FI118840B

FI118840B - Hardware for arranging data transmission

Info

Publication number: FI118840B
Application number: FI20050766A
Authority: FI
Inventors: Antti Kosonen; Jero Ahola
Original assignee: Abb Oy
Priority date: 2005-07-18
Filing date: 2005-07-18
Publication date: 2008-03-31
Also published as: FI20050766A; FI20050766A0; WO2007010083A1

Description

118840118840

LAITTEISTO TIEDONSIIRRON JÄRJESTÄMISEKSIEQUIPMENT FOR ORGANIZING DATA TRANSFER

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen laitteistoon tiedonsiirtoyhteyden muodostamiseksi.The invention relates to apparatus according to the preamble of claim 1 for establishing a communication link.

Ohjatut moottori- ja generaattorikäytöt yleistyvät erilaisissa teollisuus- tuotantolaitoksissa. 5 Huomattava osa näistä sähkökäytöistä on toteutettu vaihtovirtakoneilla, joita ohjataan sähkönjakeluverkkoon liitetyillä taajuusmuuttajilla. Teollisuuskäytöissä ohjataan vaihtosäh-kömoottoreita vaihtosuuntaajilla, jotka on kytketty tasavirtakiskoon, jota syötetään sähkön-syöttöverkosta tasasuuntaajalla, tai taajuusmuuttajilla, jotka on kytketty vaihtojänniteverk-koon ja joilla ohjataan moottoria. Taajuusmuuttaja voi koostua tasasuuntauslohkosta ja 10 vaihtosuuntauslohkosta tai yhdestä taajuuden ja jännitteen muuttavasta lohkosta. Sähkö-voimageneraattori on pienehköissä sähköntuotantolaitoksissa usein kytketty sähkönjakelu-verkkoon taajuusmuuttajan välityksellä.Controlled motor and generator drives are becoming more common in various industrial plants. 5 A considerable part of these electric drives is realized by AC machines controlled by frequency converters connected to the electricity distribution network. In industrial applications, AC motors are controlled by inverters connected to a DC bus fed from a power supply network by a rectifier, or inverters connected to an AC mains and controlled by a motor. The drive may consist of a rectifier block and 10 inverter blocks or one frequency and voltage converting block. In smaller power plants, an electric power generator is often connected to a power distribution network via a frequency converter.

Ohjatuissa sähkökäytöissä sähkökoneen jännitettä ja taajuutta säädetään käyttötilanteen mukaisesti. Osa ohjauksen säätösuureista tuodaan käyttöön ulkopuolelta ja osa mitataan 15 ohjattavasta prosessista tai taajuusmuuttajasta ja koneesta. Koneen mittaus- ja diagnostiik-katietoja kerätään myös koneen kunnontarkkailuun ja huoltotarpeen määrittämiseen. Tieto siirretään tiedonsiirtoverkolla sitä varten rakennetun langallisen tai langattoman tiedonsiir- • · · *·:·* toverkon kautta. Langallisissa ratkaisuissa voidaan erottaa erillinen tiedonsiirtoverkko ja • · · [···* sähköverkon hyödyntäminen tiedonsiirtoon. Joissain sovelluksissa taajuusmuuttaja ja sen • · :mm[' 20 ohjaama kone ovat toistensa välittömässä läheisyydessä, jolloin tiedonsiirtoväylä on suh- • · teellisen helppo järjestää. Ongelmallisemmaksi tilanne tulee, kun ohjaavan ja ohjattavan • · · • · · *",* laitteen välimatka on pitkä. Muutamien kymmenien metrien, jopa kahdensadan metrin etäi- • · • · *** syys on aivan mahdollinen. Koneen ja taajuusmuuttajan sijoitukseen vaikuttavat prosessin .. vaatimusten lisäksi esimerkiksi turvallisuus- ja luotettavuusnäkökohdat.In controlled electric drives, the voltage and frequency of the electrical machine are adjusted according to the operating situation. Some control control variables are provided externally and some are measured from 15 controlled processes or drives and machines. Machine measurement and diagnostic data is also collected to monitor machine condition and service needs. The information is transmitted over a communication network through a built-in wired or wireless communication network. Wired solutions can distinguish between a separate data network and the use of a power · · · [··· * network for data transmission. In some applications, the drive and its • ·: mm ['20-controlled machine are in close proximity to one another, making the communication bus relatively easy to organize. The situation becomes more problematic when the distance between the controller and the controller is long. A distance of a few tens of meters, even up to two hundred meters, is quite possible. The location of the machine and the drive are influenced by the process. .. in addition to requirements such as security and reliability.

