DE1563943C - Verfahren zur Fernsteuerung und Fernmessung über Energieleitungen und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fernsteuerung und Fernmessung über Energieleitungen, bei dem eine wiederholte Zu- und Abschaltung eines Schwingkreises an eine Wechselspannungsquelle stattfindet, deren Frequenz unter der Eigenfrequenz des Schwingkreises liegt, und bei. dem das Zu- und Abschalten synchron mit der Spannung der Wechselspannungsquelle erfolgt, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In der Fernsteuer- und Fernmeßtechnik werden vielfach Schwingungen eines .LC-Kreises ausgenützt, wobei dieser derart angeregt werden kann, daß er eine kontinuierliche Schwingung erzeugt oder eine Impulsfolge mit definierter Impulslänge abgibt. Da bei Fernsteuerungen und Fernmessungen als Ubertragungswege häufig Energieleitungen verwendet werden, ist es zweckmäßig .und im allgemeinen sogar notwendig, die industrielle Netzfrequenz zur Anregung des LC-Kreises zu benutzen.

Aus der österreichischen Patentschrift 245.671 ist bereits ein statischer Rundsteuersender zur Erzeugung einer Tonfrequenzspannimg sowie zu deren Überlagerung auf ein Wechselstromenergienetz mittels eines als auf eine Harmonische der Netzfrequenz abgestimmter elektrischer Schwingungskreis ausgebildeten transformatorisclien Kopplungsgliedes bekannt, bei dem die Anregungsschaltung für das aus einem LC-Olied bestehende Kopplungsglicd einen im Takte der Grundwelle seiner Speisespannung, betätigten steuerbaren Gleichrichter enthält, wobei diese Grundwelle mit derjenigen des zu überlagernden Netzes in Phase ist und das LC-Glied während einer Periode der Grundwelle der Speisespannung an diese durch den steuerbaren Gleichrichter mindestens einmal angeschlossen wird, und zwar innerhalb einer Viertelperiode vor einem Nulldurchgang.

Die wesentlichsten Nachteile dieses bekannten statischen Rundsteuersenders bestehen darin, daß ausschließlich Harmonische der Netzfrequenz erzeugt werden können und daß die Anregungsspannung stark abhängig von der erzeugten Frequenz ist. Die Aussendung von Steuersignalen mit einer zur Netzfrequjnz harmonischen Frequenz führt bekanntlich bei den selektiv abgestimmten Empfängern häufig zu Schwierigkeiten, da diese Empfänger dann auch von den zumeist harmonisch zur Netzfrequenz liegenden Störspannungen beeinträchtigt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Fernsteuerung und Fernmessung über Energieleitungen, das es ermöglicht, in einfacher und wirtschaftlicher Weise Schwingungszüge mit einer relativ großen Anzahl von verschiedenen, in einem gegebenen Frequenzbereich liegenden Frequenzen zur Übertragung auf Energieleitungen zu erzeugen und dabei eine möglichst hohe Ausbeute an Schwingleistung zu erzielen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß durch die Zu- und Abschaltung des Schwingkreises eine Impulsmodulation der gedämpften Eigenfrequenz des Schwingkreises vorgenommen und die jeweilige Impulslänge gleich einem ungeradzahligen Vielfachen einer Halbpariode und die jeweilige Impulspause gleich einer Halbperiode der Frequenz der Wechselspannungsquelle gewählt wird.

Auf diese Weise können Harmonische einer Subharmonischen der Speisefrequenz erzeugt werden, und die Anregungsspannung, die gleich dem doppelten Scheitelwert¹ der Speisespannung sein kann, ist unabhängig von der Frequenz. Diese Anregungsspannung in Höhe des doppelten Schsitelwertes der Wechselspannung kommt dabei sowohl bei niedrigen als auch bei höheren Frequenzen jeweils, voll zur Wirkung.

Vorzugsweise wird als Eigenfrequenz eine Harmonische der Einschaltfrequenz, deren Periodendauer als Summe aus Impulslänge und Impulspause definiert, ist, gewählt.

Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Einschaltfrequenz gleich der Frequenz der Wechselspannungsquelle oder gleic'h einer Subharmonischen der Frequenz der Wechselspannungsquelle gewählt.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß der Schwingkreis als Serienschwirigkreis ausgebildet ist und mit einem Anschlußende an einem Pol der WechselspaniHingsquelle und mit dem anderen. Anschlußende über eine Antiparallelschaltung aus einer Diode und einem Thyristor an dem anderen Pol der WechselspaniHingsquelle liegt.

