ES2578777T3

ES2578777T3 - Dispositivo para modificar una tensión alterna, tensión alterna con señal de datos acoplada, procedimiento para transmitir datos, utilización de un receptor y arquitectura de comunicaciones

Info

Publication number: ES2578777T3
Application number: ES10770707.7T
Authority: ES
Inventors: Wolfgang Kemmler; Matthias Tramm; Eckhard Bröckmann; Daniel Trollhagen; Wilfried Beck
Original assignee: AIZO GROUP AG
Current assignee: AIZO GROUP AG
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2016-08-01
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: US9991813B2; EP2484019B1; HUE025510T2; US9401654B2; EP2483990A1; CN102668395A; WO2011039334A3; EP2483990B1; US20120224645A1; ES2538250T3; PL2483990T3; CN102668322A; WO2011038912A1; ZA201202255B; CN102668322B; PL2484019T3; US20120181861A1; BR112012007208B1; IN2012DN02882A; IN2012DN02881A

Abstract

Dispositivo para modificar una tensión alterna, en donde el dispositivo (1) posee una entrada (2) para conectarse a una fuente de tensión alterna y una salida (3) para conectarse a un circuito de carga, en donde la salida presenta un conductor neutro (N) y un conductor (Lsalida), en donde el dispositivo (1) presenta un disyuntor (15) entre la entrada (2) y la salida (3), que está conformado de tal manera que, dentro de al menos una ventana de tiempo (35), la salida (3) puede desconectarse de la fuente de tensión alterna, en donde la ventana de tiempo (35) presenta una separación temporal (36) respecto al paso por cero (40) de la tensión de la fuente de tensión alterna, en donde el dispositivo (1) presenta en la salida (3) entre el conductor neutro (N) y el conductor (Lsalida) un terminador (20), que puede cortocircuitar o al menos cargar con baja impedancia el conductor neutro (N) y el conductor (Lsalida) en el lado de salida y que, junto con el disyuntor (15) está conformado de tal manera que, en la ventana de tiempo (35) la tensión en la salida (3) del dispositivo (1) presenta un valor (37) predefinido o predefinible, caracterizado porque el dispositivo (1) presenta un generador de formas de pulso (8) para generar una forma de pulso predeterminada o predeterminable, y porque el dispositivo (1) presenta unos medios de control (4), mediante los cuales pueden activarse de tal manera el terminador (20) y el disyuntor (15) que la curva de la forma de onda de la tensión puede modificarse, a la salida (3) del dispositivo (1), de forma correspondiente a la forma de pulso prefijada por el generador de formas de pulso (8).

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo para modificar una tension alterna, tension alterna con senal de datos acoplada, procedimiento para transmitir datos, utilization de un receptor y arquitectura de comunicaciones.

La presente invention hace referencia a un dispositivo para modificar una tension alterna, a una tension alterna con una senal de datos acoplada, a un procedimiento para transmitir datos, a la utilizacion de un receptor y a una arquitectura de comunicaciones

Del estado de la tecnica se conocen diferentes dispositivos y procedimientos para modificar una tension alterna. Por ejemplo en las comunicaciones mediante llneas electricas (del ingles powerline-communication (PLC)) se acopla a la tension alterna en una red de corriente de edificio una senal de alta frecuencia, con cuya ayuda pueden transmitirse datos. Un procedimiento de este tipo, sin embargo, tiene el inconveniente de que los respectivos circuitos de corriente, a causa de la alta frecuencia utilizada, actuan como antenas y los datos transmitidos de este modo son visibles en otro circuito de corriente.

En el documento US20040037221 se propone modificar la onda sinusoidal de la alimentation de corriente de tal manera, que las semiondas de la alimentacion de tension alterna se corten totalmente o a su mitad de amplitud, para de este modo acoplar una senal de datos con la tension alterna. A causa de las multiples interacciones en la alimentacion de tension, sin embargo, los aparatos conectados a la red no pueden funcionar adecuadamente. Una bombilla indicadora muestra por ejemplo las interferencias de red mediante un parpadeo.

Del documento EP1134910A2 se conoce un procedimiento que, a traves de pasos por cero y supresiones de diferente longitud en las tensiones de alimentacion, se define diferentes tipos de bits y hacen posible con un circuito sencillo, que el receptor detecte los tipos de bits y valore las respectivas informaciones de control. En este procedimiento de transmision de datos es tecnicamente posible transmitir informaciones a varios consumidores conectados a una alimentacion comun de tension alterna, por medio de que en el paso por cero de la forma de onda de la tension se produce una interruption de llnea o una supresion. Sin embargo, a este respecto los consumidores no deben adquirir ningun porcentaje de carga inductiva o capacitiva generada por el sistema, ya que estas perturbarlan la supresion de tension antes descrita en su paso por cero de la forma de onda de la curva de tension.

El documento EP 1675274 B1 muestra que, mediante un disyuntor se interrumpe el flujo de corriente desde una fuente a una carga y que se desvlan potencias reactivas de la carga mediante una resistencia electrica de baja impedancia. Para la transmision de datos se acopla una reduction de la potencia efectiva en la red de tension alterna. En un dispositivo de este tipo existe el inconveniente en particular de la aparicion de una carga elevada de la red en la desconexion, lo que se refleja en una no satisfactoria compatibilidad electromagnetica EMC.

El documento WO 2007/045946 A1 muestra un procedimiento, un dispositivo y un sistema para transmitir datos desde un adaptador inteligente (del ingles smart) a un electrodomestico a traves de la llnea de alimentacion de corriente convencional. A este respecto la tension en la llnea de alimentacion de corriente se modula mediante un diodo Z, que esta dispuesto entre la entrada y la salida de forma que puede puentearse. En el caso de un diodo Z no puenteado se reduce teoricamente la tension sinusoidal de la llnea de alimentacion de corriente en el valor de tension del diodo Z. Sin embargo, en un caso real, con carga capacitiva y/o inductiva, no puede prevenirse una calda de tension.