• · ® *«· 25 Sähköverkon käyttämistä tiedonsiirtoon on ehdotettu jo kauan sitten ja toimivia ratkaisuja on esitetty useisiin sovellutuksiin. Perinteisessä ratkaisussa tiedonsiirtolaitteisto kytketään *!**: sähköverkkoon kytkennällä, joka perustuu verkkotaajuisen komponentin suodattavaan kondensaattoriin ja galvaanisen erotuksen tekevään muuntajaan, kuten jäljempänä tar- ··.·: kemmin esitetään kuvioon 1 viitaten.• · ® * «· 25 The use of the power grid for data communication has long been proposed and workable solutions have been proposed for a number of applications. In the conventional solution, the communication equipment is connected to a *! **: power network by a connection based on a filtering capacitor of the network frequency component and a galvanic separation transformer, as will be described in more detail below with reference to Figure 1.

• · 30 Taajuusmuuttajakäytössä ongelman muodostavat taajuusmuuttajan lähtöasteen tehotransistorien kytkennöistä aiheutuvien jännitetranstenttien sisältämät korkeat taajuudet. Näiden 2 118840 aiheuttamien häiriöiden vuoksi tiedonsiirto moottorikaapelissa on käytännössä estetty esimerkiksi Euroopassa sähköverkkotiedonsiirtoon standardoidulla GENELEC tiedonsiirto-kaistalla 3 -148,5 kHz.• · 30 The problem with the drive is the high frequencies contained in the voltage transistors of the output power of the drive transformer. Due to these interferences caused by 2 118840, transmission of the motor cable is practically prevented, for example, in Europe by means of the standardized GENELEC transmission band 3 to 148.5 kHz for power network communication.

Aikaisemmin tunnetaan ratkaisu, jossa moottorin ja taajuusmuuttajan välistä, sähkötehoa 5 siirtävää jnoottorikaapelia hyödynnetään diagnostiikkamformaation siirtoon. Julkaisussa IEEE Transactions on Industry Applications, voi. 30, no. 4, July/August 1994, Shatotang Chen, Erkuan Zhong, Thomas Lipo, “A New Approach to Motor Condition Monitoring in Induction Motor Drives”, kuvataan tällainen ratkaisu, jossa moottorille liitetyiltä antureilta siirretään taajuusmuuttajalle dataa yhteen suuntaan. Kytkentärajapinnat lähettimelle ja vas-10 taanottimelle ovat erilaisia. Vastaanottimen kytkentärajapinnan muuntajan toisioon tulee taajuusmuuttajan kytkentöjen takia jännitetransientteja. Näiden vaimentamiseksi vastaanottimen muuntajan toisioon on pitänyt lisätä passiivinen kymmenennen kertaluvun Butter-worth-suodin.Previously, a solution is known in which a soldering cable between the motor and the drive which transmits electrical power 5 is utilized for transmitting diagnostic information. In IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 30, no. 4, July / August 1994, Shatotang Chen, Erkuan Zhong, Thomas Lipo, "A New Approach to Motor Condition Monitoring in Induction Motor Drives," describes such a solution in which data is transmitted to the drive from sensors connected to the motor. The switching interfaces for the transmitter and the receiver are different. Due to the inverter connections, voltage transients occur in the transformer secondary of the receiver switching interface. To suppress these, a passive tenth-order Butter-worth filter must have been added to the receiver transformer's secondary.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kehittää uusi tiedonsiirtoverkon ja sähköverkon 15 kytkentärajapinta, jolla ratkaistaan tunnetussa tekniikassa esiintyvät ongelmat ja jolla saavutetaan riittävä tiedonsiirto suurtaajuisia jännitetransientteja sisältävässä taajuusmuuttajan ja sähkökoneen välisessä moottorikaapelissa. Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksin- . .·. non mukainen laitteisto tunnetaan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan ominaispiirtei- • * * • · · . .·. tä. Keksinnön eräitä muita suoritusmuotoja on määritelty epäitsenäisten patenttivaatimus- ··· Γ. 20 ten ominaispiirteillä.It is an object of the present invention to provide a new connection interface between a communication network and a power network 15 which solves the problems of the prior art and provides sufficient communication in a motor cable between a frequency converter and an electrical machine containing high frequency voltage transients. To accomplish this purpose, the inventor. . ·. The apparatus according to the invention is characterized by the features of the characterizing part of claim 1. . ·. s. Other embodiments of the invention are defined in the dependent claims. 20 features.

