專利名稱：在低壓電網(wǎng)上傳輸高頻信號的方法及相應(yīng)的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的在低壓電網(wǎng)上傳輸高頻信息信號的方法。此外，本發(fā)明還涉及如權(quán)利要求4前序部分所述的、帶有為實(shí)施該方法的措施的系統(tǒng)。
在電網(wǎng)導(dǎo)線上進(jìn)行高頻信號的數(shù)據(jù)傳輸是公知的。由此，可以補(bǔ)充或者有選擇性地傳輸普通電話信息，因此這種方法特別具有優(yōu)越性，因?yàn)閷?shí)際上到處都有帶電源接線的電網(wǎng)。尤其對于具有母線系統(tǒng)和配電線的工業(yè)用低壓網(wǎng)，由此還可以建立一個自身的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
通常，工業(yè)設(shè)備的供電是通過一個由位于附近的變壓器供電的母線系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。負(fù)載通過送電線以單線回路或者配電線的形式連接在母線系統(tǒng)上。配電線是縱向可延伸、且?guī)鈿さ慕孛娣e較小的實(shí)心導(dǎo)體，該導(dǎo)體在生產(chǎn)設(shè)備中，多數(shù)是水平安裝在待供電負(fù)載的下方或者上方。另外，配電線具有以一定柵網(wǎng)(Raster)方式布置的輸出端，負(fù)載可以借助所謂的輸出接線箱連接在該輸出端上。
低壓電網(wǎng)的母線系統(tǒng)和配電線，在通信技術(shù)上被認(rèn)為是具有幾百歐姆的高特性阻抗范圍的導(dǎo)體。此外，尤其是供電母線系統(tǒng)對頻率范圍從100千赫到幾兆赫(最新的供電線路通信系統(tǒng)，即PLC系統(tǒng)就在該頻率范圍工作)的信號具有預(yù)期的大短路電流和很低的阻抗，相當(dāng)于低阻旁路。由此，直接供給母線系統(tǒng)的信號電平衰減很大。由于在低壓電網(wǎng)上出現(xiàn)高的干擾電平，采用這種饋送方式，在經(jīng)過比較短的幾十米距離后，已不可能再可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
歐洲專利申請公開說明書EP 0 889 602 A2公開了一種通過至少一個電力電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其中在一個電力傳輸電纜的終端范圍進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入和輸出。另外，德國專利申請公開說明書DE 44 18 296 A1公開了在耦合位置上設(shè)置一個經(jīng)過一帶有相應(yīng)濾波器的分電網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)耦合。最后，德國專利申請公開說明書DE 1 504 587 A1公開了一種位于一低壓電網(wǎng)中的、用于電力供應(yīng)網(wǎng)的兩路通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)在此低壓電網(wǎng)中進(jìn)行傳輸。
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是減小傳輸時的信號衰減。為此應(yīng)當(dāng)提供一種相應(yīng)的系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，上述技術(shù)問題是通過權(quán)利要求1的措施來實(shí)現(xiàn)的。實(shí)施該方法的一個系統(tǒng)中的相關(guān)措施在權(quán)利要求5中給出。各自的優(yōu)選方式是從屬權(quán)利要求的技術(shù)方案。
在本發(fā)明中，信號不是提供給母線，而是提供給送電線或配電線遠(yuǎn)離母線系統(tǒng)的一端；另一方面，通過一個對供電線路頻率范圍內(nèi)的信號為高阻而對網(wǎng)絡(luò)頻率卻為低阻的濾波器來減小母線系統(tǒng)和信號供給的旁路，由此可大大改善傳輸特性。
送電線/母線系統(tǒng)在通信技術(shù)上的耦合通過PLC耦合線路來實(shí)現(xiàn)，該P(yáng)LC耦合線路必要時包括所謂的轉(zhuǎn)發(fā)器(即雙向放大器)，且通過PLC耦合單元與送電線/配電線連接。PLC耦合單元可以構(gòu)成電容式的或者變壓器式的，但是也可以包括像放大器這樣的有源元件。
濾波器優(yōu)選由一個包圍住導(dǎo)線的單芯線的磁化材料套筒構(gòu)成，其中該套筒優(yōu)選為分開的兩部分，從而無需將導(dǎo)線拆開就能方便地使用。
下面結(jié)合附圖所示實(shí)施方式對本發(fā)明的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)作進(jìn)一步說明

