DE2825240C2

DE2825240C2 - Rundsteueranlage

Info

Publication number: DE2825240C2
Application number: DE2825240A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Ing.(grad.) 8520 Erlangen Krügel; Ernst-Robert Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Paessler; Kurt Dipl.-Ing. 8524 Neunkirchen Smutny; Hermann Dr.Techn. Tappeiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-06-08
Filing date: 1978-06-08
Publication date: 1983-09-22
Also published as: US4319224A; CH641610A5; JPS54162412A; FR2434525A1; DE2825240A1; FR2434525B1

Description

(1971), Heft 9, Seiten 237 bis 241, insbesondere Bild 1, ist ebenfalls eine Rundsteueranlage der eingangs genannten Art bekannt. Hier wird als Rundsteuersender ein Umrichter verwendet, der aus einem netzgespeisten Diodengleichrichter, einem Gleichspannungszwischenkreis und einem zwangskommutierten Wechselrichter mit Thyristoren in Drehstrom-Brückenschaltung besteht. Als Ankopplungseiiiheit ist hier ebenfalls eine Serienankopplungseinheit herangezogen. Es ist aber angegeben, daii die Ankopplungseinheit auch als Parallelankopplungseinheit ausgeführt sein kann. Die Serienankopplungseinheit umfaßt hier für jede Phase jeweils eine erste LC-Serienschaltung, eine zweite LC-Serienschaltung und einen Ankopplungstransformator. Um eine netzfrequente Rückspannung vom Umrichter fernzuhalten, ist hier die Ausgangswechselspannung des Wechselrichters über einen auf Tonfrequenz abgestimmten Serienschwingkreis dem Ankopplungstransformator zugeführt. Ein zweiter Serienschwingkreis bildet direkt am Ausgang des Wechselrichters einen Kurzschluß für die Metzfrequenz. Die Hauptinduktivität des Ankoppiungstransforoators ist mit dem erwähnten Kondensator für die Tonfrequenz in Parallel-Resonanz.

Eine Rundsteueranlage mit Parallelankopplungseinheit ist z.B. aus der VDl-Zeitschrift, Bd. 101 (1959), Seiten 733 bis 768, insbesondere aus Bild 17, und aus der »Siemens-Zeitschrift« 48 (1974), Seiten 69 bis 75, insbesondere Bild 2 und 3, bekannt.

Bei den bekannten Ankopplungseinheiten muß auf die Auslegung und Abstimmung der einzelnen Bauelemente besonderes Augenmerk gerichtet werden, damit auf der Senderseite keine netzfrequente Rückspannung auftritt. Eine netzfrequente Rückspannung würde zu Ausgleichs- oder Kurzschlußströmen und damit zur Gefährdung der Bauelemente im Rundsteuersender führen. Die verwendeten Drosselspulen und Kondensatoren müssen also ebenso wie die Ankopplungstransformatoren von hoher Qualität sein. Das gilt sowohl für eine Rundsteueranlage mit Serien- als auch für eine solche mit Parallelankopplungseinheit. Der Aufwand für die Ankopplungseinheit ist bislang beträchtlich. Bei mancher der bisher ausgeführten Rundsteueranlagen war beispielsweise der Kostenaufwand für die LC-Kombination etwa gleich groß dem Kostenaufwand für die Ankopplungstransfermatoren und auch etwa gleich groß dem Kostenaufwand für den Rundsteuersender selbst.

Aus der deutschen Patentschrift 23 04 734 ist bereits eine Rundsteueranlage mit einem Thyristor-Rundsteuersender bekannt, der allein über Wandler an das Leistungsnetz angeschlossen ist. Ein Resonanzshunt wird dabei dadurch voll eingespart, daß der Thyristor-Wechselrichter so gesteuert ist, daß seine Ausgangsimpedanz für die Frequenz des Leistungsnetzes den Wert Null aufweist. Die bekannte Rundsteueranlage hat aber die nachteilige Eigenschaft, daß der Rundsteuersender für den netzfrequenten Strom, der über die Wandler auf die Senderseite eingekoppelt wird, ausgelegt sein muß. Das bedeutet, daß der Aufwand für den Rundsteuersender, also in diesem Fall für den Thyristor=Wechselrichter, beträchtlich ist.

