利用供電電流交換對照明燈的控制信息的照明電網的製作方法

2023-07-26 04:59:46 2

專利名稱：利用供電電流交換對照明燈的控制信息的照明電網的製作方法
技術領域：
本發明涉及照明電網，其中每一個燈由一個燈控制模塊控制，本發明尤其涉及一種改良的照明電網，其中，利用照明燈的供電電流作為在中央控制站和每一個控制模塊之間交換信息的載波電流。
背景技術：
低壓照明電網，也就是照明燈的供電電流為230V的電網電流的電網，實踐中越來越多地利用供電電流作為進行燈的遙控和操作的載波電流。
利用載波電流的遙控系統可以是用於家庭電網的系統，其中，燈控制消息的通信限於位於本地電錶的下遊的私人電路上。這屬於住宅自動化管理技術領域，其中，電網的負載基本上是電阻性的，只有少量的電感性，例如在取暖設備、照明和小馬達的情況下。
當涉及用於公共電網的遙控系統時，燈控制消息的通信需要在更遠的距離上進行，比如在城市公共照明的情況下，在這種情況下，負載比較複雜，主要由放電管及其供電裝置(安裝板)構成。這也屬於道路及公路照明領域。在這種情況下，可以低壓配電。
在這種低壓公共照明電網中，每一個照明燈通過一個控制模塊連接到低壓配電線。這種低壓公共照明電網當電網擴展得太厲害時存在局限此時，配電線中產生的電壓下降變得很大。只要配電線的長度超過若干公裡，為獲得可接受的電壓下降而必須使用的電纜截面面積就會迅速變得不切實際。
為了解決上述問題，應當減小電壓下降和所使用的電纜的截面積。為此，需要使用更高的電壓，也就是說高於1000V的電壓，例如三相電源的每一相為3200V，相間電壓為5500V。這種電源或者可以通過將低壓升高到所謂的HTI(中間高壓，haute tension intermédiaire)水平而獲得，或者可以通過降低從送電站獲得的電壓HTA(例如20kV)而獲得。這樣，送電就在更遠的距離上用更小截面的電纜進行。然後，在本地對電壓重新變壓，以對其中安裝照明燈或者路燈的若干百米內的BT子網供電。這種送電模式可以實現公路全部路段、停車場或者任何1到100km的電網基礎設施的照明經濟性。
可惜，所述HTI電網在向與每一個燈相連的控制模塊傳輸的控制消息的傳輸方面不能恰當的工作。事實上，對於根據目前有效的規範構成控制消息的信號的頻率(在3到148kHz頻段，根據EN50065-1標準)，用於將每一個BT子網連接到HTI配電線的變壓器具有相當高的阻抗。所選用的頻率在大多數時候接近上限例如130kHz，以便在傳送消息時利用較大的通帶。另外，與變壓器負載有關的由屏蔽及鎧裝電纜構成的HTI電網具有與BT電網非常不同的特徵阻抗。針對低壓設計的包括在燈控制模塊中的傳輸部件因此完全不適用於HTI。

發明內容
因此，本發明的目的是設計一種公共照明電網，其利用HTI電源為BT子網供電，其中，可以向每一個所述BT子網以最小的衰減發送燈控制消息。
本發明的另一個目的是設計一種上述類型的照明電網，其中，在所述HTI配電線和每一個BT電網中的燈控制模塊之間，阻抗是匹配的。
因此，本發明的目的是一種照明電網，包括連接到高壓配電線的低頻高壓電流源，多個各自通過一個低頻變壓器連接到所述高壓配電線的低壓電網，以及收發裝置，每個所述低壓電網由低壓配電線上通過燈控制模塊連接照明燈構成，所述收發裝置利用所述線路中流動的低頻供電電流作為載波電流，通過所述高壓和低壓配電線向所述燈控制模塊發送消息，並從所述燈控制模塊接收消息。在每個低頻變壓器的輸入/輸出端子之間連接一個耦合模塊，該耦合模塊包括適合於以最小的衰減傳送消息的電壓變換裝置，以及用於在所述耦合模塊的兩側阻隔所述低頻供電電流的隔離裝置。


本發明的上述及其它目的和特徵會從下文參照附圖對優選實施例的描述中變得更加清楚。附圖中圖1是本發明的照明電網的框圖；圖2是在單相HTI電源的情況下，本發明的耦合模塊的示意圖；圖3是在三相HTI電源的情況下，本發明的耦合模塊的第一種實施方式的示意圖；圖4是在三相HTI電源的情況下，本發明的耦合模塊的第二種實施方式的示意圖；圖5是本發明的耦合模塊的第一種變型的示意圖；圖6是示於圖5的變型還包括雙向放大裝置的示意圖。
具體實施例方式
見圖1，本發明的照明電網包括一個送電電壓源V，其可以是BT低壓(230V)，或者是HTA高壓(20KV)。在這兩種情況下，一個變壓器10可以獲得至少1000V的HTI電壓，例如3200或者5000V。該電壓通過一個或者多個電分段部件或者測量部件被送往高壓配電線12。