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Schaltungsanordnung gestattet es, auf einfache Weise an einer beliebigen Stelle eines Energieversorgungsnetzes über die Energieleitungen zu einer beliebigen anderen Stelle Befehle zu übertragen, wobei ohne komplizierte Verstärkungseinrichtungen ausgehend von Subharmonischen der Frequenz des Versorgungsnetzes Signale von ausreichender Amplitude gebildet werden können, die wiederum von selektiv abgestimmten Empfängern empfangen werden können, die von den zumeist harmonisch zur Netzfrequenz liegenden Störspannungen nicht beeinträchtigt werden, da die Sendefrequenzen nicht harmonisch zur Netzfrequenz liegen. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung stellt somit einen einfach und universell einsetzbaren Steuersender dar, der praktisch an jede Steckdose angeschlossen werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachstehend an Hand von Figuren beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Schwingkreis mit einem Schaltorgan,

Fig. 2 Spannungen und Ströme in Funktion· der Zeit gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Phasenschieber und eine Multivibratorsteuerung,

F i g. 4 einen Multivibrator,

Fig. 5 die im Multivibrator gemäß Fig. 4 auftretenden Spannungen in Funktion der Zeit.

Das Grundprinzip des in F i g. 1 gezeigten Schaltorgans-besteht in einer Antiparallelschaltung einer Diode 11 und eines Thyristors 12. Es sei zunächst angenommen, daß der Thyristor 12 gesperrt ist und eine Spannung U einer Wechselspannungsquelle mit der Frequenz/ angelegt wird. Bei der ersten positiven Halbwelle führt die Diode 11 einen kapazitiven Ladestrom, welcher den Kondensator 10 auf den Scheitelwert der Spannung U auflädt, wie in F i g. 2 dargestellt. Bei geladenem Kondensator 10 bleibt der Strom / Null, solange der Thyristor 12 gesperrt ist. Polarisiert man nun den Thyristor 12 bei einem negativen Scheitelwert unter Beibehaltung der Polarisationsspannung U₁, so kann sich der Kondensator 10 frei entladen und regt eine Schwingung mit der Eigen-

frequenz /„ an. Für diese Schwingung stellt die Kombination Diode — polarisierter Thyristor einen Kurzschluß dar. Das System muß bei einer positiven Halbwelle gesperrt werden, wobei diese den Scheitelwert der Spannung U aufweist. Hierzu genügt es, den Thyristor 12 in diesem Augenblick zu sperren. Der Strom / mit der Eigenfrequenz /„ weist in diesem Moment einen Nulldurchgang auf, sofern diese Frequenz eine Harmonische der Einschaltfrequenz/, ist, deren Periodendauer als Summe aus Impulslänge und Impulspause definiert ist (vgl. F i g. 2 unten). Ist aber die Eigenfrequenz /„ nicht eine Harmonische der Einichaltfrequenz/₍, indem sie von dieser etwas ab weicht, so geht der Strom / im Sperrmoment nicht auf Null zurück, sondern er beendet zunacnst seinen Verlauf und bleibt erst dann bis zum nächsten Nulldurchgang auf dem Wert Null. Dies verursacht keine bedeutende Änderung uer Ladespannung des Kondensators 10, denn die Spannung U stellt in diesem Zeitpunkt einen um so schwächeren Spannungsrückgang dar, je höher die Eigenfrequenz/,, liegt. Daher kann diese Erscheinung nur bei relativ tiefen Eigenfrequenzen /„ einen merklichen Einfluß ausüben. .

Aus den vorstehenden Ausführungen geht somit hervor, daß dieses statische Schaltorgan eine Arbeitsweise in genau analoger Weise, wie sie ein elektromechanischer Kontakt aufweist, realisiert.