圖1示出將高頻信號傳送到工業(yè)用低壓網(wǎng)上的一種系統(tǒng)。
圖2示出一個圖1所示系統(tǒng)中使用的濾波器的第一種實(shí)施方式。
圖3和圖4為圖2所示濾波器的另兩種可供選擇的實(shí)施方式。
在圖1中，附圖標(biāo)記1表示工業(yè)用低壓網(wǎng)的一條母線。經(jīng)過這樣的母線將電能傳輸?shù)截?fù)載。由變壓器5供給電功率。
送電線或者配電線從母線系統(tǒng)引出。例如圖中示出了配電線2和2′。還可以有其它的送電線或者配電線。
各個負(fù)載3、3′、…，例如電動機(jī)，可以接在送電線/配電線2、2′、…上。
圖1中，在送電線或配電線遠(yuǎn)離母線系統(tǒng)的一端，有一個供電線路通信(PLC)耦合線路，在這個耦合線路上以必要的間隔接連著雙向放大器11、11′、…，雙向放大器實(shí)際上也可以稱作為所謂的轉(zhuǎn)發(fā)器(Repeater)。耦合線路10通過PLC耦合單元12、12′、…與送電線2、2′…或有關(guān)配電線相連接。高頻信號通過耦合單元12、12′、…耦合到送電線或者配電線上。
PLC耦合單元采用公知的電容結(jié)構(gòu)或者變壓器結(jié)構(gòu)，它也可以包括其它現(xiàn)有技術(shù)的元件，尤其像放大器這樣的元件。
在圖1的系統(tǒng)上，分別為送電線2、2′、…或者相應(yīng)形成的配電線配設(shè)了PLC控制單元15、15′、…。借助于這個控制單元保證定時提供信息信號。
于是，利用所述的系統(tǒng)，將信號提供給送電線或配電線遠(yuǎn)離母線系統(tǒng)的一端。為了防止母線系統(tǒng)和信號饋送產(chǎn)生旁路(Nebenschluβ)，分別在送電線或者配電線上接上一個濾波器18、18′、…。所述的濾波器18、18′、…對于供電線頻率范圍內(nèi)的信號為高電阻，而對于網(wǎng)絡(luò)頻率為低電阻，這樣就避免了出現(xiàn)旁路。
在圖2中示例地給出這樣一種濾波器的結(jié)構(gòu)，該濾波器由一個磁性材料做成的圓柱形套筒20構(gòu)成，該套筒20為了便于使用，由兩個半圓柱體21和22組成，兩者組裝成一個帶有中空通道23的圓柱形套筒，在該中空通道23中有一帶電導(dǎo)體25以電絕緣方式穿過。
對于圖1中的濾波器18，還給出了替換圖2的其它實(shí)施方式。在圖3和圖4中示出兩種替換方式圖3中，該濾波器為一個由兩塊分別帶有多個彼此相對置凹槽的磁性材料板31和32構(gòu)成的扁平箱體30，這兩塊扁平的磁性材料板在組裝狀態(tài)下圍成多個平行通道33，一個實(shí)心導(dǎo)體35可在其中多次往返穿過。在端側(cè)為導(dǎo)體35設(shè)有橫向連接片36。
在圖4中，相應(yīng)的由磁性材料構(gòu)成的圓柱體40具有多個可供一個導(dǎo)體45在其中往返穿過的平行的細(xì)長通道43，所述的導(dǎo)體45端側(cè)有橫向連接片46，這些在圓柱體40相對側(cè)的橫向連接片46互相垂直，從而可使濾波器的圓柱體40的材料體積得到最佳利用。
尤其在圖3和圖4的實(shí)施方式中，產(chǎn)生了十分有利的特性這樣構(gòu)成的濾波器是低電容的，且在較小的空間就具有一個高電感。它不需要采用線圈，因此由構(gòu)件30和40構(gòu)成的濾波器也可用大電流的實(shí)心導(dǎo)體棒來實(shí)現(xiàn)。
下面專門用于圖1中的濾波器的計(jì)算舉例表明，用所述的濾波器可滿足所要求的特性。例如，濾波器的形狀和材料的數(shù)據(jù)如下長度10cm，外徑8cm，內(nèi)徑4cm，μr＝5*104，Perlenorm 5050 H4 0.1mm。
阻抗與相對的磁導(dǎo)率有關(guān)，磁導(dǎo)率又與磁場強(qiáng)度有關(guān)，因此歸根結(jié)底受電流i的影響。
由這些數(shù)據(jù)可以得出當(dāng)i＝0A，在500KHZ時阻抗X為3KΩ，在50HZ時阻抗X為0.3Ω；當(dāng)i＝1A，在500KHZ時阻抗X為3KΩ，在50HZ時阻抗X為0.3Ω；當(dāng)i＝10A，在500KHZ時阻抗X為900Ω，在50HZ時阻抗X為90mΩ；當(dāng)i＝100A，在500KHZ時阻抗X為100Ω，在50HZ時阻抗X為10mΩ；當(dāng)i＝1000A，在500KHZ時阻抗X為10Ω，在50HZ時阻抗X為1mΩ。
上面的結(jié)果表明，阻抗在通過一個50HZ的電流時隨著磁化而改變。由上述的參數(shù)值得出對峰值為1KA的50HZ電流來說，在500HZ下，其在過零點(diǎn)時的阻抗X為3KΩ，而在50HZ電流峰值時的阻抗X為10Ω。在設(shè)計(jì)時必須考慮這個關(guān)系。
就供電線路信號而言，在所述的系統(tǒng)中，借助濾波器保證防止提供電能的母線系統(tǒng)出現(xiàn)高頻旁路。在與送電線或者配電線的高頻連接線相連時，借助于PLC-耦合線路，包括在雙向放大器/轉(zhuǎn)發(fā)器上進(jìn)行可能的信號正常化處理在內(nèi)，都能通過較長的線路進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