El documento DE 2 264 025 A1 muestra un dispositivo de alarma, que transmite una senal de alarma a traves de llneas de alimentacion de tension convencionales. Para ello desde el emisor se acopla a la senal de tension alterna un pulso de frecuencia, de tal manera que la senal de tension alterna se modula. Esta modulation solo puede modificar la forma de onda de la curva de tension sobre la llnea de tension alterna, teoricamente, de forma correspondiente a una forma de pulso deseada. En un caso real, con una carga capacitiva y/o inductiva, esto ya no es posible.

El objeto de la invencion consiste en superar los inconvenientes del estado de la tecnica. En particular se quiere proporcionar un dispositivo para modificar una tension alterna, una tension alterna con senal de datos acoplada y un procedimiento para transmitir datos en una red de tension alterna, que se caracterice en particular por una compatibilidad electromagnetica (EMC) optima.

Este objeto es resuelto mediante el dispositivo definido en la reivindicacion independiente 1, mediante la tension alterna definida en la reivindicacion independiente 8 y mediante el procedimiento para la transmision de datos definido en la reivindicacion independiente 14. Se deducen otras formas de realization de las reivindicaciones dependientes.

Aqul y de aqul en adelante se entiende por red de tension alterna una red electrica que asegura dentro de una unidad cerrada, por ejemplo dentro de una casa, una vivienda, un edificio, un edificio, un tren de ferrocarril, un barco,

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un avion, etc. la alimentacion de energla de diferentes aparatos mediante una tension alterna alambrica. De forma correspondiente, por fuente de tension alterna se entiende un generador, una estacion de transformadores, una estacion transformadora, un oscilador de una instalacion fotovoltaica, etc.

Un dispositivo conforme a la invencion para modificar una tension alterna posee una entrada para conectarse a una fuente de tension alterna y una salida para conectarse a un circuito de carga. El dispositivo presenta ademas un disyuntor. Este disyuntor esta configurado de tal manera que, el mismo, dentro de al menos una ventana de tiempo, desconecta la salida de forma controlada, al menos parcialmente, respecto a la fuente de tension alterna. Por una desconexion parcial se entiende aqul que al menos se aplica una carga de alta impedancia entre la entrada y la salida del dispositivo. Por lo tanto puede seguir fluyendo todavla un pequeno porcentaje de corriente. Sin embargo, tambien es concebible que el disyuntor desconecte por completo el conductor L. La ventana de tiempo presenta una separacion definida o definible temporalmente respecto al paso por cero de la curva de tension de la fuente de tension alterna. A este respecto puede tratarse de una unica ventana de tiempo o de varias, que se distribuyen en el tiempo sobre una forma de onda sinusoidal. La ventana de tiempo o las ventanas de tiempo puede(n) estar dispuesta(s) sobre la semionda positiva, la negativa o sobre ambas semiondas de la forma de onda sinusoidal.

Si se utiliza el dispositivo para transmitir senales de datos a traves de la red de tension alterna, puede utilizarse por ejemplo el paso por cero de la tension alterna para sincronizar la ventana de tiempo del dispositivo con una ventana de recepcion de un receptor conformado de forma correspondiente. De este modo puede prescindirse de un complicado reconocimiento del inicio de una senal o de un bit, sin que se vea perjudicada la proteccion contra interferencias. El receptor reconoce exactamente cuando puede esperarse una senal. En particular pueden definirse a traves de un temporizador (del ingles timer) determinadas ventanas de emision y ventanas de recepcion. Con el paso por cero de la tension de red se dispone por lo tanto de un medio, que hace posible una sincronizacion precisa del emisor y del receptor.

El dispositivo presenta ademas una salida de un terminador (del ingles terminator). Este terminador esta configurado en particular junto con el disyuntor de tal manera, que en la ventana de tiempo la tension presenta a la salida del dispositivo un valor predefinido o predefinible. Por medio de que el circuito de carga en un caso normal no solo muestra cargas puramente resistivas, sino que casi siempre tambien esta cargado capacitivamente, la calda de la curva de tension a la salida del dispositivo se producira de forma indefinida durante la desconexion de la fuente de tension alterna. De este modo solo es posible mediante un terminador controlado conseguir una modificacion definida de la tension alterna a la salida del dispositivo y suprimir efectivamente pulsos parasitos que puedan darse procedentes de cargas, por ejemplo picos inductivos de motores.

El dispositivo presenta asimismo un generador de formas de onda de pulso, que genera una forma de onda de pulso predeterminada o predeterminable. A este respecto puede generarse un pulso aislado con una forma de pulso determinada o tambien varios pulsos con una o diferentes formas de pulso. La forma de pulso aislada puede ser a este respecto rectangular, trapezoidal, en forma gausiana o en forma de sen2. Como es natural tambien son concebibles otras formas de pulso o combinaciones de ellas.

Ademas de esto el dispositivo presenta unos medios de control, que activan de tal manera el terminador y el disyuntor que la curva de tension pueda modificarse, a la salida del dispositivo, de forma correspondiente a la forma de pulso prefijada por el generador de formas de onda del pulso. A este respecto debe modificarse sobre todo el flanco de la curva de tension de forma correspondiente a la forma de pulso. Para conseguir la menor carga posible de la red de tension alterna con interferencias electromagneticas de alta frecuencia se elige ventajosamente aquella forma de pulso que cause las menores interferencias posibles de alta frecuencia en la red de tension alterna. Ha quedado demostrado que a este respecto una forma de pulso en forma de sen2 o en forma gausiana garantiza la mejor tolerancia. La modificacion de la tension alterna no esta prefijada a este respecto solamente por la forma de pulso, sino que deben tenerse en cuenta otros factores como por ejemplo la magnitud de la desviacion.