Aus der DE-OS 19 19 584 ist ein anderer Rundsteuersender bekannt, bei dem das Netz über Hochspannungswandler an die Wechselspannungsseite einer ungesteuerten Drehstrorr.brückenschaltung angeschlossen ist. Die GlciehstroinsHte enthält eine Drossel zur Stromglättung und einen Brückcnwcchselrichter aus

Thyristoren, Löschkondensatoren und Loschtransformatoren. Im Diagonalzweig des Wechselrichters liegt ein Umschwingkondensator, der durch entsprechende Zündung der Wechselrichter-Thyristoren dauernd im Takt der von einem Tonfrequenz-Steuergenerator gelieferten Tonfrequenz umgeladen wird, so daß im Gleichstromkreis ein tonfrequenter Wechselstrom fließt, der letztlich, wie die gesamte Stromversorgung des Senders, der netzfrequenten Rückspannung entnommen ist

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Rundsteueranlage der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß ihre Ankopplungseinheit (Serienoder Parallelankopplungseinheit) erheblich vereinfacht und damit auch der Preis für eine solche Ankopplungseinheit erheblich verbilligt werden kann, ohne daß der Aufwand für den Leistungsteil des Rundsteuersenders nennenswert ansteigt. Das soll insbesondere bei einer Rundsteueranlage mit Parallelankopplungseinheit möglich sein.

Grundgedanke der Erfindung ist e^die Ankopplungseinheit im Hinblick auf die Sperrwirkung gegenüber der netzfrequenten Rückspannung nicht optimal und damit aufwendig, sondern vergleichsweise einfach auszulegen und die vom Versorgungs-Wechselspannungsnetz über den Ar.;;opplungstransformator an den Ausgang des Senders eingekoppelte netzfrequente Rückspannung, die wegen der einfachen Auslegung der Ankopplungseinheit nur sehr unvollständig unterdrückt ist, durch eine besonders vorgesehene Zusatzwechselspannung zu kompensieren. Nach diesem Grundgedanken ist also vom konstruktiven Aufbau der Ankopplungseinheit her gesehen auf der Senderseite des Ankoppiungstransformators noch eine gewisse netzfrequente Rückspannung zulässig, die an sich für den Sender nicht mehr zulässig wäre. Diese Rückspannung soll aber durch elektrische Maßnahmen, nämlich die Überlagerung der erwähnten Zusatzwechselspannung, unterdrückt werden.

Die genannte Aufgabe wird somit erfinaungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sperrwirkung der Ankopplungseinheit selbst für sich bezüglich der netzfrequenten RüCi<spannung vergleichsweise gering ist, und daß der Ausgangswechselspannung des Rundsteuersenders eine Zusatzwechselspannung mit Netzfrequenz überlagert ist, deren Amplitude und auf die Netzwechselspannung bezogene Phasenlage so gesteuert sind, daß ein von der Rückspannung hervorgerufener unzulässiger, andernfalls den Rundsteuersender durchfließender netzfrequenter Ausgangsstrom vermieden ist.

^⁰ Vom Prinzip her ist es möglich, daß hierbei mit dem Rundsteuersender .ein besonderer, die Zusatzwechselspannung liefernder Zusatzsender in Reihe geschaltet ist. Eine solche Möglichkeit würde aber einen vergrößerten Aufwand für den Sender bedeuten.

^5:1 Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden demgegenüber der die tonfrequente Ausgan^swechselspannung liefernde Rundsteuersender und der die netzfrequente Zusatzwechselspannung liefernde Zusatzsender in einem gemeinsamen Sender zusammengefaßt. Hierbei kann als gemeinsamer Sender ein statischer Wechselrichter vorgesehen sein, dessen Steuersatz eine der tonfrequenten Ausgangswechselspannung entsprechende Steuerspannung vorgegeben ist, der eine der erforderlichen Zusatzwechselspannung

entsprechende Zusat'.steuerspannung überlagert ist.

