulloinkin sarjaan kytkettyine jännitteen-jakajavastuksineen R5 ja R6 ja vastaavasti R7 ja R8, jolloin Rl = R5 + R6 = R ja R4 = R7+R8 = R. Tällöin ovat johtimiin a ja b päin suunnatut jännitteenjakajavastukset R5 ja R8 ainakin kertaluokan verran pieniohmisemmat kuin diagonaalihaaraan c, d 8 105300 kytketyt analyysikytkentää OP päin suunnatut jännitteenjakaja-vastukset R6 ja R7. Jännitteenj akaj an a'" ja b'" liitospisteet on liitetty toisiinsa kondensaattorin C kautta. Tämä kondensaattori C on mitoitettu siten, että se ainoastaan epäolennaisesta muuttaa siltatasapainoa pienitaajuisen vaihtojännitteen li» suhteen, kun taas muutos on hyvin suuri suuremman taajuuden omaaville informaatioille Ui(t). Tämä johtaa siihen, että vastussillan diagonaalihaarassa on pienitaajuisesta vaihtojännitteestä ainoastaan niin pieni jäännösosa jäljellä, että se voidaan jättää ottamatta huomioon. Analyysi-kytkennän OP galvaanisesti erotetun liitännän kautta voidaan jäännösosa vielä lisäksi vaimentaa siten, että diagonaali-jännite u<a(t) ja siten analyysikytkennän OP tulojännite olennaisilta osiltaan annetaan suuremman taajuuden omaavien informaatioiden Ui(t) kautta. Suuremman taajuuden omaavien informaatioiden Ui (t) osuus diagonaalijännitteestä u<a(t) nostetaan vielä huomattavasti vastussillan tasapainon vahvan, taajuudesta riippuvan muutoksen ansiosta, ja se tuodaan vastaavasti painotettuna analyysikytkennälle OP, joten tämän ulostulosignaali ua(t) = f [ui.(t)] on taas olennaisilta osiltaan määrätty suuremman taajuuden omaavien informaatioiden u±(t) kautta.

Suoritusmuotoesimerkissä saavutettin arvoilla R=R1=R2=R3=R4 = . 220 kfl, R5 = R8 = 20 kΩ, R6 = R7 = 200 kfl ja C = 3, 3 nF, jännitteellä = 220V/50 Hz ja informaatioiden u*(t) taajuudella 5 kHz yksiselitteinen analysoitavissa oleva ulostulosignaali Ua(t).

%

Claims (5)

9 105300

1. Kytkentäjärjestely informaatioiden vastaanottamiseksi, jotka siirretään kahdella johtimella varustetun vahvavirta-johdon kautta ja joilla on taajuus, joka on suuruusluokkia suurempi kuin vahvavirtajohdossa vallitsevan pientaajuisen vaihtojännitteen taajuus, tunnettu siitä, että analyysikytkentä (OP) informaatioita [uj_(t)] varten on galvaanisesti erotetulla tavalla kytketty yhtä suuria silta-vastuksia (Rl, R2, R3, R4) käsittävän suuriohmisen vastus -sillan toiseen diagonaalihaaraan (c, d) diagonaalijännitteen U^(t) antamiseksi, että toinen diagonaalihaara (a', a"; b', b") on kytketty vahva-virtajohtoon sillä tavalla, että molemmat sarjaan kytketyt siltahaarat siltavastuksineen (Rl ja R2; R3 ja R4) on kytketty rinnan vahvavirtajohdon (StL) johtimien (a, b) kanssa, että toisen siltahaaran toista johdinta (a) päin suunnattu siltavastus (Rl) ja toisen siltahaaran toista johdinta (b) päin suunnattu siltavastus (R4) on muodostettu jännitteen-jakajiksi (R5, R6 och R7, R8) , jolloin kukin jännitteenjakaja muodostuu korkeaohmisesta ja matalaohmisesta vastuksesta, ja että jännitevastuksien (R5 ja R6, R7 ja R8) liitospisteet (a'", b'") on liitetty toisiinsa kondensaattorin (C) kautta, joka on mitoitettu siten, että se on informaatioille [uj_(t)] matalaohminen suhteessa korkeaohmisiin jannitteenjakajavastuk-siin (R6, R7) ja että se ainoastaan epäolennaisesti muuttaa siltatasapainoa pientaajuisen vaihtojännitteen osalta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentäjärjestely, tunnettu siitä, että vahvavirtajohdon (StL) johtimiin (a, b) . ! päin suunnatut jännitteenjakajavastukset (R5, R8) ovat olen naisesti, esim. ainakin suuruusluokan verran, pieniohmisemmat # kuin analyysikytkentään (OP) päin suunnatut jännitteenjakaja vastukset (R6, R7).