De forma preferida tanto el terminador como el disyuntor estan formados por un transistor de potencia que, ademas de una funcion puramente de conmutacion de conexion/desconexion, tambien puede activarse especlficamente de tal manera que puedan reproducirse las formas de pulso deseadas. Sin embargo, tambien es concebible que para esto se utilicen otros elementos de conmutacion.

En el caso de la fuente de tension alterna se trata normalmente de la red de tension alterna local, como la que conecta a la instalacion de una casa en un distribuidor. La entrada del dispositivo se conecta habitualmente justo detras del fusible automatico de un circuito de corriente o carga y la salida se conecta despues al circuito de corriente o carga. Sin embargo, el dispositivo puede instalarse tambien en otro punto en el circuito de corriente. Se entiende por si mismo que el dispositivo, ademas de para los 220/240 V - 50 Hz habituales en Europa, tambien puede disenarse para redes de tension alterna con 110/120 V - 60 Hz y cualquier otra combinacion de las mismas. Tambien son concebibles redes de tension alterna con otras tensiones, as! como redes de tension alterna con frecuencias de red que difieran de los habituales 50/60 Hz.

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La ventana de tiempo puede presentar un margen de 10 ps a 300 ps, de forma preferida de 20 ps a 200 ps, de forma particularmente preferida de 25 ps a 100 ps. Por medio de que la ventana de tiempo no se ha elegido excesivamente grande, puede asegurarse que solo se utilice un pequeno porcentaje de potencia en la red de tension alterna para la transmision de datos en si y, de este modo, que el resto no este disponible para la transmision de energla. Sin embargo, tambien es posible elegir una ventana de tiempo mas grande.

La separacion temporal de la ventana de tiempo respecto al paso por cero puede ser de 0 ps a 10.000 ps, de forma preferida de 100 ps a 5.000 ps, de forma especialmente preferida de 200 ps a 1.000 ps. A este respecto la ventana de tiempo puede estar dispuesta sobre la onda sinusoidal positiva o sin embargo tambien sobre la onda sinusoidal negativa. De forma correspondiente pueden utilizarse uno, el otro o ambos pasos por cero para determinar la separacion temporal. En particular en el caso de una separacion temporal de cero, es decir en el paso por cero, no puede realizarse ninguna modulacion. Si la separacion temporal respecto al paso por cero no es cero, puede realizarse la modificacion de la tension alterna mas claramente, es decir, de forma mas sencilla. De este modo aumenta en un primer tramo la tension alterna como es habitual, antes de que mediante el disyuntor y el terminador se modifique a un valor determinado. Se obtiene por lo tanto un flanco definido al comienzo de la ventana de tiempo. Tambien puede obtenerse un flanco ascendente con una separacion adecuada respecto al paso por cero, si el extremo de la ventana de tiempo se encuentra sobre el flanco descendente de la onda sinusoidal. Mediante la reconexion del disyuntor se genera, tanto en el flanco ascendente como en el flanco descendente de la onda sinusoidal, un flanco de pulso positivo.

El valor de la tension puede ser casi constante en la ventana de tiempo. A este respecto por constante se entiende que la curva se desvla de un valor inicial respecto al momento del inicio de la ventana de tiempo dentro de un margen del 5% al 95% de la ventana de tiempo, en particular de una curva promediada en el caso de una senal alterna acoplada, menos del 20%, de forma preferida menos del 10%, de forma especialmente preferida menos del 5%. A este respecto este valor inicial puede ser de cero o de otro valor de tension.

Sin embargo, alternativamente la desviacion de la tension en la ventana de tiempo respecto al valor teorico de la tension alterna aplicada a la entrada del dispositivo puede ser casi constante. En este caso por constante se entiende que la pendiente de la curva se desvla de la pendiente de la curva sinusoidal teorica de la tension alterna dentro de un margen del 5% al 95% de la ventana de tiempo, en particular de una curva promediada en el caso de una senal alterna acoplada, menos del 20%, de forma preferida menos del 10%, de forma especialmente preferida menos del 5%.

Es necesario tener en cuenta que los dos flancos de una curva envolvente de la desviacion estan desconectados entre si temporalmente. De este modo la curva envolvente de la desviacion debe corresponderse aproximadamente a un trapecio, con base en la curva sinusoidal teorica. Debe evitarse una ventana de tiempo excesivamente corta, en la que se toquen los dos flancos.

El dispositivo puede presentar a la salida un intensificador (del ingles booster), que esta conformado de tal manera que, al liberar la salida mediante el disyuntor, la curva de tension a la salida del dispositivo es apoyada o aumentada adicionalmente y, de este modo, la curva de tension presenta un pulso correspondiente a la forma de pulso prefijada mediante el generador de formas de pulso. Por intensificador se entiende un circuito que, en caso necesario, puede aumentar la tension en el lado de la carga hasta un nivel de tension elevado respecto a masa y, alternativamente, un circuito de este tipo recibe tambien el nombre de circuito de elevacion de tension (del ingles pull-up). Sobre todo en el caso de una carga capacitiva muy elevada en el circuito de carga y si falla la tension sinusoidal, por ejemplo durante un control ondulatorio, es necesario prestar atencion a que pueda seguir reproduciendose la pendiente del flanco positivo de la modulacion de tension alterna en el lado de la carga.