Im Beispiel der Fig. 3 müssen die Ein- und Ausschalioperationen immer beim Spitzenwert der Spannung U erfolgen. Hierfür dient ein variabler Phasenschieber 13, 14, 15, welcher die Leitfähigkeit der beiden antiparallelgeschalteten Hilfsthyristoren 16, 17 auf eine Spannung gleicher Frequenz und in Phase mit der Spannung U steuert. Dieses an sich bekannte System gestattet, eine Folge von abwechselnd positiven und negativen Impulsen U_s zu erzeugen, deren Frequenz starr an diejenige der Spannung U gebunden ist. Diese Impulsfolge U_s wird benützt, um die Zustandsänderungen eines an sich bekannten monostabilen Multivibrators zu steuern, der aber derart eingerichtet ist, daß die beiden Zustandsänderungen I zeitlich gesteuert werden: der eine durch einen positiven, der andere durch einen der negativen Impulse; man kann daher durch die Wahl einerseits der Zeitkonstanten des /?C-Gliedes 18, 19, anderseits mit der Amplitude der Impulse festlegen, welcher der negativen Impulse die Entladung des Kondensators 19 unterbrechen soll (siehe Fig. 4 und 5).

In gleicher Weise und gleichzeitig wird die Impulslänge des Schaltorgans bestimmt, nämlich! bei einer Halbperiode, wenn der erste negative Impuls die Entladung stoppt, bei drei Halb-Perioden, wenn der zweite negative Impuls die Entladung stoppt und so fort. (Siehe den ersten und zweiten Fall der F i g. 5). Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 2 und dritter Fall der F i g. 5) stoppt der dritte negative Impuls die Entladung und die Impulslänge umfaßt fünf Halbperioden. Andererseits beträgt die Impulspause immer eine Halbperiode, wie gefordert. Die Ausgangsspannung U, dos Multivibrators ist daher starr an die Frequenz / der Spannung U gebunden, wobei der Zeitpunkt der Einschaltung durch den Phasenschieber, der Zeitpunkt der Ausschaltung durch den Multivibrator bestimmt werden.

Dieses Steuerorgan erfüllt somit mit sehr großer Genauigkeit, sowie mit absoluter Konstanz die ihm zukommende Aufgabe; anderseits ist die Einstellung äußerst vereinfacht.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Fernsteuerung und Fernmessung über Energieleitungen, bei dem eine wiederholte Zu- und Abschaltung eines Schwingkreises an eine Wechselspanhungsquelle stattfindet, deren Frequenz unter der Eigenfrequenz des Schwingkreises liegt, und bei dem das Zu- und Abschalten synchron mit der Spannung der Wechselspannungsquelle erfolgt, dadurch .gekennzeichnet, daß durch die Zu- und Abschaltung des Schwingkreises eine Impulsmodulation der gedämpften Eigenfrequenz (f₀) des Schwingkreises vorgenommen und die jeweilige Impulslänge gleich einem ungeradzahligen Vielfachen einer Halbperiode und die jeweilige Impulspause gleich einer Halbperiode der Frequenz (/) der Wechsel-Spannungsquelle gewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Eigenfrequenz (/„) eine Harmonische der Einschaltfrequenz (/,), deren Periodendauer als Summe aus Impulslänge und Impulspause definiert ist, gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltfrequenz (/,) gleich der Frequenz (/) der Wechselspannungsquelle gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltfrequenz (/,) gleich einer Subharmonischen der Frequenz (/) der Wechselspannungsquelle gewählt wird.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingkreis als Serienschwingkreis ausgebildet ist und mit einem Anschlußende an einem Pol der Wechsel-Spannungsquelle und mit dem anderen Anschlußende über eine Antiparallelschaltung aus einer Diode (ti) und einem Thyristor (12) an dem anderen Pol der Wechselspannungsquelle liegt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitpunkte der Zuschaltung des Schwingkreises im Bereich von Spannungsmaxima der Wechselspannungsquelle liegen.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor (12) von einem als Rechteckgenerator arbeitenden monostabilen Multivibrator gesteuert ist, dessen beide Schaltzustände von einer Irripulsreihe bestimmt sind, welche von einer Anordnung zweier Hilfsthyristoren (16, 17) in Antiparallelschaltung erzeugt und deren Phase mittels eines Phasenschiebers (13, 14, 15) regelbar ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet. durch ein /?C-Glied(18, 19) zur Festlegung der Einschaltzeit des Multivibrators . und der durch die Hilfsthyristoren (16, 17) gegebenen Impulsamplituden.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen variablen Phasenschieber (13, 14, 15) zur Einstellung des Einschaltzeitpunktes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen