DE2923471C2

DE2923471C2 -

Info

Publication number: DE2923471C2
Application number: DE2923471A
Authority: DE
Inventors: Peter Maxwell Eastwood Au Foord
Original assignee: ELECTRICITY TRUST OF SOUTH AUSTRALIA EASTWOOD SUEDAUSTRALIEN AU
Current assignee: ELECTRICITY TRUST OF SOUTH AUSTRALIA EASTWOOD SUEDAUSTRALIEN AU
Priority date: 1978-06-09
Filing date: 1979-06-09
Publication date: 1989-05-11
Also published as: US4359644A; CA1127710A; NZ190666A; DE2923471A1; JPS552399A; AU4771479A; AU531592B2; GB2022890B; JPS6318424B2; NL7904520A; CH633388A5; GB2022890A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rundsteueranlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie auf ein Verfahren zum Betrieb einer Rundsteueranlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 7.

Rundsteueranlagen werden zur Steuerung von Stromverbrauchern in Wechselstromversorgungsnetzen eingesetzt, insbesondere dort, wo ein Lastabwurf bei Spitzenlastzuständen erforderlich ist. Auch zur Steuerung von Relais, Straßenbeleuchtungen, Schaufensterbeleuchtungen, Verkehrsampelanlagen und dgl. können Rundsteueranlagen verwendet werden.

Aufgrund der sich ändernden Lasten in Wechselstromversorgungsnetzen ist es wünschenswert, einzelne Stromverbraucher, wie Pumpanlagen, Warmwasseraufbereitungsgeräte und dgl. selektiv steuern zu können. Hierzu sind Rundsteueranlagen zur selektiven Steuerung des Lastabwurfs vorgesehen, die darüber hinaus noch für andere Funktionen herangezogen werden können. Eine umfassende Darstellung der Lastabwurfstechnologie unter Verwendung von Rundsteueranlagen ist der Zeitschrift "Proceedings of the Institute of Electrical and Electronic Engineers of America", Band 67, Heft 2, Februar 1979, Seiten 241 ff. unter dem Titel "Electric Power Load Management: Some Technical, Economic, Regulatory and Social Issues" sowie der Zeitschrift "BBC- Nachrichten", 1977, Heft 6, Seiten 239 bis 246 unter dem Titel "Zentrale Leit- und Übertragungstechnik für Rundsteuersysteme" zu entnehmen.

Aus der Zeitschrift "Elektrizitätswirtschaft 77" (1978), Heft 10, Seiten 352 bis 357 ist eine gattungsgemäße Rundsteueranlage bekannt, die als Tonfrequenzanlage ausgebildet ist. Ein Tonfrequenzgenerator speist über einen Ankopplungstransformator ein Tonfrequenzsignal in das Netz ein; über hochselektive Filter wird das Tonfrequenzsignal im Rundsteuerempfänger ausgesiebt und anschließend zur Ausführung von Schaltbefehlen ausgewertet. Die DE-AS 15 63 212 zeigt eine ähnlich aufgebaute Anlage. Derartige Rundsteueranlagen sprechen auf eine verhältnismäßig große Bandbreite des Tonfrequenzsignals an, wobei ein Bereich von ±5% nicht unüblich ist. Eine derart große Bandbreite der Antwortsignale gibt jedoch oft nicht die erforderliche Sicherheit gegen ein unerwünschtes Ansprechen auf Störsignale und verringert darüber hinaus die in einem verhältnismäßig schmalen Signalfrequenzbereich benutzbare Anzahl von Kanälen. Ferner hat sich gezeigt, daß das Tonfrequenzsignal eines Rundsteuersenders sowohl zeitlich als auch temperaturabhängig leicht variieren kann, was zu Störungen führt und die Sicherheit gegen Fehlfunktionen durch Störsignale vermindert.

Auch die aus "Elektrodienst" 4/73, Seiten 16 und 17 bekannte Rundsteueranlage arbeitet mit einem vom Sender abgegebenen Tonfrequenzsignal, das über Schwingkreise in die Mittelspannungsebene des Wechselstromnetzes eingespeist wird. Der Eingangskreis im Empfänger filtert das Tonfrequenzsignal aus und führt es gleichgerichtet einem Decoder zu, der bei vorgegebenem Impulsbild einen Schaltbefehl auslöst. Auch diese Rundsteueranlage spricht auf eine große Bandbreite des Tonfrequenzsignals an, so daß keine große Störsicherheit erzielt werden kann.

Zur Schaltung von Straßenbeleuchtungen ist bereits vorgeschlagen worden ("Data Transmission over Distribution Systems", Electrical Times, 12. März 1970), durch Einschalten einer großen Last Spannungsverzerrungen hervorzurufen, deren Zeitfolgen vom Empfänger ausgewertet werden. Obwohl dieser Vorschlag zu befriedigenden Ergebnissen führt, ist die hierfür erforderliche Anlage teuer und muß derart große Ströme schalten, daß die Anlage stets bis an die obere Leistungsgrenze ausgelastet ist.

Aus der US-PS 34 88 517 ist eine Rundsteueranlage bekannt, deren Steuersignale als Gleichstromsignale dem Wechselstromnetz überlagert werden. Hierzu ist insbesondere vorgeschlagen, einen Kondensator über einen Thyristor an das Wechselstromnetz zu koppeln und in bestimmten Phasenlagen zu zünden, wodurch Steuerimpulse in vorbestimmten Phasenlagen des Wechselstromnetzes überlagert werden. Die mit dem Sender synchronisierten Empfänger werden durch die Gleichstrompulse unmittelbar angesteuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Rundsteueranlage derart weiterzubilden, daß bei geringer Empfängerbandbreite Signale mit geringer Amplitude weitgehend störsicher zur Schaltung von Verbrauchern verwendet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 oder des nebengeordneten Anspruches 7 gelöst.

Da sowohl die Sendefrequenz als auch die Steuerfrequenz aus der Netzfrequenz abgeleitet und starr mit ihr gekoppelt sind, ist eine synchrone Abstimmung von Sender und Empfänger leicht erzielbar. Durch die Verwendung von Synchrongleichrichtern im Empfänger ist die übertragene Signalfrequenz gleich der filtercharakteristischen Frequenz des Empfängers, wobei aufgrund dieser Übereinstimmung nur sehr niedrige Signalpegel zur störsicheren Schaltung der Verbraucher notwendig sind. Ferner wird durch die erfindungsgemäße Signalaufbereitung im Empfänger Phasenunabhängigkeit erzielt, wobei der Empfänger als sehr schmalbandiges Filter arbeitet (er besitzt zum Beispiel etwa ¹/₂₀ der effektiven Empfängerbandbreite eines Rundsteuerempfängers). Aufgrund der geringen Empfängerbandbreite kann ein Signal mehrere Frequenzen enthalten, welche so nahe beieinander liegen, daß in den Empfängern eine Reihe von Bauelementen für sämtliche Signalfrequenzen gleich sein können, wobei die unterschiedlichen Frequenzen für einen Binärcode mittels Frequenzverschiebung benutzt werden können.

Die geringe Empfängerbandbreite ermöglicht zudem eng beieinander liegende Signalfrequenzen für unterschiedliche Empfänger, so daß in einem vorgebbaren Frequenzbereich mehr Kanäle schaltbar sind als bei bekannten Rundsteueranlagen.

Aus Tietze/Schenk "Halbleiter-Schaltungstechnik", Springer- Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 3. Auflage 1974, Seiten 628 bis 637 und Wozencraft/Jacobs "Principles of Communication Engineering", John Wiley & Sons Inc., New York, London, Sydney, 1967, Seiten 516 und 517 sind zwar die theoretischen Grundlagen einzelner Teile des Empfängers der erfindungsgemäßen Rundsteueranlage bekannt. So zeigt Tietze/Schenk die Verwendung eines Synchrongleichrichters zur selektiven Amplitudenmessung in einem vorgegebenen Frequenzband und Wozencraft/Jacobs zeigt einen Empfänger mit Sinus-Cosinus-Demodulator, deren Ausgangssignale multipliziert und anschließend addiert werden, um Phasenunabhängigkeit zu erzielen. Eine Anwendung dieser theoretischen Grundlagen der Nachrichtentechnik bei Rundsteueranlagen in der erfindungsgemäßen Ausbildung zeigen diese Literaturstellen jedoch nicht.

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Rundsteuersenderanlage sind in den weiteren Ansprüchen 2 bis 6 angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 7 ist vorteilhaft mit den Merkmalen der Ansprüche 8 und 9 ergänzbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Rundsteueranlage,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der bei der Rundsteueranlage nach Fig. 1 vorgesehenen Sendersteuerung,

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer grundsätzlichen Ausführungsform des bei der Rundsteueranlage nach Fig. 1 vorgesehenen Senders,

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild eines Senders nach Fig. 3 in erweiterter Ausführung,

Fig. 5 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Spannung und dem Laststrom des bei der Rundsteueranlage gemäß Fig. 1 vorgesehenen Senders,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines bei der Rundsteueranlage nach Fig. 1 vorgesehenen Empfängers,

Fig. 7 ein Prinzipschaltbild der bei dem Empfänger benutzten Grundschaltung eines Synchrongitters,

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines bei der Rundsteueranlage gemäß Fig. 1 vorgesehenen Empfängers mit zwei integrierten Schaltkreisen, von denen der eine integrierte Schaltkreis ein Mikroprozessor ist, und

Fig. 9 ein Schaltbild des bei dem Empfänger gemäß Fig. 8 vorgesehenen, in integrierter Schaltungstechnik ausgebildeten Synchronfilters.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die sequentielle Verzerrung der Netzspannung verwendet, um die Stromverbraucherlasten eines elektrischen Wechselstromversorgungsnetzes zu steuern. Diese Verzerrungen werden über Hochspannungsleitungen und Verteilertransformatoren übertragen und treten zwischen dem spannungsführenden Leiter und dem Nulleiter jeder Phase am Verbraucherstandort auf.

Der Signalgeber der Rundsteueranlage verzerrt die normale Netzspannung mit einer Wiederholfrequenz, welche aus der Netzfrequenz abgeleitet und mit dieser starr gekoppelt ist sowie ein nicht ganzzahliges Vielfaches der Netzfrequenz ist. Vorzugsweise liegt diese Frequenz im Bereich zwischen 200 und 400 Hz und beträgt beispielsweise 237,037 Hz entsprechend dem Ausdruck × 50. Um eine Anzahl getrennt identifizierbarer Kanäle zu haben, wird ein Mehrbit-Kode verwendet, wobei eine Vielzahl von Übertragungsfrequenzen (im Ausführungsbeispiel drei Übertragungsfrequenzen) verwendet werden, um eine Kodierung mittels Frequenzverschiebung (Telegrammkodierung) durchführen zu können.

Bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird ein 11-Bit-Kode zur Erzielung von 256 getrennten Kanälen (das sind 128 Ein-Aus-Kanäle) verwendet. Jedes Bit wird durch Übertragung des Signals auf einer ausgewählten Frequenz über eine Zeitspanne von 0,8 Sek. erzeugt, was bei 11 Bit zu einer Gesamtübertragungszeit von 8,8 Sek. führt. Durch Verwendung der ersten beiden Bits des Kodes ausschließlich für den Kanal 0 kann ein Eilsignalkanal gebildet werden. Die normale Zeitdauer zur Aussendung eines Befehls auf diesem Kanal beträgt eine Sekunde und ist für den Lastabwurf in Notfällen vorgesehen.

In Fig. 1 ist ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anlage gezeigt, bei der eine dreiphasige Hochspannungsleitung 10 von z. B. 66 kV einen Umsetzertransformator 11 speist, welcher die Spannung für Verteilerzwecke auf z. B. 11 kV herabsetzt und über eine dreiphasige Speiseleitung 12 einen Verteilertransformator 13 speist, an dessen Ausgang ein Wechselstrom-Verbrauchernetz 14 angeschlossen ist, welches eine Vielzahl von Empfängern 15 aufweist. Die dargestellte Anlage umfaßt ferner eine Sendersteuerung 18, welche Thyristoren 19 mit Zündimpulsen ansteuert. Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, speist jedes antiparallel geschaltete Paar Thyristoren 19 einen Kondensator 20 und eine damit in Reihe geschaltete Induktivität 21, wobei der Kondensator 20 und die Induktivität 21 eine LC-Last für jede der Netzphasen darstellen. Diese LC-Last wird mittels eines Sendertransformators 22 auf die 11-kV-Speieseleitung 12 transformiert, was eine einfache Ankopplung an die 11-kV-Leitung des Transformators 11 darstellt. In den Fig. 3 und 4 stellen die mit 24 bezeichneten Wechselstromgeneratoren die Kraftwerksgeneratoren dar, während die Induktivität 25 die Quellenimpedanz der Netzleitungen (Ls) darstellt.

Anhand des Blockschaltbildes nach Fig. 2 ist die Sendersteuerung nachstehend erläutert. Die Netzfrequenz des Versorgungsnetzes wird auf die Leitung 28 zugeführt, während auf einer Steuerleitung 29 über einen Schalter oder dergleichen ein Steuerbefehl zugeführt ist. Dieser Steuerbefehl startet eine Taktsteuerung 30, die die über die Leitung 28 zugeführte Netzfrequenz als Referenz für sämtliche Taktfunktionen verwendet und die Logikfunktion eines Frequenzselektionsgliedes 31 steuert, welches über einen Handschalter 32 in Betrieb gesetzt wird, um mit Hilfe eines 11-Bit-Kodes eine Kanalselektion durchzuführen.

Die Ausgänge des Frequenzselektionsgliedes 31 (Leitungen 33, 34 und 35) steuern einen programmierbaren Frequenzteiler 36 und bestimmen, welche von drei Frequenzen ausgesendet wird. Der programmierbare Frequenzteiler wird über eine Verbindungsleitung von einem phasenstarr gekoppelten Frequenzsynthesizer 38 mit einer synthetisierten Frequenz gespeist, welche im Ausführungsbeispiel das 256fache der Netzfrequenz von 50 Hz, also 12 800 Hz beträgt. Der Frequenzsynthesizer 38 benutzt als Referenzfrequenz die Netzfrequenz von 50 Hz über die Leitung 28 und ist mit dieser starr gekoppelt. Der programmierbare Frequenzteiler 36 teilt die synthetisierte Frequenz von 12 800 Hz entweder durch 54, 57 oder 60, um Frequenzen von 237,04 bzw. 224,56 bzw. 213,33 Hz zu erzeugen, welche nachfolgend mit fC 3, fC 2 bzw. fC 1 bezeichnet sind.

Es ist von Vorteil, Frequenzen zwischen 200 und 300 Hz zu verwenden, da dann aufgrund der kapazitiven Belastung des Versorgungsnetzes weniger Signalleistung verloren geht. Durch Verwendung von drei eng beieinanderliegen Frequenzen können für sämtliche Frequenzen die gleichen LC-Bauteile verwendet werden, so daß sich lediglich die Steuerfrequenz ändert.

Die von dem Frequenzleiter 36 selektierte Frequenz wird über die Zündschaltungen 39 den Steuerelektroden der Thyristoren 19 jeder der drei Netzphasen zugeführt.

Der von den Thyristoren 19 erzeugte Stromverlauf I ist in Fig. 5 zusammen mit der Netzspannung V anhand eines entsprechenden Zeitdiagrammes veranschaulicht.

Da der Sendertransformator 22 (Fig. 3, 4) durch die Serienschaltung der Induktivität (Luftspule) 21 und der Kapazität (Kondensator) 20 belastet ist und dieser Serien-LC-Kreis durch die beiden antiparallel geschalteten Thyristoren 19 geschaltet wird, fließt der Laststrom I nicht kontinuierlich, sondern besitzt den in Fig. 5 veranschaulichten Verlauf mit einer Ausschaltperiode zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Stromimpulsen. Diese Ausschaltperiode wird dadurch erzielt, daß die Resonanzfrequenz des LC-Kreises 20, 21 größer gewählt wird als das 1,15fache der Steuerfrequenz fC 3, fC 2 bzw. fC 1, mit der die Thyristoren gezündet werden. Die tatsächliche Resonanzfrequenz ist unkritisch, so daß es nicht erforderlich ist, kritisch abgestimmte Bauteile zu verwenden. Die Ausschaltperiode ist für eine erfolgreiche Wirkungsweise des Senders unentbehrlich und begünstigt einen konstruktiv einfachen Aufbau des Senders. Die Pause zwischen den Impulsen bewirkt, daß der LC-Kreis 20, 21 aus dem Netz Energie aufnimmt, wodurch der Schwingkreis stets aufs neue angeregt und die erzeugte Schwingung aufrecht erhalten bleibt. Der Beginn jedes Stromimpulses wird durch die Zündung des einen oder des anderen Thyristors mit Hilfe der Steuerfrequenz, welche die Signalfrequenz ist, gesteuert. Die Thyristoren werden gelöscht, sobald der betreffende Laststromimpuls zu Null wird.

Da die Quellenimpedanz des Versorgungsnetzes (d. h., die Quellenimpedanz 25 der Wechselstromgeneratoren 24 bezüglich der 11-kV-Leitung) meist vollständig induktiv ist, führt der mit I 2 in den Fig. 3 und 4 bezeichnete, von der oszillierenden Last 20, 21 reflektierte Strom zu einer Spannungsverzerrung auf der 11-kV-Leitung und damit auf der Speiseleitung 12 (Fig. 1), welche nach dem Induktionsgesetz der zeitlichen Änderung des Stroms proportional ist:

Damit wird auf der 11-kV-Speiseleitung 12 eine Spannung mit der gleichen Frequenz wie der Strom erzeugt.

Der Pegel der in der Grundschaltung des Senders gemäß Fig. 3 erzeugten Schwingung ist in der Praxis schwierig vorherzusagen, da er von der Größe des durch die Sekundärwicklung des Transformators 22 und die Induktivität 21 hervorgerufenen Schaltungswiderstandes abhängig ist. Es ist daher von Vorteil, wenn die Schwingung in dem LC-Kreis 20, 21 verstärkt wird, um die Schwingungsamplitude zu steuern, wenn in dem Lastkreis ein höherer Widerstand zugelassen wird (d. h., weniger Kupfer in den Windungen der Induktivitäten) und wenn die Kapazitäten besser genützt werden, da diese die teuersten Senderbauteile sind. Wie bei der Ausführungsform des Senders gemäß Fig. 4 hervorgeht, wird mit Hilfe eines kleinen, auf niedriger Spannung arbeitenden Verstärkertransformators 42 zusätzliche Energie in den Oszillatorkreis injiziert, wobei vier, selektiv gezündete Thyristoren 19 benötigt werden, damit der Verstärkertransformator 42 stets die Schwingungen anregt bzw. unterstützt. Zur Steuerung der Schwingungsamplitude ist in Fig. 4 ein einstellbarer Dämpfungswiderstand 43 vorgesehen, welcher parallel zu dem LC-Kreis 20, 21 angeordnet ist.

Die Amplitude der für eine zuverlässige und sichere Betriebsweise erforderlichen Signalspannung liegt bei etwa 0,4% der Netzspannung, wobei die Empfänger auf einen Schwellwertpegel von 0,1% gesetzt werden.

Zur Signalerfassung und -dekodierung wird ein Empfänger gemäß den Fig. 6 und 7 verwendet. Zur Signalerfassung sind bei dem Empfänger 15 gemäß Fig. 6 Synchronfilter 49 vorgesehen, die gemäß Fig. 7 aus einem Paar CMOS-Umschaltern 46 bestehen, die mit der Signalfrequenz gesteuert werden und zwischen einem RC-Glied bestehend aus einem Widerstand 47 und einem Kondensator 48 angeordnet sind.

Die Steuerfrequenz für die Umschalter 46 muß in dem Empfänger in gleicher Weise wie in dem Sender synthetisiert werden und ist daher ebenfalls mit der Netzfrequenz von 50 Hz starr gekoppelt. Mit Hilfe der CMOS-Umschalter 46 wird die Signalspannung synchron gleichgerichtet und liegt in Form einer Gleichspannung an dem Kondensator 48 an. Der momentane Wert dieser Gleichspannung ändert sich in Abhängigkeit von der Phasenbeziehung zwischen der Steuerfrequenz des Synchronfilters und dem ankommenden Signal. Bei Gleichphasigkeit wird das Signalmaximum empfangen, während bei einer Phasenverschiebung von 90° das empfangene Signal Null ist.

Das erfaßte Signal folgt der Gleichung

V = A · sin (ω t + R),

wobei A eine die Maximalamplitude des Signals darstellende Konstante,

ω die Kreisfrequenz und
R der Phasenwinkel zwischen dem Signal und der Steuerfrequenz des Synchronfilters

sind.

Entsprechend der vorstehenden Beziehung erfolgt bei einer Phasenverschiebung Null eine Vollweggleichrichtung und eine Glättung des Signals, wodurch ein Gleichspannungsmittelwert von V _C1 = A/π/2 erzielt wird. Bei vorhandener Phasenverschiebung ergibt sich der Gleichspannungsmittelwert zu

Durch Verwendung eines zweiten, gegenüber dem ersten Synchronfilter um 90° phasenverschobenen Synchronfilters ergibt sich ein weiterer Gleichspannungsmittelwert zu

Durch Quadrierung der Mittelwerte V _C1 und V _C2 und Summierung der Quadrate ergibt sich der Ausdruck

Die vorstehende Summe ist somit unabhängig von dem Phasenwinkel R . Aus diesem Grund besteht der Signalerfassungsteil des Empfängers aus zwei Synchronfiltern 49, welche mittels einer der übertragenen Signalfrequenz identischen, synthetisierten Frequenz um 90° gegeneinander phasenversetzt gesteuert werden. Das Ausgangssignal der beiden Synchronfilter 49 ist normalerweise gleich Null, solange, bis ein ankommendes Signal erfaßt wird. Sobald ein Sendersignal anliegt, treten an den Kondensatoren der Synchronfilter Gleichspannungen auf, da die Synchronfilter das ankommende Signal synchron gleichrichten. Die Gleichspannung am Kondensator jedes Filters wird gemessen, quadriert und zu der quadrierten Gleichspannung am Kondensator des anderen Filters addiert. Diese phasenunempfindliche Filtermethode der Signalerfassung besitzt eine Reihe von Vorteilen beim Betrieb der Empfänger:

1. sie ist hoch selektiv bei der Frequenzdiskrimination mit einer 3-dB-Bandbreite von etwa 1 Hz und führt daher zu einer hohen Unterdrückung aller anderen Frequenzen einschließlich des weißen Rauschens auf der Netzleitung aufgrund sich ändernder Lasten (die 3-dB-Bandbreite ist die Bandbreite bei dem halben maximalen Signalpegel);
2. sie erfordert keinerlei kritisch abgestimmte Bauelemente und damit auch keine Langzeitstabilität, und
3. aufgrund der sehr schmalbandigen Signalantwort kann ein sehr geringer Signalpegel ohne Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit oder Sicherheit verwendet werden.

Zur Gewährleistung einer sicheren Übertragung wird eine Kodierung mittels Frequenzverschiebung (Telegrammkodierung) benutzt. Im Ausführungsbeispiel findet ein 11-Bit-Kode Verwendung, wobei eine logische "1" oder eine logische "0" des Kode durch eine von drei eng benachbarten Übertragungsfrequenzen repräsentiert wird. Bei Verwendung dreier Sendefrequenzen f _C1, f _C2 und f _C3, von denen die Frequenz f _C1 die tiefste Frequenz und die Frequenz f _C3 die höchste Frequenz ist, findet die nachstehende allgemeine Regel Anwendung. Das erste Bit des Kode wird stets auf die Frequenz f _C3 gelegt und als Start-Bit bezeichnet. Die Erfassung dieses Start- Bits durch den Empfänger veranlaßt diesen, den Rest des Kode zu suchen. Eine logische "1" des Kode wird durch die höhere der beiden restlichen Frequenzen repräsentiert, während eine logische "0" durch die tiefere der beiden restlichen Frequenzen repräsentiert wird. Dies bedeutet, daß jedes aufeinanderfolgende Bit des Kode stets durch eine andere Frequenz als das vorangegangene Bit repräsentiert wird. Diese Regel ermöglicht eine bessere Bit-Trennung und -Identifizierung.

Das zweite Bit des Kode wird für einen Schnellausschaltbefehl im Falle eines Lastabwurfs bei Notfällen reserviert. Wenn das zweite Bit als logische "1" gesendet wird, wird der Schnellausschaltbefehl sofort erkannt und die Empfänger sprechen hierauf an. Bei allen anderen Kodes, in denen das zweite Bit eine logische "0" ist, werden die Empfänger im Suchzustand für den restlichen Kode gehalten.

Bei diesen anderen Kodes wird das dritte Bit stets als logische "0" gesendet und wird daher als "Halte"-Bit bezeichnet. Dieses Halte-Bit ermöglicht es dem Empfänger, den richtigen Setzzustand zum Suchen des restlichen Kode einzunehmen. Und zwar muß der Empfänger seine Synchronfilter-Steuerfrequenz für jedes Bit des Kode in Übereinstimmung mit dem in ihm einprogrammierten Kanalzahlkode richtig setzen. Bei Übereinstimmung zwischen dem übertragenen Signal und dem im Empfänger programmierten Kode erregt der Empfänger einen bistabilen Umschalter, welcher eine externe Last steuert. Insgesamt ist eine Anzahl von 128 Ein-Ausschaltkanälen verfügbar, wobei gegebenenfalls bei sämtlichen dieser Kanäle ein Ansprechen auf den Schnellausschaltkode erzielt werden kann.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, kann der Empfänger 15 in sechs getrennte Funktionsblöcke wie folgt untergliedert werden:
einen Frequenzsynthesizer 50, Synchronfilter 49, einen Signalmeß-, Auswerte- und Schwellwertdetektor 51, eine Dekoder- und Synthesizersteuer-Logik 52, einen bistabilen Umschalter 53 und eine Spannungsversorgung 54.

Der Frequenzsynthesizer 50 besteht aus einem herkömmlichen PLL-Multiplizierglied mit nachgeschaltetem programmierbaren Teiler, um die erforderlichen drei Frequenzen zu selektieren.

Der Signalmeß- und -auswertedetektor 51 kann in analoger Form aus analog arbeitenden Multipliziergliedern, einem Summationsverstärker und einem Komparator zur Schwellwerterfassung aufgebaut werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, das Eingangssignal zu digitalisieren und die gesamte Auswertung und Schwellwerterfassung digital durchzuführen. Diese Möglichkeit stellt eine bevorzugte Ausführungsform des Empfängers 15 dar und ist in Fig. 8 veranschaulicht. Die Ausführungsform gemäß Fig. 8 benützt zur Durchführung der Signalmessung, der Signalauswertung und der Schwellwerterfassung einen einfachen Ein-Chip-Mikroprozessor 56, welcher dem Detektor 51 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 entspricht. Der Mikroprozessor 56 führt ferner die Logikfunktionen des Dekoders 52 sowie die Frequenzsynthesefunktion des Frequenzsynthesizers 50 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 durch. Hierdurch gestaltet sich die Hardware-Ausführung des Empfängers 15 äußerst einfach. Diese Hardware-Ausführung besteht aus einem handelsüblichen integrierten Schaltkreis 60, welcher die Synchronfilter-Funktion sowie die Analog-Digitalwandlung übernimmt, sowie aus dem ebenfalls in integrierter Schaltkreistechnik ausgeführten Mikroprozessor. Der ferner noch vorgesehene bistabile Umschalter 58 ist mit einer solchen Steuerelektronik ausgerüstet, daß er direkt von dem Mikroprozessor 56 angesteuert werden kann. Beide für die Bauteile 56 und 60 vorgesehenen integrierten Schaltkreise werden in CMOS-Technik hergestellt, um die benötigte Leistungsaufnahme auf einem Minimum zu halten. Hierdurch kann eine sehr einfache Spannungsversorgung verwendet werden, die aus einem kapazitiven Teiler, einem Gleichrichter und einem Regler besteht und unmittelbar an das Versorgungsnetz angeschlossen ist. Damit läßt sich der Empfänger bei Serienfertigung ohne irgendwelche kritischen, thermisch stabilen Bauteile mit engen Toleranzen aufbauen.

In Fig. 8 speist die mit 59 bezeichnete Spannungsversorgung das Synchronfilter-IC 60 teilweise direkt und teilweise über Widerstände 71, während sie den Mikroprozessor 56 über einen Widerstand 61 speist. Die Widerstände 71 stellen die Eingangswiderstände der beiden Synchronfilter der integrierten Schaltung 60 dar. Das korrelierte Signal in Form eines Impulses variabler Breite wird über die Leitung 62 dem Mikroprozessor 56 zugeführt. Über die Leitung 72 kann in den Mikroprozessor 56 über eine Tastatur ein Programm eingelesen werden.

Die von dem integrierten Schaltkreis 60 gemäß Fig. 8 übernommenen Funktionen sind in Fig. 9 schematisch veranschaulicht. Der Umformer 63 zur Umformung einer Gleichspannung in ein pulsbreitenmoduliertes Impulssignal wird von den Ausgangsfiltern zweier Differenzverstärker 64 und 65 gespeist, die ihrerseits von CMOS-Schaltern 67 bzw. 68 gespeist werden. Die CMOS-Schalter 67, 68 werden über einen Phasenteiler 69 von der in dem Mikroprozessor 56 synthetisierten und über die Leitung 73 übertragenen Frequenz gesteuert. Die Schalter 67 und 68 liegen über jeweils einen Vorwiderstand R an den 240 V-Netzanschlüssen 70.

Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, kann die Rundsteueranlage zur Fernsteuerung beliebiger Stromverbraucher benutzt werden, beispielsweise zum Lastabwurf bei Spitzenlastzuständen, zum Steuern von Warmwasseraufbereitungsgeräten, zum Ein- und Ausschalten von Beleuchtungen, Pumpen oder dergleichen, zur Steuerung von Ampelanlagen und zu anderen Zwecken. Die Anzahl der erfüllbaren Funktionen kann durch Erhöhung der Anzahl der in dem Kode übertragenen Bits bzw. der Anzahl der übertragenen Frequenzen beliebig vergrößert werden.

Claims

1.1 Rundsteueranlage zum unabhängigen Schalten von elektrischen Verbrauchern in einem Wechselstromnetz,

1.2 mit einem an das Netz angekoppelten, aus dem Netz gespeisten Sender,

1.3 dessen Frequenz der Netzspannung überlagert wird, und

1.4 mit an das Netz angekoppelten Empfängern,

1.5 die von der Frequenz des Senders angesteuert sind und Verbraucher schalten, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Sendefrequenz von der Netzfrequenz abgeleitet und mit dieser starr gekoppelt ist,
b) daß die Sendefrequenz durch eine Folge von Signalverzerrungen der Netzspannung gebildet ist und
c) daß der Empfänger (15) eine Detektorschaltung mit zwei Synchrongleichrichtern (49, 60) aufweist,
d) daß die Synchrongleichrichter mit einer von der Netzfrequenz abgeleiteten und mit dieser synchron und starr gekoppelten Steuerfrequenz
e) um 90° gegeneinander phasenverschoben gesteuert sind,
f) daß der Ausgang jedes Synchrongleichrichters mit einem Quadrierglied verbunden ist und
g) daß die Quadrierglieder auf ein gemeinsames Summierglied aufgeschaltet sind.

2. Rundsteueranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalfrequenz eine Unharmonische der Netzfrequenz und höher als diese ist.

3. Rundsteueranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender einen Frequenzsynthesizer (38) zum Multiplizieren der Netzfrequenz mit einer ersten, ganzen Zahl und wenigstens einen dem Frequenzsynthesizer (38) nachgeschalteten Frequenzteiler (36) zum Dividieren der multiplizierten Netzfrequenz durch eine zweite ganze Zahl aufweist, wobei die zweite ganze Zahl kleiner ist als die erste Zahl.

4. Rundsteueranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender drei Frequenzteiler zur Erzeugung drei verschiedener Signalfrequenzen aufweist, die ein auf Frequenzverschiebung beruhendes Kodiersystem (Telegrammkode) bilden.

5. Rundsteueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit mindestens einem Paar antiparallel geschalteter Thyristoren (19), deren Steuerelektroden mit einer Sendersteuerung (18) zum Einstellen der Zündfrequenz der Thyristoren (19) verbunden sind und mit einem Transformator (22) zum Ankoppeln des Senders an das Wechselstromnetz, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender ferner eine Serienschaltung aus einer Induktivität (21) und einer Kapazität (20) aufweist und die Zündfrequenz unter dem Wert der Resonanzfrequenz liegt.

6. Rundsteueranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Synchrongleichrichter einen zwischen einem Widerstand (47, R) und einem Kondensator (48, C) angeschlossenen CMOS-Umschalter (46, 67, 68) aufweist, deren Steuereingang mit dem Ausgang eines die Phasenverschiebung bildenden Phasenteilers (69) verbunden ist (Fig. 7, 9).

7.1 Verfahren zum Betrieb einer Rundsteueranlage, die zum unabhängigen Schalten von Verbrauchern in einem Wechselstromnetz vorgesehen ist,

7.2 und einen an das Netz angekoppelten Sender,

7.3 dessen Frequenz der Netzspannung überlagert ist,

7.4 sowie an das Netz angekoppelte Empfänger mit jeweils hochselektiven Filtern aufweist,

7.5 die in Abhängigkeit von der empfangenen Senderfrequenz einen Verbraucher schalten, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) die Sendefrequenz wird aus der Netzfrequenz abgeleitet und mit dieser starr gekoppelt,
b) die Sendefrequenz wird in Form einer sequentiellen Verzerrung der Netzspannung dem Wechselstromnetz aufgegeben,
c) im Empfänger wird ein Filter aus zwei Synchrongleichrichtern angeordnet,
d) aus der Netzfrequenz wird eine Steuerfrequenz abgeleitet, die starr und synchron mit der Netzfrequenz gekoppelt ist,
e) die Synchrongleichrichter werden mit der Steuerfrequenz um 90° gegeneinander phasenverschoben gesteuert, wobei ein an einem Synchrongleichrichter anliegendes Eingangssignal in ein Gleichstromausgangssignal umgewandelt wird,
f) jedes Gleichstromausgangssignal wird quadriert,
g) die quadrierten Gleichstromausgangssignale werden aufsummiert und das Summensignal zum Schalten eines Verbrauchers ausgewertet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Signal auf drei verschiedene Frequenzen in Form eines Telegrammkodes übertragen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Signal in Form einer Serie von Impulsen mit dazwischenliegenden Ausschaltperioden des Senders übertragen wird.