A causa de un procedimiento de control ondulatorio en las redes de alimentacion, la onda sinusoidal de la red de tension alterna esta acoplada a una frecuencia de armonicos en determinados momentos de dla durante cierto tiempo, que puede durar hasta algunos minutos. Esto conduce a unas variaciones clclicas (del ingles jitter) significativas del paso por cero de la onda de tension alterna y, de este modo, a un instante en que la generacion de la modulacion de la tension alterna ya no puede preverse con claridad, porque el paso por cero de la onda sinusoidal se produce con anticipacion respecto a un caso normal esperado, a causa de la superposicion con una frecuencia de armonicos. De este modo es diflcil, para un momento de la interrupcion cerca del paso por cero, determinar el momento correcto para la modificacion de la tension alterna en el lado de la carga sobre la onda sinusoidal en descenso. Pueden darse casos en los que la tension de red en la fuente es ya tan baja, que ya no puede representarse un flanco positivo de la modulacion de tension alterna. El intensificador es responsable de que, a pesar de ello, se produzca en el lado de la carga un flanco de pulso ascendente reconocible sobre la tension alterna. Para ello puede cargarse por ejemplo continuamente desde la fuente una capacidad de regulacion suficientemente grande. Esta capacidad se usa como reserva de energla para el intensificador.

Asimismo el dispositivo puede presentar a la entrada una carga sustitutiva en funcion de la modificacion producida, que esta conformada de tal manera que la desconexion de la salida respecto a la fuente de tension alterna no puede ser percibida por la misma. Una carga sustitutiva de este tipo en el lado de la fuente compensa las variaciones de

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corriente abruptas, que se producen a causa de la desconexion de la fuente respecto al circuito de carga mediante el disyuntor del dispositivo y pueden conducir, en funcion de la magnitud de la impedancia de la fuente, a variaciones de tension en el circuito de fuente. Mediante una carga sustitutiva de este tipo ya no es visible la modificacion de la tension alterna en el lado de la fuente. El dispositivo no tiene efecto retroactivo con relacion a la fuente de tension alterna. La diafonla en circuitos de corriente adyacentes es de este modo despreciable. Ademas de esto se reduce de esta forma importante una carga de interferencias de alta frecuencia alambricas en el lado de la fuente.

La tension alterna conforme a la invencion con senal de datos acoplada presenta, dentro de al menos una ventana de tiempo, una desviacion respecto a la curva sinusoidal aproximada de la tension de una fuente de tension alterna. A este respecto la ventana de tiempo presenta una separacion temporal respecto al paso por cero de la tension alterna de una fuente de tension alterna. La senal de datos esta contenida en la desviacion respecto a la curva sinusoidal aproximada de la tension de una fuente de tension alterna. La senal de datos puede estar modulada a este respecto de diferente forma, por ejemplo mediante modulacion en anchura de pulso, modulation en amplitud, modulation de la separacion temporal respecto al paso por cero, modulacion de separacion de pulso en el caso de varios pulsos, modulacion de la forma de pulso y longitud de pulso. Se entiende por si mismo que tambien son posibles otras clases de modulacion y/o una combination de las clases de modulacion. El valor de la tension en la ventana de tiempo se corresponde a este respecto con una forma de onda de pulso prefijada. Ademas de esto, el valor de la tension en la ventana de tiempo puede ser aproximadamente constante, en donde por aproximadamente constante se entiende la misma definition que ya se ha citado anteriormente. La desviacion de la tension en la ventana de tiempo respecto a la curva sinusoidal aproximada de la tension de una fuente de tension alterna tambien puede ser aproximadamente constante. Tambien aqul debe entenderse por aproximadamente constante la definicion citada anteriormente.

Los flancos de la desviacion respecto a la curva sinusoidal aproximada de la tension alterna pueden corresponderse con una forma de onda del pulso prefijada o prefijable. De este modo puede conseguirse que por ejemplo la tension alterna con senal de datos acoplada este optimizada con relacion a la EMV. Ha quedado demostrado ventajosamente que los flancos de una curva sen2 o una curva gausiana son aproximados. Tambien son concebibles otras formas de flanco.

La ventana de tiempo puede presentar un margen de 10 ps a 300 ps, de forma preferida de 20 ps a 200 ps, de forma particularmente preferida de 25 ps a 100 ps. Por medio de que la ventana de tiempo no se ha elegido excesivamente grande, puede asegurarse que solo se utilice un pequeno porcentaje de potencia en la red de tension alterna para la transmision de datos y, de este modo, no este disponible para la transmision de energla. Sin embargo, tambien es posible elegir una ventana de tiempo mas grande. Sin embargo, a este respecto es necesario tener en cuenta que los aparatos en el circuito de carga no sufran interferencias.

La separacion temporal de la ventana de tiempo respecto al paso por cero puede ser de 0 ps a 10.000 ps, de forma preferida de 100 ps a 5.000 ps, de forma especialmente preferida de 200 ps a 1.000 ps. A este respecto la ventana de tiempo puede estar dispuesta sobre la onda sinusoidal positiva o sin embargo tambien sobre la onda sinusoidal negativa. De forma correspondiente pueden utilizarse uno, el otro o ambos pasos por cero para determinar la separacion temporal. En particular en el caso de una separacion temporal de cero, es decir en el paso por cero, no puede realizarse ninguna modulacion. Si la separacion temporal respecto al paso por cero no es cero, puede realizarse la modificacion de la tension alterna mas claramente, es decir, de forma mas sencilla. De este modo aumenta en un primer tramo la tension alterna como es habitual, antes de que mediante el disyuntor y el terminador se modifique a un valor determinado. Se obtiene por lo tanto un flanco definido al comienzo de la ventana de tiempo. Tambien puede obtenerse un flanco ascendente con una separacion adecuada respecto al paso por cero, si el extremo de la ventana de tiempo se encuentra con una separacion respecto al paso por cero.