«·* • · /•f Esitetyn kytkentärajapinnan avulla hyödynnetään tehokkaasti taajuusmuuttajan ja sähkö- • · · • · · *“.* moottorin/generaattorin välistä moottorikaapelia tiedonsiirtokanavana. Rajapinta soveltuu • · • · erityisesti käytettäväksi yhdessä HomePlug®-standardien (HomePlug® on HomePlug ;·. Powerline Alliance, Inc omistama tavaramerkki) mukaisten sähköverkko- • I» * .···. 25 tiedonsiirtotekniikoiden kanssa taajuuskaistalla n. 4 - 21 MHz. Keksintö toimii myös mui- • · ·*» .* . den samalla taajuusalueella toimivien tiedonsiirtomenetelmien kanssa. Kytkentärajapinnan • · · • ·« * * rakenne on yksinkertainen ja sama rajapinta toimii sekä lähetys- että vastaanottopäässä.The switching interface shown above effectively utilizes the motor cable between the drive and the electric motor / generator as a communication channel. The interface is • • • · specifically designed for use in conjunction with HomePlug® standards (HomePlug® is a trademark of HomePlug; ·. Powerline Alliance, Inc.) • I »*. ···. 25 communication technologies in the frequency band 4 to 21 MHz. The invention also works in other • · · * ». *. den of the same bandwidth. The structure of the switching interface is simple and the same interface operates at both the transmitting and receiving ends.

• · ·'·*; Keksinnön mukaisella ratkaisulla voidaan korvata kaapelilla muodostettu yhteys tai esi- ·;··· merkiksi langaton yhteys. Erillisiä tiedonsiirtokaapeleita ei tarvitse asentaa, mikä on mer- 30 kittävä hyöty teollisuusympäristössä. Laite voidaan kytkeä esimerkiksi generaattorin ter-minaaleihin tai taajuusmuuttajan lähtöterminaaliin Liityntä sähkötehoa siirtävään mootto- 3 118840 rikaapeliin muodostetaan moottorin/generaattorin ja taajuusmuuttajan liitäntöjen ulkopuolella, jolloin koneen tai taajuusmuuttajan sisäiset häiriöt eivät vaikuta tiedonsiirron luotettavuuteen. Kytkentärajapinnalla suodatetaan verkkotaajuinen jännitekomponentti sekä ohjatun sähkökäytön tapauksessa taajuusmuuttajan lähtöasteen tehotransistorien kytkennöistä 5 aiheutuvat häiriöt siten, että tiedonsiirtolaitteisto ei tuhoudu eikä sen toiminta häiriinny.• · · '· *; The solution according to the invention can replace a cable connection or, for example, a wireless connection. There is no need to install separate communication cables, which is a significant benefit in an industrial environment. The device can be connected, for example, to the generator terminals or to the drive output terminal. The connection to the electric power transfer motor 3 118840 is made outside of the motor / generator and drive inverter connections, whereby internal interference of the machine or drive does not affect the reliability. The switching interface filters the mains frequency voltage component and, in the case of controlled electric drive, the interference caused by the power transformer circuits 5 of the drive output stage so that the communication equipment is not destroyed and its operation is not disturbed.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan tiedonsiirtoliityntä on kytketty moottorikaapelin kahden vaihejohtimen välille. Tämän ansiosta lähetyksessä pystytään injektoimaan tiedon-siirtosignaali differentiaalisena moottorikaapeliin kahden vaiheen väliin.According to one embodiment of the invention, the communication interface is connected between two phase conductors of the motor cable. This allows the transmission to inject a data transmission signal differentially into the motor cable between the two phases.

Keksintö mahdollistaa tiedonsiirtosignaalin syöttämisen moottorikaapeliin ja vastaanotta-10 misen moottorikaapelista kytkentärajapinnan läpi pienellä vaimennuksella. Sama kytkentä-rajapinta toimii sekä tiedonsiirtosignaalin lähetyksessä että vastaanotossa moottorikaapelin molemmissa päissä.The invention makes it possible to supply a communication signal to a motor cable and to receive it from the motor cable through the switching interface with little attenuation. The same switching interface operates in both the transmission and reception of the communication signal at both ends of the motor cable.

Edelleen keksinnön mukaisella kytkentärajapinnalla moottorikaapelin virtapiiri erotetaan galvaanisesti tiedonsiirtolaitteiston virtapiiristä.Further, the coupling interface according to the invention provides galvanic separation of the motor cable circuit from the circuit of the communication device.