Eine besonders einfache Ausgestaltung ergibt sien bei Verwendung eines Thyristor-Wechselrichters als Rundsteuersender, der nach der Methode der Pulsbrcitenmo-

clulatior; gesteuert ist. Diese Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus. daß das Impulsmuster der tonfrequenten Ausgangswechselspannung mit der nach Amplitude und Phasenlage steuerbaren Zusatzwechselspannung moduliert ist. Hierbei wird der Thyristor-Wechselrichter ebenfalls zur Erzeugung beider Wechselspannungen verwendet. Die Pulsbreitenmodulation wird dabei derart durchgeführt, daß die am Ausgang des Rundsteuersenders anstehende, über den Ankopplungstransformator eingekoppelte netzfrequente Rückspannung kompensiert wird.

Eine weitere vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltung besteht bei einem Rundsteuersender mit Energiespeicher (ζ. B. Batterie oder Kondensator) darin, daß die vom Kundsteuersender aufzubringende Tonfrequenzleistung für die Tastsignale direkt über die Ankopplungseinheit vom Wechselspannungsnetz bezogen wird, indem die netzfrequente Rückspannung als Versorgungsspannung für den Sender verwendet wird.

Hierdurch entfallen die nach dem Stand der Technik bisher erforderlichen Bauelemente für die Stromversorgung des Rundsteuersenders, wobei diese Bauelemente beispielsweise bestehen aus Eigenbedarfstransformator. Trenner. Sicherungen. Eingangsschütz und Diodengleichrichter mit Kommutierungsdrossel; weiterhin entfallen die Verdrahtung dieser Bauelemente und die Kabelverbindung zu einem Niederspannungsverteiler. Übrig bleiben lediglich der Energiespeicherkreis, bei einem Wechselrichter also der vorgeschaltete Gleichstromzwischenkreis mit dem Energiespeicher in Form von Elektrolytkondensatoren oder einer Batterie, sowie die Stromversorgung für die Steuerelektronik.

Vorzugsweise eignet sich diese Ausgestaltung für eine Ankopplungseinheit mit Paraüelankopplung. da hierbei die Höhe der netzfrequenten Rückspannung konstant (proportional der Spannung des Wechselspannungsnet-ίΐΓΐνι OuTCi ■ gCCigiiC

sofort u ictl'.T über du- AnkonnluiijTMMnheil bi'/ovrcn. Als Wechselrichter k;inn insbesondere ein solcher mit Thyristoren als 1 laupt\ entile verwendet werden.

Die erfindungsgemaße Rundsteueranlage IiHJt sich mit besonderem Vorteil in Verbindung mit einer Ankopplungseinheit einsetzen, die in der gleichzeitig eiiii-'L-richten Patentanmeldung P 2K 25 244.5- S2 mit dem Titel »Rundsteueranlage« beschrieben ist. Fiei der dort vorgeschlagenen Ankopplungseinheit ist vorgesehen, daß als Induktivität des Resonanzkreises, die zusammen mit der Kapazität des Koppclkundensalors die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises festlegt, im wesentlichen nur die Hauptfeldindukiivität des zur Ankopplung verwendeten Isolieriransformators verwendet wird.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Rundsteueranlage auf der Senderseite hinsichtlich des konstruktiven Aufwandes der Ankopplungseinheit vereinfacht und verbilligt wird. Die Baugröße einzelner Bauelemente kann hier unter Umständen beträchtlich verkleinert werden. Eine solche Vereinfachung läßt sich nicht nur bei einer Rundsteueranlage mit Serien-, sondern insbesondere auch bei einer solchen mit Parallelankopplungseinheit durchführen. Die einzelnen. Bauelemente der Ankopplungseinheit können auf geringere Leistung und/oder Güte ausgelegt werden als bisher. Beispielsweise lassen sich im Vergleich zu bisher — je nach Wunsch und Anwendungsfall — entweder die j Drosjüispulen auf geringeren Strom, die Kondensatoren auf geringere Spannung und/oder die Schwingkreise auf geringere Güte auslegen. Das Ausmaß der : Vereinfachung richtet sich danach, welche Rückspan- ' nung noch zulässig sein darf. Im Extremfall läßt sich bei einer Serienankopplungseinheit (z. B. Siemens-Zeitschrift 1974, Seiten 69 bis 75. Bild 4) das LC-Bauglied zur Unterdrückung der netzfrequenten Rückspannung voll einsparen, wobei auch da: Resonanzbauglied für die "TV\nfri»niii»nv i>nlfnllf*n ίαππ ΔΙε

Ankopplungsbauelemente bestimmt werden kann.