En un procedimiento conforme a la invencion para la transmision de datos desde un emisor a un receptor, en una red de tension alterna, el emisor esta dispuesto en el lado de la fuente respecto al receptor y el receptor en el lado de la carga respecto al emisor. El emisor modifica la tension alterna de una fuente de tension alterna, de tal manera que esta se corresponde con la tension alterna descrita anteriormente con senal de datos acoplada.

En una arquitectura de comunicaciones conforme a la invencion para la transmision de datos en una red de tension alterna con una llnea principal, un distribuidor, al menos dos circuitos de carga con uno o varios consumidores, al circuito de carga esta asociado un dispositivo como se ha definido anteriormente. Ademas de esto al consumidor esta asociado un receptor, que recibe una senal de datos acoplada sobre la tension alterna y que controla el consumidor de forma correspondiente a la senal de datos recibida. Ademas de esto los dispositivos de los al menos dos circuitos de carga estan conectados entre si y/o a traves de un bus de datos para las comunicaciones entre ellos y/o a una unidad de ordenador central opcional.

Otro aspecto de la invencion se refiere a la utilization de un receptor para leer senales de datos a partir de la tension alterna descrita anteriormente.

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Otro aspecto de la invencion se refiere a la utilizacion de un receptor en un aparato electrico para hacer posible una lectura de senales de datos a partir de la tension alterna descrita anteriormente. A este respecto las senales de datos se usan entre otras cosas para influir en la utilizacion de un aparato electrico. Por una utilizacion de este tipo se entiende por ejemplo que en un atenuador, en un conmutador, en una instalacion estereo, en una persiana, en un horno de panificacion, en un motor, etc. Un receptor se encuentra integrado, el cual puede leer senales de datos, que se transmiten a traves de la red de llneas, a partir de la tension alterna, tratar la senal de datos y controlar el aparato de forma correspondiente a la senal de datos, es decir, atenuarlo, conectarlo o desconectarlo, aumentar o disminuir su volumen, abrirlo o cerrarlo o bien ajustar la temperatura a un valor prefijado.

En base a las figuras, que solo representan ejemplos de realizacion, se explica a continuacion la invencion con mas detalle. Aqul muestran:

la figura 1: un dispositivo conforme a la invencion para modificar la tension alterna, la figura 2: un circuito de un intensificador,

la figura 3: una vista fragmentaria de una tension alterna modificada conforme a la invencion, la figura 4: un circuito de receptor a modo de ejemplo,

la figura 5: una semionda positiva de una tension alterna modificada conforme a la invencion, la figura 6: una arquitectura de comunicaciones conforme a la invencion, y la figura 7: un diagrama funcional de un dispositivo conforme a la invencion.

La figura 1 muestra un dispositivo conforme a la invencion 1 para modificar una tension alterna. El dispositivo 1 posee una entrada 2 y una salida 3. El dispositivo 1 se conecta con su entrada 2 a una red de tension alterna. A la salida 3 del dispositivo 1 puede conectarse un circuito de carga. Un circuito de carga de este tipo puede presentar varios consumidores. Sobre la llnea L esta dispuesto entre la entrada 2 y la salida 3 un disyuntor 15. Este disyuntor 15 se activa mediante un medio de control 4 de tal manera, que el conductor L entre la entrada 2 y la salida 3 se interrumpe en la zona de una ventana de tiempo. Esta ventana de tiempo es generada, definida dentro del medio de control 4, por un transmisor de ventana de emision 6. La carga en el circuito de carga, que puede conectarse a la salida 3 del dispositivo 1, puede presentar partes capacitivas. De este modo al interrumpirse el conductor L no cae la tension en la salida 3, como es deseable. Por este motivo esta previsto entre el conductor neutro N y el conductor Lsalida un terminador 20 en el lado de salida. Este terminador 20 es activado de tal manera por el medio de control 4, que durante la ventana de tiempo puede cortocircuitar en el lado de salida el conductor neutro N y el conductor Lsalida o al menos cargarlo con baja impedancia. Una vez transcurrida la ventana de tiempo el disyuntor 15 libera de nuevo la interrupcion del conductor L entre la entrada y la salida. Al mismo tiempo el terminador 20 bloquea de nuevo o aumenta su impedancia, de tal manera que el conductor neutro N se desconecta del conductor Lsalida. En un caso ideal la tension alterna modificada aumenta ahora rapidamente hasta el valor aplicado a la entrada 2. Sin embargo, si a causa de las elevadas cargas capacitivas o de una elevada resistencia interna de la red en el lado del circuito de carga la tension en la salida 3 no puede aumentar con suficiente rapidez y, de este modo, no se produce ningun pulso reconocible de forma fiable en la onda sinusoidal, se utiliza un intensificador 25. Estas situaciones pueden producirse en particular durante la transmision de secuencias de control ondulatorias en el lado de la red. Por medio de que sobre la tension alterna la secuencia de control ondulatoria esta modulada, no puede determinarse siempre claramente el momento del paso por cero. De este modo es posible que el instante de la modificacion de la tension alterna se desplace de tal manera, en la direction del paso por cero de la tension sinusoidal descendente, que para un flanco ascendente de la modificacion de tension alterna ya no se disponga de ninguna tension. Con ayuda del intensificador 25 se genera de todas formas un flanco ascendente de este tipo. Para ello desde un generador de intensificador de tension 27, que genera una tension de por ejemplo aprox. -70 V, se extrae adicionalmente corriente desde la carga sobre el conductor Lsalida. Debido a que al activar el intensificador 25 el disyuntor 15 ya esta preparado y es completamente conductor, el intensificador 15 asume tambien la funcion de generar un recorrido deseado del flanco sobre el conductor Lsalida. La tension del intensificador se obtiene directamente de la red. Entre el conductor neutro L y el conductor L esta dispuesta adicionalmente una carga sustitutoria 30. Esta carga sustitutoria 30 asume durante la modificacion de la tension alterna la funcion de una carga para la entrada 2. De este modo desde la fuente de tension alterna no puede apreciarse una modificacion de la tension alterna.