在可以在較遠距離上延伸的高壓配電線12上，通過低頻變壓器，分別是變壓器22、24和26，連接有低壓電網16、18或者20。根據本發明，耦合模塊連接在每個所述低頻變壓器的輸入和輸出端子之間。這樣，耦合模塊28連接在變壓器22的端子之間，耦合模塊30連接在變壓器24的端子之間，耦合模塊32連接在變壓器26的端子之間。注意，BT電網的操作和遙控是由中央控制站34通過連接到高壓配電線12的控制單元36進行的，該控制單元通過一個低頻變壓器38連接到所述高壓配電線12，所述低頻變壓器38也在其輸入和輸出端子之間具有一個耦合模塊。
每一個BT電網比如電網16包括低壓配電線42，其上分別通過燈控制模塊50、52和54連接照明燈比如燈44、46和48，所述燈控制模塊用於從所述中央控制站34接收消息，並向其發送消息。這些消息的發送頻率根據現有標準為3到148kHz，但最好使用較高的頻率，例如130kHz，以便以儘可能快的速度傳送消息。
根據耦合模塊的輸入電源是單相的或是三相的，在三相的情況下根據輸入電源是三相和地之間的電壓還是其中兩相與第三相之間的電壓，所述耦合模塊28、30、32或者40可以不同，但具有共同的特性。
當高壓配電線12供給的HTI電源是單相時，如圖2所示，耦合模塊60包括一個變壓器62，其初級線圈連接在配電線12和地之間，次級線圈連接到BT電網。該變壓器用於將HTI電壓(例如3200V)變換到BT電壓(230V)，但還包括環形、杆形或者罐形鐵氧體形式的磁心(不同於磁板式低頻變壓器的磁心)，以便在發送控制消息的頻率例如130kHz下具有最小的衰減。由於這種線圈匝數不多(初級線圈中為2或3匝，次級線圈中為十幾匝)的變壓器難以支持向其施加低頻(50Hz)電壓，所述耦合模塊有必要包括一個電容64，將變壓器62的初級線圈連接到所述高壓配電線12，以及一個電容66，將所述次級線圈的輸出連接到BT電網。
所述電容64和66的目的是阻隔低頻(50Hz)，其值最好選擇為至少近似地構成一個與變壓器62的線圈導致的電感串聯的諧振電路。電容與配電線(分別地，對於電容64來說是HT配電線，對於電容66來說是BT配電線)的電感一起，連接到所述線圈。這樣，電容64的值可以是1到10nF，最好是5nF，電容66的值可以是100nF到1μF，最好是0.5μF。
如果高壓配電線12供給的HTI電源是三相的，則耦合模塊有兩種不同的方式。在第一種實施方式中，如圖3所示，耦合模塊69的變壓器62的初級線圈的一端通過相應的電容70、72、74並聯到所述配電線的三相，所述各電容具有基本上等於電容64(圖2)的值，所述初級線圈的另一端如前所述一樣連接到地。次級線圈如同圖2的情況一樣通過一個電容66連接到BT電網。
在圖4所示的第二種實施方式中，所述耦合模塊79的變壓器62的初級線圈的一端通過相應的電容80和82並聯到所述高壓配電線的兩相，所述電容具有基本上等於電容64的值，該變壓器的另一端直接連接到所述配電線的第三相。與前面兩種情況一樣，次級線圈通過一個電容66連接到BT電網。需要注意，這種方案的好處是與接地電路無關。
根據本發明的一種變型，如圖5所示，耦合模塊85可以另外包括一些附加的部件。可以在每一側添加一個電感，以對阻抗進行更好的匹配。這樣，與電容64串聯的電感86的目的是使耦合模塊在高壓一側的輸入阻抗與高壓配電線的特徵阻抗匹配。同樣，電感88的目的是使耦合模塊在低壓一側的阻抗與低壓配電線的特徵阻抗匹配。
根據本發明的又一個變型，如圖5所示，可以增加與變壓器62的每一個線圈並聯的調諧電容，目的是對於發送控制信息的頻率(例如130kHz)，構成一個與相應的線圈並聯的諧振電路。這樣，所述電容90構成一個與HT一側的線圈並聯的諧振電路，而電容92構成一個與BT一側的線圈並聯的諧振電路。
根據圖6所示的變型，可以通過向前述實施方式的變型中添加放大器來使所述耦合模塊91成為有源的，因為我們知道所述放大器同樣可以合併到圖2所示的實施方式中。除了已經描述的無源器件之外，所述耦合模塊包括雙向放大裝置，後者由BT到HT方向的放大器94和HT到BT方向的放大器96構成。由一個轉換開關98選擇這兩個放大器中的任何一個。這兩個放大器的電源是由電源100實現的。需要注意，在放大器的添加改變了耦合模塊的特性的意義上說，最好添加一個由電容102和電感104構成的並聯諧振電路，以針對發送控制信息的頻率(130kHz)提供一個並聯諧振電路。