Bei einem Rundsteuersender allgemeiner Art kann die Zuführung der Rückspannung als Versorgungsspannung zwangsweise durch Steuerung erfolgen. Demgemäß kann vorgesehen sein, daß die netzfrequente Zusatzwechselspannung jeweils bei Beginn eines Tastimpulses so gesteuert ist. daß ein gewisser netzfrequenter Ausgleichsstrom den Rundsteuersender durchfließt und dabei dem Energiespeicher die für den tonfrequenten Tastimpuls erforderliche Leistung zuführt.

Bei einem Wechselrichter als Rundsteuersender wird die Höhe der Rückspannung so gewählt, daß diese — über die RücKführungsdioden des Wechselrichters gleichgerichtet — der für die Erzeugung der tonfrequenten Tastimpulse erforderlichen Höhe der Spannung im Gleichspannungszwischenkreis entspricht Der insbesondere pulsbreitenmodulierte Wechselrichter wird — wie zuvor beschrieben und abweichend von dem Rundsteuersender allgemeiner Art — speziell so gesteuert, daß neben der Erzeugung von tonfrequenten Spannungsimpulsen gleichzeitig die netzfrequente Rückspannung kompensiert wird. Da hierbei durch die Abgabe einer tonfrequenten Wirkleistung über die Ankopplung an das Wechselspannungsnetz die Spannung des Energiespeichers im Gleichspannungszwischenkreis sinkt, fließt infolge der nicht mehr voll kompensierten Rückspannur.g automatisch vorn Ausgang des Wechselrichters ein Strom in den Energiespeicher, so daß dieser wieder nachgeladen wird. Somit wird ohne weiteren Aufwand die jeweils abgegebene Energie

matoren lassen sich unter Umständen Stromwandler besonders einfacher Bauart verwenden, im Extremfall sogar solche ohne Eisenkern. Gegenüber den erwähnten Vorteilen fällt der zusätzliche Mehraufwand für die Überlagerung der Zusatzwechselspannung, der bei Verwendung eines Pulswechselrichters als zusätzlicher Steueraufwand zu verzeichnen ist, nicht merklich ins Gewicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von acht Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Rundsteuersender mit Parallelankopplungseinheit im einphasigen Prinzipschaltbild,

F i g. 2 bis 5 Spannungs-Zeit-Diagramme für den Fall. daß Ausgangs- und Zusatzwechselspannung gemeinsam durch einen Pulswechselrichter als Sender erzeugt werden,

Fig.6 eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines solchen Pulswechselrichters und

F i g. 7 und 8 weitere Spannungs-Zeit-Diagramme.

F i g. 1 zeigt ein einphasiges Ersatzschaltbild der Senderseite einer Tonfrequenz-Rundsteueranlage. Ein Sender 2 ist über eine Ankopplungseinheit 3 an ein einphasiges Leistungs- oder Versorgungs-Wechselspannungsnetz 4 mit den Phasenleitern R, S angeschlossen. Das Versorgungsnetz 4 wird mit der sinusförmigen Netzwechselspannung U_n und der Netzfrequenz /„ betrieben. Die Netzfrequenz F_n kann 50 oder 60 Hz betragen.

Der Sender 2 der Tonfrequenz-Rundsteueranlage besteht im Prinzip aus einem üblichen Rundsteuersen-

der 5. der mn einem weiteren Sender oder Zusatzsender 6 in Reihe geschaltet ist.

Der Rundsteuersender 5 erzeugt eine Ausgangswechselspannung u, mit Tonfrequen/ /",. Die Ausgangswcchselspannung u, kann insbesondere sinusförmig sein, und die Tonfrequen/. f, kann einen Wert zwischen 150 und 750 Hz besitzen. Die beiden Frequenzen /', und /'„ sind also deutlich voneinander verschieden, auch wird die Tonfrequenz f, so gewühlt, daß sie nicht gleich dem 5-, 7-, II-, I3fachen der Netzfrequenz f„ ist, da ein Wechsel- ⁱ spannungsnetz 4 gewöhnlich außer einer (Jrundschwingung auch Oberschwingungen der 5., 7., II., 13. Ordnung enthält. Die Ausgangswcehselspannung ι/, wird mittels eines Tastsignals ρ nach Maßgabe einer zu übertragenden Information getastet.

Der Zusatzsender 6 erzeugt eine Zusatzwechselspannung (//. Diese Zusatzwechselspannung u, besitzt Neizfrequenz f„, also gemäß dem angegebenen Weriebeispiei ebenfalls 5öoder6ö Hz. Die Zusatzwechseispannung u, ist ebenfalls insbesondere sinusförmig. Sie wird mit Hilfe eines Steuersignals q nach Amplitude und Phasenlage gesteuert. Die Steuerung der Phasenlage erfolgt dabei im Bezug auf die Phasenlage der Netzwechselspannung U_n. Die Ausgangsspannung u,\n zwischen den beiden Ausgangsklemmen A. B des Senders 2 ergibt sich somit zu

Zwischen den Ausgangsklemmen A. B befindet sich ein Bezugspunkt M, der auf Nullpotential oder Masse liegt. "'

Diw beiden Ausgangsklemmen A, ödes Senders 2 sind über die Ankoppiungseinheit 3 mit dem Versorgungs-Wechselspannungsnetz 4 verbunden. Diese Ankoppiungseinheit 3 ist vorliegend als an sich bekannte Parallelankopplungseinheit ausgeführt. Sie besteht aus >"> einer LC-Kombination 7, einem Kondensator 8 parallel d**zu. einen! AnkQⁿⁿ!un^t7stransformstGr 9 und einer weiteren LC-Kombination 10. Bei der LC-Kombination 10 handelt es sich um einen Resonanzkreis für die Tonfrequenz /,. Die LC-Kombination 10 besteht ^w vorliegend at:s der Serienschaltung einer Drosselspule mit einem Kondensator. Sie ist in Reihe zur Sekundärwicklung geschaltet und sorgt gewöhnlich dafür, daß ein netzfrequenter Strom nicht über den Ankopplungstransformator 9 in den Rundsteuersender 5 eingekoppelt wird. Der Kondensator 8 liegt parallel zur Primärwicklung des Ankopplungstransformators 9. Er bildet mit der LC-Kombination 7 einen Resonanzkreis, der auf die Tonfrequenz /, abgestimmt ist.

Im vorliegenden Fall ist in Fig. 1 als Ankopplungseinheit 3 eine Parallelankopplungseinheit gezeigt. Die im folgenden beschriebenen Maßnahmen und Überlegungen gelten jedoch gleichermaßen auch für eine Serien-Ankoppiungseinheit,

Im Gegensatz zu herkömmlichen Rundsteueranlagen ist der Aufbau der Ankoppiungseinheit 3 wesentlich vereinfacht, was zu einer erheblichen Kostenreduktion führt. Die Ankoppiungseinheit 3 — insbesondere die LC-Kombination 7 — ist nicht optimal auf völlige Unterdrückung einer vom Versorgungs-Wechselspan- &⁰ nungsnetz 4 herrührenden, über den Ankopplungstransformator 9 eingekoppelten netzfrequenten Rückspannung ausgelegt Es ist vielmehr — von Konstruktion und Auslegung her bedingt — zwischen den Ausgangsklemmen A, B eine solche netzfrequente Rückspannung zugelassen. Diese Rückspannung wird aber vorliegend mit Hilfe des Senders 2, speziell mit Hilfe des Zusatzsenders 4 und dessen besonderer Ansteuerung, kompensier¹.. Lin LC-Reihenschwingkreis 7 von besonders großem Aufwand am Ausgang des Senders 2 ist dadurch nicht mehr erforderlich. Es können L- und C-ßauglieder geringerer Leistung verwendet werden. Unter Umständen, d. h. je nach der Kopplung des Ankopplungstransformators 9 und der Höhe der zulässigen Rückspannung, kann die LC-Kombination 7 ganz entfallen: dasselbe gilt auch für den Kondensator 8. Kosten und UaugiuUe werden dadurch erheblich reduziert.