El medio de control 4 posee un detector de paso por cero 5. Mediante este detector de paso por cero 5 y un transmisor de ventana de emision 6 se activa un regulador de pulsos 9. El regulador de pulsos 9 posee ademas una entrada de datos 10, para transmitir una secuencia de datos deseada. A traves de una adaptation de nivel 11 se controlan tanto el disyuntor 15 como el terminador 20, que estan configurados ambos por ejemplo como transistor. La tension aplicada al conductor Lsalida en el momento del final de la ventana de emision se comunica a un regulador de corriente auxiliar 26. El regulador de corriente auxiliar 26 controla a continuacion en caso necesario el

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intensificador 25 de tal manera, que este puede reproducir el valor teorico de la curva sinusoidal aproximada. Para hacer posible una reproduccion de este tipo se dispone de un predictor 7. El predictor 7 puede aproximar, por ejemplo a traves de un desarrollo de serie de Taylor, el desarrollo sinusoidal de la fuente de tension alterna. Alternativamente el desarrollo sinusoidal puede aproximarse tambien mientras dura la ventana de tiempo linealmente, es decir mediante un incremento constante. El regulador de carga sustitutiva 31 controla la carga sustitutiva 30 en forma de un transistor, de tal manera que en el lado de la red no puede percibirse la modification de la tension alterna. Para asegurar una carga lo mas reducida posible a causa de interferencias electromagneticas de alta frecuencia, tanto en el lado de entrada como en el lado de salida del dispositivo 1, se dispone ademas de un generador de formas de pulso 8, que garantiza que los flancos de la modificacion discurran de forma correspondiente a una forma de pulso preajustado o preajustable. Ha quedado demostrado que una forma de pulso en forma gausiana o de sen2 muestra buenos resultados en cuanto a la EMV.

En la figura 2 se ha representado el circuito de un intensificador 25. A partir de una tension de intensificador, que esta situada en aprox. -70 V, se extrae adicionalmente corriente desde la carga sobre el conductor Lsalida. Debido a que al activar el intensificador 25 el disyuntor ya esta totalmente controlado, el transistor del intensificador 25 asume la funcion de generar la forma de pulso conforme al regulador de formas de pulso sobre el conductor Lsalida.

La figura 3 muestra una vista fragmentaria de una tension alterna 34 modificada conforme a la invention. La tension alterna 34 presenta en una ventana de tiempo 35 una desviacion 38 respecto a la forma de onda teorica de una tension sinusoidal. La curva envolvente de la tension alterna 34 en la zona de la ventana de tiempo 35 es por ejemplo trapezoidal. A este respecto el valor 37 de la tension alterna 34 puede discurrir por ejemplo en paralelo a la curva sinusoidal teorica o tambien ser constante en una zona determinada. La ventana de tiempo 35 presenta una separation temporal 36 respecto al paso por cero 40 (vease la figura 5) de la tension alterna 34. El flanco descendente 39 de la tension alterna 34 modificada presenta una forma, que esta prefijada por el generador de formas de pulso. Ha quedado demostrado que una forma de pulso aproximada a una curva sen2 o a una forma gausiana produce un valor de EMV optimizado. De forma correspondiente tambien el flanco ascendente 39' esta conformado segun el desarrollo de la ventana de tiempo 35. En la exposition conforme a la figura 3 se han representado tres ventanas de tiempo 35 de diferente longitud. Dos de las tensiones alternas 34 modificadas presentan en la ventana de tiempo 35 un valor 37, que discurre por ejemplo en paralelo a la forma de onda teorica de la curva sinusoidal. Una tension alterna modificada 34, que esta reproducida con la ventana de tiempo mas larga, presenta sin embargo un valor aproximadamente constante 37 dentro de la ventana de tiempo.

En la figura 4 se muestra un circuito de un receptor 45 a modo de ejemplo que en el lado de la carga puede conectarse a un dispositivo conforme a la invencion. El receptor 45 presenta en el lado de entrada dos conductores L y N, que de forma habitual se conectan a los conductores L y N de una red de tension alterna. El receptor 45 posee una parte de red 42, que asegura la propia alimentation de tension interna del receptor. Los dos conductores L y N se llevan a un amplificador diferencial 47. Partiendo de la senal aplicada al amplificador diferencial se establece con el detector de paso por cero 49 el paso por cero de la tension alterna recibida. La senal del amplificador diferencial 47 se alimenta asimismo a un paso de banda 48. Este paso de banda suprime en particular todas las frecuencias por debajo de 3 kHz. De este modo se suprimen de forma fiable la frecuencia de red, que es habitualmente de 50/60 Hz, y todas las posibles frecuencias de control ondulatorias. Del mismo modo se suprimen interferencias de baja frecuencia de 0 a 3 kHz. La frecuencia superior del filtro pasabanda 48 se ajusta de tal manera, que las senales de datos a esperar pueden detectarse claramente, pero se suprimen las interferencias de alta frecuencia. Por experiencia una frecuencia superior de este tipo esta dentro de un margen de aprox. 90 kHz, de tal manera que se suprimen efectivamente en particular las frecuencias de portadoras asentadas en el margen de MHz de las comunicaciones mediante llneas electricas (PLC), como por ejemplo home-plug y DS2. Partiendo de la senal del filtro pasabanda 48 se lleva a cabo dentro de una valoracion digital 59 un analisis de la reproduccion de tension segun el momento, el umbral y el valor extremo mediante un comparador de valor umbral 57 y un activador (del ingles trigger) de valor extremo 58, junto con el paso por cero establecido. La senal correspondiente se alimenta a una entrada digital 61 de un microcontrolador 60. El microcontrolador 60 decide sobre la validez de los pulsos analizados en la ventana de tiempo de reception, decodifica de aqul la information de datos y controla despues una electronica de potencia 62, de tal manera que se activa un aparato conectado a la salida 63 de forma correspondiente a las informacion de datos recibida.