權(quán)利要求
1.一種在低壓電網(wǎng)上傳輸高頻信號的方法，在該低壓電網(wǎng)中由一個帶母線的集中供電電源提供電能，并且經(jīng)過送電線或者配電線將電能輸送到負(fù)載上，該低壓電網(wǎng)具有饋送千赫和兆赫范圍內(nèi)信號的輸入點(diǎn)，和接收在導(dǎo)體系統(tǒng)上傳輸?shù)男盘柡碗娔艿妮敵鳇c(diǎn)，其特征在于為改進(jìn)傳輸特性而將信號饋送給所述送電線或者配電線遠(yuǎn)離電網(wǎng)頻率電源的一側(cè)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過一個對信號頻率范圍內(nèi)的信號為高電阻的濾波器來減小在兩個動力供電的送電線或者配電線之間的高頻旁路。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述導(dǎo)送高頻信號的送電線或者配電線在遠(yuǎn)離電源一側(cè)借助一個PLC-耦合線路來連接，包括必要時用于對信號進(jìn)行正?；幚硭璧膯卧?，這樣在不同送電線或者配電線上的用戶之間能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
4.一種帶有實(shí)施權(quán)利要求1、2或3所述方法的措施的系統(tǒng)，其中該措施包括該導(dǎo)體系統(tǒng)在通信技術(shù)上的耦合，其特征在于所述通信技術(shù)的耦合是通過一個PLC-耦合線路(10)實(shí)現(xiàn)，并且該耦合線路(10)通過PLC-耦合單元(12，12′，...)與送電線或配電線(2，2′，...)相連接。
5.按照權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述PLC耦合單元(12，12′，...)為電容式/變壓器式結(jié)構(gòu)。
6.按照權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述耦合單元(12，12′，...)包含有源元件。
7.按照權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述有源元件是放大器。
8.按照權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述耦合線路包含雙向放大器(11，11′，...)，即所謂的轉(zhuǎn)發(fā)器。
9.按照權(quán)利要求5所述的、實(shí)施權(quán)利要求2所述方法的系統(tǒng)，其具有一個對數(shù)據(jù)線路的頻率范圍為高電阻、而對電網(wǎng)頻率為低電阻的濾波器，其特征在于所述濾波器(20，30，40)由可磁化的材料構(gòu)成。
10.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于所述濾波器(20)由一個包圍住導(dǎo)線的單芯線(2)的套筒構(gòu)成。
11.按照權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于為方便導(dǎo)線使用，所述套筒優(yōu)選為分成兩部分(21，22)的套筒。
12.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于所述濾波器由兩個帶有多個平行凹槽的扁平件(31，32)構(gòu)成，這兩個扁平件組裝成一個帶有多個通道(33)的箱體(30)，一根導(dǎo)體(35)可多次往返在這些通道中通過。
13.按照權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于所述濾波器由一個帶有多個平行通道(43)的圓柱體(40)構(gòu)成，一根導(dǎo)體(45)可多次往返在此圓柱體中通過。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的母線系統(tǒng)傳輸千赫和兆赫范圍信息信號的方法和系統(tǒng)。在本發(fā)明的方法和系統(tǒng)中，為改善傳輸特性，不是將信號饋送給電源的母線，而是饋送給一送電線或配電線遠(yuǎn)離該電源的一端。在此，通過一個PLC－耦合線路(10)實(shí)現(xiàn)通信技術(shù)的耦合，其中該耦合線路通過PLC耦合單元(12，12′…)與配電線或者送電線(2，2′…)相連接。
文檔編號H04B3/54GK1555610SQ01814467
公開日2004年12月15日 申請日期2001年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月24日
發(fā)明者克勞斯·多斯特爾特, 格爾德·格里彭特羅格, 理查德·施米特, 萊因哈德·梅爾, 施米特, 格里彭特羅格, 克勞斯 多斯特爾特, 德 梅爾 申請人:西門子公司