Aus F i g. I ist ersichtlich, daß das Steuersignal q von einer Steuereinheil 12 erzeugt wird. Diese Steuereinheit 12 mißt — mit Hilfe eines nicht gezeigten Filters — den netzfrequenten Anteil der Ausgangswechselspannung Uab, also die Rückspannung, zwischen den Ausgangsklemmen A. B. Sie bildet das Steuersignal q so, daß dieser Anteil von der Zusatzwechselspannung u_t zu Null gemacht wird. Mit anderen Worten: Die Zusatzwechselspannung u, wird von der Steuereinheit 12 so gesteuert, daß der unzulässige netzfrequente Anteil, also die Rückspannung, die andernfalls zu einem den Rundsteuersender 3 durchfließenden Ausgleichsstrom führen würde, nach Möglichkeit vollständig kompensiert wird. Anders ausgedrückt: Die Impedanz des Senders 2 ist für die netzfrequente Rückspannung praktisch unendlich groß.

Das Steuersignal q kann nicht nur durch Messung der Rückspannung, sondern auch durch Messung des störenden Ausgleichstroms ermittelt werden. Das ist in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet. Danach wird eine Steuereinheit 12a mit dem ermittelten Ausgleichsstrom beaufschlagt. Dieser Ausgleichsstrom wird mit Hilfe eines Stromwandlers 13 gemessen. Die Steuereinheit 12.7 eibt ebenfalls das bereits definierte Steuersigna! q ab.

In den Fig.2 bis 5 sind Spannungs-Zeit-Diagramme dargestellt, aus denen die Überlagerung von tonfrequenter Ausgangswechselspannung ujf,) und netzfrequenter Zusatzwechselspannung u/Q hervorgeht, und zwar für den Fall, daß diese beiden Wechselspannungen gemeinsam von einem Pulswechselrichter geliefert werden. Die Bedeutung der einzelnen Spannungen uam, ubm. Uab ist aus F i g. 1 ersichtlich.

In F i g. 2 ist die Ausgangswechselspannung uam des Senders 2 dargestellt für den Fall, daß noch keine Zusatzwechselspannung geliefert wird. Es gilt also Uz(Q = O. Die Ausgangswechselspannung u_A,u ist dabei zwischen der Ausgangsklemme A und Bezugspunkt M gemessen. Die Grundlage für die Form der Ausgangswechselspannung Uam ist ein mit Tonfrequenz f, gepuistes Impulsmuster; die positiven und negativen Spannungszeitflächen sind gleich groß.

In Fig.3 ist die Ausgangswechselspannung u_Am dargestellt für den Fall, daß dem Impulsmuster eine Zusatzwechselspannung U₂(Q ¥=0 von Netzfrequenz f„ aufmpduüert ist. Die Zusatzwechselspannung uj[f„) ist in Amplitude und Phasenlage gleich der (nicht gezeigten) netzfrequenten Rückspannung. Gegenüber Fig.2 ergibt sich eine Verschiebung der einzelnen Nulldurchgänge, Die sinusförmige Grundschwingung der aufmodulierten Zusatzwechselspannung u/Q ist gestrichelt eingezeichnet

In Fig.4 ist die entsprechende Ausgangswechselspannung ubm zwischen der Ausgangsklemme B und dem Bezugspunkt Meingezeichnet Auch hier ist wieder die aufmodulierte sinusförmige Grundschwingung gestrichelt gezeigt In F i g. 5 ist die Ausgangswechselspannung uab zwischen den beiden Ausgangsklemmen A, B

dargestellt. Der Verlauf ergibt sieh aus der Differenz der Ausgangswechselspannungen i/,u»und uhm. Die netzfrequente Grundschwingung ist wiederum gestrichelt dargestellt.