Alternativamente al citado analisis analogico tambien puede utilizarse un receptor de correlation digital. A este respecto un correlacionador compara en la ventana de tiempo de recepcion la reproduccion de tension de red con una forma de pulso del pulso de emision conocida por el correlacionador.

Otra posibilidad se obtiene de que en la ventana de tiempo de recepcion se utiliza un receptor digital sobre la base de un analisis de Fourier digital. A este respecto se analiza si el espectro de frecuencia de la reproduccion de tension coincide con el espectro del pulso de emision conocido.

En la figura 5 se muestra una tension alterna 34 conforme a la invencion, que presenta dentro de dos ventanas de tiempo 35 una modificacion en forma de una desviacion. Las dos ventanas de tiempo 35 estan dispuestas alrededor

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

de una determinada separation temporal respecto al paso por cero 40 de la tension alterna 34. Tambien es concebible que esten dispuestas mas de dos ventanas de tiempo 35 sobre una semionda de la tension alterna.

La figura 6 muestra una arquitectura de comunicaciones conforme a la invention para la transmision de datos en una red de tension alterna. Partiendo de una llnea principal 50, que se alimenta a un distribuidor 51, la red de tension alterna se divide en circuitos de carga aislados 53. A este respecto cada circuito de carga 53 posee un fusible automatico 52 separado, conectado directamente a la llnea principal 50. Un fusible automatico 52 de este tipo garantiza que, en el caso de una carga excesiva de un circuito de carga 53, este se separe de la llnea principal 50, antes de que puedan producirse danos. A continuation del fusible automatico 52 esta dispuesto un dispositivo 1, que modifica la tension alterna en el circuito de carga 53. Un dispositivo 1 de este tipo puede recibir tambien el nombre de emisor. Sobre el circuito de carga 53 estan dispuestos uno o varios consumidores 54. Los consumidores 54 son ahora capaces de detectar la senal de tension alterna modificada, que es generada por el dispositivo 1, y leer y tratar la senal de datos correspondiente. Para ello cada consumidor 54 posee un circuito de receptor integrado. El consumidor 54' posee un receptor externo 45. El consumidor 54' es por ejemplo una bombilla convencional. Por medio de que este consumidor 54' esta conectado al circuito de carga 53 a traves de un receptor 45, a traves del dispositivo 1 puede conectarse o desconectarse por ejemplo una bombilla convencional 54'. Los dispositivos 1 estan conectados entre si a traves de un bus de datos 55. Ademas de esto se muestra una unidad de ordenador central 56, que tambien esta conectada a traves del bus de datos 55 a los dispositivos 1. De este modo es posible controlar los consumidores 54 desde la unidad de ordenador central 56. Una arquitectura de comunicaciones de este tipo es particularmente ventajosa, si cada dispositivo 1 no solo esta configurado como emisor, sino que comprende tambien unos medios que permiten una reception de senales de datos. Si ademas de esto los receptores 45 o los receptores integrados de los consumidores 54 poseen una unidad de emision, puede realizarse incluso comunicaciones bidireccionales entre el receptor y el dispositivo 1 o la unidad de ordenador central 56.

La figura 7 muestra un diagrama funcional de un dispositivo 1 conforme a la invencion. El dispositivo 1 posee una entrada 2 para conectarse a una fuente de tension alterna. En la salida 3 del dispositivo 1 se ha representado un aparato electrico 54 con un receptor 45, que esta conectado directamente a los dos conductores N y Lsalida del dispositivo 1. Sobre el conductor L esta dispuesto entre la entrada 2 y la salida 3 un disyuntor 15, que desconecta el conductor L en el momento deseado. El disyuntor es activado desde un regulador 13. Entre el conductor L y el conductor neutro N esta dispuesto un terminador 20, que conecta en el lado de salida el conductor Lsalida y el conductor neutro N con baja impedancia, al mismo tiempo que la interruption del conductor L mediante el disyuntor 15. De este modo se garantiza que la tension en la salida 3 se haga descender. Ademas de esto estan dispuestos entre el conductor L y el conductor neutro N un intensificador 25 con una generation de tension de intensification 27, as! como una carga sustitutiva 30. Tanto el intensificador 25 como la carga sustitutiva 30 son activados por el regulador 13.

El intensificador 25 se utiliza si, por ejemplo sobre el flanco descendente de la tension alterna, el disyuntor 15 conecta de nuevo los dos conductores Lentrada y Lsalida y bloquea de nuevo el terminador 20. Si despues la tension aplicada a la entrada 2 no es suficientemente elevada para conseguir un aumento especlfico de la tension alterna, por ejemplo en el caso de un paso por cero desplazado a causa de una senal de control ondulatoria acoplada, el intensificador 25 impone al conductor Lsalida un pulso con ayuda del generador de tension de intensificacion 27. De este modo puede detectarse en el receptor 45 aun as! el final de la interrupcion.