需要注意，上面參照附圖5和6描述了本發明的實施方式的變型，其中電源是單相的。這些變型同樣適用於三相電源的情況。對於三相電源，已經結合圖3和圖4描述了其優選實施方式。
權利要求
1.高壓照明電網，包括連接到高壓配電線(12)、高於1000伏特、低頻例如50Hz的高壓電源，多個通過低頻變壓器(20，22，24)連接到所述高壓配電線的低壓電網(16，18，20)，以及收發裝置(34，36)，每個所述低壓電網由低壓配電線(42)上通過燈控制模塊(50，52，54)連接照明燈(44，46，48)構成，所述收發裝置利用所述線路中流動的低頻供電電流作為載波電流，通過所述高壓和低壓配電線向所述燈控制模塊發送頻率高於3kHz的消息，並從所述燈控制模塊接收消息，所述電網的特徵在於在每個低頻變壓器的輸入/輸出端子之間連接一個耦合模塊(28，30，32)，所述耦合模塊包括在傳送所述消息的頻率具有最小衰減的變壓器(62)，所述變壓器具有環形、杆形或者罐形鐵氧體形式的磁心，並具有在所述耦合模塊的兩側阻隔所述低頻的隔離電容(64，66)。
2.如權利要求1所述的照明電網，其中，所述高壓配電線(12)是單相線路，所述隔離電容包括串聯在所述變壓器(62)的與所述高壓配電線相連的線圈的一端的隔離電容(64)，以及串聯在所述變壓器的與所述低壓配電線(42)相連的線圈的一端的隔離電容(66)。
3.如權利要求2所述的照明電網，其中，所述連接在所述高壓配電線(12)一側的隔離電容(64)的值為1到10nF，所述連接在所述低壓配電線(42)一側的隔離電容(66)的值為100nF到1μF。
4.如權利要求1或2所述的照明電網，其中，所述高壓配電線(12)為三相線路，所述隔離電容包括分別連接到所述高壓配電線的三相、每一個都連接到所述變壓器(62)的與所述高壓配電線相連的線圈的一端的三個隔離電容(70，72，74)，以及一個串聯到所述變壓器的與所述低壓配電線相連的線圈的一端的隔離電容(66)。
5.如權利要求1或2所述的照明電網，其中，所述高壓配電線(12)為三相線路，所述隔離電容包括分別連接到所述高壓配電線的兩相、每一個都連接到所述變壓器(62)的與所述高壓配電線相連的線圈的一端的兩個隔離電容(80、82)，以及一個串聯到所述變壓器的與所述低壓配電線相連的線圈的一端的隔離電容(66)，而與所述高壓配電線相連的所述變壓器線圈的另一端直接與所述高壓配電線的第三相相連。
6.如權利要求1到5之一所述的照明電網，其中，一個電感(86)與所述連接在所述高壓配電線(12)一側的隔離電容(64)串聯，以便使所述耦合模塊在高壓一側的輸入阻抗與所述高壓配電線的特徵阻抗匹配，一個電感(88)與連接在所述低壓配電線(42)一側的所述隔離電容(66)串聯，以便使所述耦合模塊在低壓一側的輸入阻抗與所述低壓配電線的特徵阻抗匹配。
7.如權利要求1到6之一所述的照明電網，其中，一調諧電容(90)並聯到所述變壓器(62)的與所述高壓配電線(12)相連的線圈的端子上，以便對於發送消息的頻率構成一個與所述線圈並聯的諧振電路，一個調諧電容(92)並聯到所述變壓器(62)的與所述低壓配電線(42)相連的線圈的端子上，以便對於發送消息的頻率構成一個與所述線圈並聯的諧振電路。
8.如前述權利要求之一所述的照明電網，其中，每一個耦合模塊還包括雙向放大裝置(94，96，98)，後者串聯到所述變壓器(62)的與所述低壓配電線(42)相連的線圈的一端。
9.如權利要求8所述的照明電網，其中，一個針對發送消息的頻率的並聯諧振電路(102，104)在所述低壓配電線一側與所述雙向放大裝置(94，96，98)串聯。
全文摘要
本發明涉及一種照明電網，其包括高壓配電線(12)，多個低壓電網(16，18，20)通過低頻變壓器(20，22，24)連接到所述高壓配電線。每個所述低壓電網由低壓配電線(42)構成，其上通過燈控制模塊(50，52，54)連接有照明燈(44，46，48)。收發裝置(34，36)用來利用在所述線路中流動的低頻供電電流作為載波電流與所述燈控制模塊交換信息。一個耦合單元(28，30或32)連接在每個低頻變壓器的輸入/輸出端子之間。所述耦合單元包括能夠以最小的衰減發送控制消息的電壓變換裝置，以及用來在耦合單元的兩側阻隔低頻電流的裝置。
文檔編號H05B37/02GK1545825SQ02816350
公開日2004年11月10日 申請日期2002年8月21日 優先權日2001年8月21日
發明者雷蒙德·格林奈瑟, 雷蒙德 格林奈瑟 申請人:奧吉爾股份有限公司