In F i g. 6 ist ein Ausführungsbeispiel für eine ·> Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Pulswechselrichters, der gleichzeitig als Rundsteuersender 5 und als Zusatzsend .r 6 — also als gemeinsamer Sender 2 — wirkt, dargesiellt. Die Schaltungsanordnung umfaßt einen Dreieckspannungsgenerator 20 und ein nachgc- in schaltetes Vergleichsglied 21, dessen Vergleichseingang mit 22 bezeichnet ist. Das Ausgangssignal des Vergleichsgliedes 21. das eine Charakteristik mit Hysterese besitzt, wirkt auf die Steuerung des Piilswechselrichters. r,

Der Dreieckspannungsgenerator 20 ist im Prinzip aus der DE-OS 25 14 557. insbesondere F ig. 5. bekannt. Er besteht aus einem als Umkehrverstärker 24 geschalteten Operationsverstärker, einem als Integrator 25 geschalteten Operationsverstärker, einem Vergleichs- 2» glied 26 und einem Umschalter 27. der als Feldeffekttransistor ausgebildet sein kann. Der Dreieckspannungsgenerator 20 liefert als Vergleichsspannung eine Dreieckspannung d, die die Frequenz f, und die Phasenlage der gewünschten Ausgangswechselspannung Ui hat. Diese ist in F i g. 7 als dreicckförmige Kurve dargestellt.

Am Eingang 22 des Vergleichsgliedes 21 wird die Dreieckspannung 1/ mit dem Steuersignal q verglichen. das proportional zum netzfrequenten Anteil der Ausgangsspannung u.\n ist. Das Steuersignal q ist in F i g. 7 als sinusförmige Kurve dargestellt. Die zur Kompensation erzeugte Zusatzwechselspannung 11, ist in Frequenz und Phasenlage gleich und in der Amplitude proportional dem Steuersignal q. In jedem Schnittpunkt der beiden Kurven c/und q entsteht eine Schaltfhinke im Ausgangssignai des Vcrglcichsgücdcs 2!. das ;tls Ansteuersignals für den Steuersatz 28 dient, der dem als Sender 2 eingesetzten Pulswechselrichter vorgeschaltet ist. Das Anstcuersignal s ist in F i g. 8 gezeigt. Der Pulswechselrichter erzeugt die gewünschten Ausgangswcchsclspannungen u.urund i/«.u vergl. F i g. 3 bzw.4.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rundsteueranlage mit einem Rundsteuersender, der eine getastete Ausgangswt.'chselspannung mit Tonfrequenz erzeugt, die über eine Ankopplungseinheit in ein Versorgungs-Wechselspannungsnetz von vorgegebener Netzfrequenz eingespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrwirkung der Ankopplungseinheit (3) selbst für sich bezüglich der netzfrequenten Rückspannung vergleichsweise gering ist, und daß der Ausgangswechseispannung (u,) des Rundsteuersenders (5) eine Zusatzwechselspannung (u_z) mit Netzfrequenz (Q überlagert ist, deren Amplitude und auf die ir Netzwechselspannung (U_n) bezogene Phasenlage so gesteuert sind, daß ein unzulässiger netzfrequenter, andernfalls den Rundsteuersender (5) durchfließender Ausgangsstrom vermieden ist (F i g. 1).

Z Rundsteueranlage nach Anspruch 1 mit einem statischem Wechselrichter als Rundsteuersender, dessen Steuersatz eine der tonfrequenten Ausgangswechselspannung entsprechende Steuerspannung vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerspannung eine der erforderlichen Zusatzwechselspannung (u_z) entsprechende Zusatzsteuerspannung überlagert ist.

3. Rundsteueranlage nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Thyristor-Wechselrichter als Rundsteuersender, dessen Steuersatz nach der Methode der Pulsbreitenmodulation durch eine Ansteuerspannung gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerspannung (s) durcc. Vergleich eines Steuersignals (q), das dem netefrequenten Anteil der über die Ankopplungseinheit (3) auf die Senderseite eingekoppelten Rückspannung proportional ist, mit einer tonfrequenten Vegleichsspannung ^gebildet ist (F ig. 7 und 8).

4. Rundsteueranlage nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichsspannung eine Dreieckspannung (d) vorgesehen ist (F i g. 7).

5. Rundsteueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Rundsteuersender, dem ein Energiespeicher zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die netzfrequente Rückspannung als Versorgungsspannung für den Rundsteuersender vorgesehen ist.