La carga sustitutiva 30 simula durante la interrupcion o durante la modification de la tension alterna la carga aplicada a la salida 3, de tal manera que la red de tension alterna no se cargue innecesariamente en el lado de entrada. Se suprimen las interferencias provocadas por unos procesos de conexion bruscos.

El regulador 13 esta conectado a un detector de paso por cero 5, de tal manera que el regulador 13 puede controlar el interruptor 15, el terminador 20 y dado el caso el intensificador 25 en funcion del paso por cero de la tension alterna. El regulador 13 posee tambien en cada caso de una entrada de los dos amplificadores de medicion 14, 14', que miden el valor real de la tension alterna en la entrada 2 o el valor real de la diferencia de tension entre el conductor Lentrada en la entrada 2 y el conductor Lsalida en la salida 3. Ademas de esto el regulador 13 posee una entrada desde un controlador 12, que transmite el pulso y otros parametros, por ejemplo sobre la forma de pulso o la secuencia de pulsos. El controlador 12 posee para ello una entrada de datos 10, que puede estar conectada por ejemplo a una unidad de ordenador central 56 (vease la figura 6).

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para modificar una tension alterna, en donde el dispositivo (1) posee una entrada (2) para conectarse a una fuente de tension alterna y una salida (3) para conectarse a un circuito de carga, en donde la salida presenta un conductor neutro (N) y un conductor (Lsalida), en donde el dispositivo (1) presenta un disyuntor (15) entre la entrada (2) y la salida (3), que esta conformado de tal manera que, dentro de al menos una ventana de tiempo (35), la salida (3) puede desconectarse de la fuente de tension alterna, en donde la ventana de tiempo (35) presenta una separacion temporal (36) respecto al paso por cero (40) de la tension de la fuente de tension alterna, en donde el dispositivo (1) presenta en la salida (3) entre el conductor neutro (N) y el conductor (Lsalida) un terminador (20), que puede cortocircuitar o al menos cargar con baja impedancia el conductor neutro (N) y el conductor (Lsalida) en el lado de salida y que, junto con el disyuntor (15) esta conformado de tal manera que, en la ventana de tiempo (35) la tension en la salida (3) del dispositivo (1) presenta un valor (37) predefinido o predefinible, caracterizado porque el dispositivo (1) presenta un generador de formas de pulso (8) para generar una forma de pulso predeterminada o predeterminable, y porque el dispositivo (1) presenta unos medios de control (4), mediante los cuales pueden activarse de tal manera el terminador (20) y el disyuntor (15) que la curva de la forma de onda de la tension puede modificarse, a la salida (3) del dispositivo (1), de forma correspondiente a la forma de pulso prefijada por el generador de formas de pulso (8).
2. Dispositivo (1) segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la ventana de tiempo (35) presenta un margen de 10 ps a 300 ps, de forma preferida de 20 ps a 200 ps, de forma particularmente preferida de 25 ps a 100 ps.
3. Dispositivo (1) segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque la separacion temporal (36) respecto al paso por cero es de 0 ps a 10.000 ps, de forma preferida de 100 ps a 5.000 ps, de forma especialmente preferida de 200 ps a 1.000 ps.
4. Dispositivo (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el valor (37) de la tension, en particular el valor promediada en el caso de una senal alterna acoplada, se desvla de un valor inicial respecto al momento del inicio de la ventana de tiempo dentro de un margen del 5% al 95% de la ventana de tiempo (35), menos del 20%, de forma preferida menos del 10%, de forma especialmente preferida menos del 5%.
5. Dispositivo (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la desviacion (38) de la tension en la ventana de tiempo (35) respecto al valor de la tension alterna aplicado a la entrada (2) del dispositivo (1) esta conformada de tal manera que la pendiente de la tension, en particular una curva promediada en el caso de una senal alterna acoplada, se desvla respecto a la pendiente de la curva sinusoidal teorica de la tension alterna dentro de la ventana de tiempo, dentro de un margen del 5% al 95% de la ventana de tiempo (35), menos del 20%, de forma preferida menos del 10%, de forma especialmente preferida menos del 5%.
6. Dispositivo (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el dispositivo (1) presenta a la salida (3) un intensificador (25), que esta conformado de tal manera que, al liberar la salida (3) mediante el disyuntor (15), la curva de tension a la salida (3) del dispositivo (1) es apoyada adicionalmente y, de este modo, la curva de tension presenta un pulso correspondiente a la forma de pulso prefijada mediante el generador de formas de pulso (8).
7. Dispositivo (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el dispositivo (1) presenta a la entrada (2) una carga sustitutiva (30) en funcion de la modificacion producida, que esta conformada de tal manera que la desconexion de la salida (3) respecto a la fuente de tension alterna no puede ser percibida por la misma.
8. Procedimiento para transmitir senales de datos a traves de una red de tension alterna con un dispositivo (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde para la sincronizacion de la ventana de tiempo (35) del dispositivo (1) con una ventana de recepcion de un receptor conformado de forma correspondiente se utiliza el paso por cero de la tension alterna.
9. Sistema de comunicaciones para la transmision de datos en una red de tension alterna con una llnea principal (50), un distribuidor (51), al menos dos circuitos de carga (53) con uno o varios consumidores (54), en donde al circuito de carga (53) esta asociado un dispositivo (1) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde al consumidor (54) esta asociado un receptor (45), que recibe una senal de datos acoplada a la tension alterna (34) y que controla el consumidor (54) de forma correspondiente, caracterizado porque los dispositivos (1) estan conectados entre si a traves de un bus de datos (55) para las comunicaciones entre ellos y/o a una unidad de ordenador central (56) opcional.