3. Koppiingsarrangemang enligt patentkravet l eller 2, k ä n -netecknat därav, att den galvaniska separationen mellan motständsbryggan och analyskopplingen (OP) bildas av en koppiingskondensator (Ck) och en kopplingsomvandlare (KUe).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kytkentäjärjestely, 10 105300 tunnettu siitä, että vastussillan ja analyysikytkennän (OP) välinen galvaaninen erottaminen muodostuu kytkentäkonden-saattorista (Ck) ja kytkentämuuntajasta (KUe).

4. Koppiingsarrangemang enligt nägot av de föregäende patent-kraven, kännetecknat därav, att den galvaniska separationen mellan motständsbryggan och analyskopplingen (OP) har ett för informationen [u^it)] anordnat högpass- eller bandpassbeteende.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kytkentäjärjestely, tunnettu siitä, että vastussillan ja analyysikytkennän (OP) välisessä galvaanisessa erottamisessa on informaatioita [u^it)] varten sovitetut ylipäästö- tai kaista-päästövasteet.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kytkentäjärjestely, tunnettu siitä, että analyysikytkentää (OP) on syötetty tasavirralla (U) , joka on johdettu vahvavirta-johdon (StL) vaihtojännitteestä (μ^) mutta joka on siitä gal-vaanisesti erotettuna. m. u 105300 l. Kopplingsarrangemang för mottagning av informationer som överförs via en med tvä ledare försedd starkströmsledning och som har en frekvens som är storleksordningar högre än frek-vensen hos den lägfrekventa växelspänningen i starkströms-ledningen, kännetecknat därav, att en analyskoppling (OP) for informationer [uj_(t)] är pä ett galvaniskt separerande sätt ansluten till en diagonalgren (c, d) vid en storohmig motständsbrygga omfattande lika stora bryggmotständ (Rl, R2, R3, R4) för att ge en diagonalspänning Ud(t), att en andra diagonalgren (a', a"; b', b") kopplat till stark-strömsledningen pä ett sädant sätt att de bäda i serie kopp-lade bryggrenarna med sinä bryggmotständ (Rl och R2; R3 och R4) är kopplade parallellt med starkströmsledningens (StL) ledare (a, b), att det mot den andra bryggrenens ena ledare (a) riktade brygg-motständet (Rl) och det mot den andra bryggrenens andra ledare (b) riktade bryggmotständet (R4) är utformade som spännings-delare (R5, R6 och R7, R8) där varje spänningsdelare bestär av ett högohmigt och ett lägohmigt motständ, och att spänningsmotständens (R5 och R6, R7 och R8) anslutnings-punkter (a'", b’") är anslutna tili varandra via en konden- ·'· ' sator (C) som är dimensionerad sälunda att den för informa-tionerna [u^(t)] är lägohmig i förhällande tili de högohmiga spänningsdelarmotständen (R6, R7) och att den endast oväsent-ligen förändrar bryggbalansen för den lägfrekventa växelspänningen . » ,· 2. Kopplingsarrangemang enligt patentkravet 1, kanne- t e c k n a t därav, att de mot starkströmsledningens (StL) . ledare (L) riktade spänningsdelarmotständen (R5, R8) är väsent- ligen, t.ex. ätminstone en storleksordning lägohmigare än de mot analyskopplingen (OP) riktade spänningsdelarmotständen (R6, R7). 12 1053C0

5. Koppiingsarrangemang enligt nägot av de föregäende patent-kraven, kännetecknat därav, att analyskopplingen (OP) mätäs med en likspänning (U) som är avledd ur växel-spänningen (μΝ) i starkströmsledningen (StL) men som är gal-vaniskt separerad frän denna. • « »