6. Rundsteueranlage nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die netzfrequente Zusatzwechselspannung jeweils bei Beginn eines Tastimpulses so so gesteuert ist, daß ein gewisser netzfrequenter Ausgleichsstrom den Rundsteuersender durchfließt und dabei dem Energiespeicher die für den tonfrequenten Tastimpuls erforderliche Leistung zuführt.

7. Rundsteueranlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Rundsteuersender ein Wechselrichter mit steuerbaren Hauptventilen und mit Rückführungsdioden vorgesehen, dem der Energiespeicher in Form einer Batterie oder eines Kondensators vorgeschaltet ist, und daß der Steuersatz des Wechselrichters nach der Methode der Pulsbreitenmodulation durch eine Ansteuerspannung gesteuert ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rundsteueranlage mit einem Rundsteuersender, der eine getastete Ausgangswechselspannung mit Tonfrequenz 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 hin zu einem Verbraucher übertragen werden. Derartige Informationen können beispielsweise zur Einleitung von Schaltvorgängen im Versorgungsnetz, zur Umschaltung von Verbrauchszählern auf unterschiedliche Tarife (z. B. Nachtstromtarif) oder zur Benachrichtigung eines bestimmten Personenkreises (z. B. der Feuerwehr) dienen.

Eine Rundsteueranlage besteht im wesentlichen aus einem Rundsteuersender, einer Ankopplungseinheit zur Netzeinspeisung und aus einem oder mehreren an das Versorgungsnetz angeschlossenen Rundsteuerempfängern, die die Verbraucher steuern. Der Rundsteuersender erzeugt eine tonfrequente Ausgangswechselspannung, die nach Maßgabe der zu übertragenden Information getastet ist. Sie wird mit Hilfe der Ankopplungseinheit der Netzwechselspannung im Versorgungsnetz überlagert. Die an diesem Versorgungsnetz 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 150 und 750 Hz benutzt. Die Tonfrequenz ist also deutlich höher als die Netzfrequenz.

Eine Rundsteueranlage der eingangs genannten Art ist z. B. aus der »Siemens-Zeitschrift« 50 (1976), Heft 3, Seiten 144 bis 147, insbesondere Bild 1 und Bild 4, bekannt. Die bekannte Rundsteueranlage benutzt als Rundsteuersender einen statischen Umrichter, bestehend aus einem netzgespeisten. Diodengleichrichter, einem Spannungszwischenkreis und einem nachgeschalteten dreiphasigen Pulswechse'richter, der unter Verwendung von Leistungsthyristoren aufgebaut ist. Die gepulste Ausgangswechselspannung des Pulswechselrichters, deren Grundschwingung tonfrequent ist, wird über eine Ankopplungseinheit in das dreiphasige Versorgungs-Wechselspannungsnetz eingespeist. Die Ankopplungseinheit besteht hier speziell aus einer Serienankopplungseinheit, und zwar aus einer als »Resonanzshunl« bezeichneten Kombination aus Spulen und Kondensatoren sowie aus drei nachgeschalteten, primärseitig im Dreieck angeordneten Ankopplungstransformatoren, die wie Stromwandler aufgebaut sind. Der »Resonanzshunt« enthält dabei zum einen drei im Dreieck geschaltete Kondensatoren, deren Verbindungspunkte über je eine Drosselspule an die drei Ausgangsleitungen des Pulswechselrichters angeschlossen sind. Diese LC-Kombination stellt einen Reihenresonanzkreis für die Netzfrequenz dar; sie verhindert die Einkopplung von netzfrequenten Spannungen (Rückspannungen) vom Netz her in den Rundsteuersender. Der »Resonanzshunt« enthält zum anderen drei weitere im Dreieck angeordnete Kondensatoren, deren Verbindungspunkte direkt an die drei Ausgangsleitungen des Pulswechselrichters angeschlossen sind. Diese Kondensatoren bilden zusammen mit der erwähnten LC-Kombination des Reihenresonanzkreises einen Parallelschwingkreis für die Tonfrequenz.

Aus der Zeitschrift »Elektrizitätswirtschaft«. Ic. 70