15 Erään keksinnön ominaispiirteen mukaan kytkentärajapinta suojaa tiedonsiirtolaitteistoa ylijännitetransienteilta, joita taajuusmuuttaja generoi moottorikaapeliin.According to a feature of the invention, the switching interface protects the communication equipment from overvoltage transients generated by the frequency converter to the motor cable.

• · *·**’ Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti sen eräiden suoritusesimerkkien avulla • · · ." * * viitaten piirustuksiin, joissa * · • *· - kuvio 1 esittää konventionaalista kytkentärajapintaa, • « ♦ ♦ · • · ♦ • M » .***. 20 - kuvio 2 esittää ohjattua moottorikäyttöä, jossa keksintöä sovelletaan ja ··· .. - kuvio 3 esittää erästä keksinnön mukaista kytkentärajapintaa.The invention will now be described in more detail by way of some embodiments thereof, with reference to the drawings, in which * · • * · - Figure 1 illustrates a conventional switching interface, M. *** 20 - Figure 2 shows a controlled motor drive in which the invention is applied, and ··· .. - Figure 3 shows a switching interface according to the invention.

• *·· * a*· Sähköverkkotiedonsiirrossa yleisesti käytetty kytkentärajapinta on kuvattu kuviossa 1. Eri-tyisesti yksivaiheisessa sähköverkossa käytetyssä kytkennässä sähköverkkoon liitetään *:*·: vaiheen ja nollajohtimen väliin liityntärajapinta 2. Siinä sähköverkon vaihejohtimeen kyt- 25 ketään liitäntä 4 ja sähköverkon nollajohtimeen liitäntä 6, joiden välissä on kondensaatto- • * rin 8 ja erotusmuuntajan 10 ensiön 12 muodostama saqakytkentä. Erotusmuuntajan 10 toisio 14 on kytketty tiedonsiirtolaitteistoon liitännöillä 15 ja 16. Erotusmuuntajan toision 14 rinnalle on kytketty vastus 18. Kondensaattorin 8 ja erotusmuuntajan 8 impedanssin sarja- , 118840 4 kytkentä muodostaa verkkotaajuuden suodattavan LC-piirin. Verkkotaajuudella eli 50/60 Hertzin taajuudella kondensaattorin impedanssi dominoi, kun taas tiedonsiirrossa käytettävällä taajuudella sen impedanssi on pieni ja erotusmuuntajan magnetointi-induktanssi dominoi. Erotusmuuntaja 10 muodostaa galvaanisen erotuksen sähköverkon ja tiedonsiirto-5 verkon välillä.• * ·· * a * · The switching interface commonly used in power grid communications is illustrated in Figure 1. In particular, in a single-phase power grid connection: *: * ·: an interface between a phase and a neutral conductor 2. In a a connection 6 between which is a saw blade formed by capacitor 8 and primary 12 by a difference transformer 10. The secondary 14 of the isolation transformer 10 is connected to the communication equipment by means of the terminals 15 and 16. A resistor 18 is connected to the secondary 14 of the isolation transformer. The series connection of the capacitor 8 and the isolation transformer 8 imparts a At the network frequency, that is, 50/60 Hertz, the impedance of the capacitor dominates, whereas at the frequency used for data transmission, its impedance is low and the magnetization inductance of the difference transformer dominates. The difference transformer 10 forms a galvanic difference between the power network and the data transmission network 5.

Kytkentäkaavio esillä olevan keksinnön sovellusympäristöstä eli sähkökoneen taajuus-muuttajakäytöstä on esitetty kuviossa 2. Taajuusmuuttaja 20 on kytketty kolmivaiheiseen sähköverkkoon 22 syöttöjohdoilla 24. Taajuusmuuttajan 20 taajuudeltaan ja jännitteeltään säädetty kolmivaihejännite syötetään laitteistossa mahdollisesti olevan du/dt-suotimen 26 10 kautta moottorikaapeliin 28 ja edelleen induktiomoottorin 30 sisääntuloliittimiin. Mootto-rikaapelin 28 taajuusmuuttajan puoleiseen päähän 34 yhdistetyn kytkentärajapinnan 33 kautta tiedonsiirtolaitteisto 35, johon kuuluu HomePlug®-tekniikkaan perustuva modeemi. Modeemi voidaan liittää Ethernet-verkkokaapelilla laajakaistatiedonsiirtoyhteyteen. Vastaavasti moottorikaapelin 28 moottorin puoleiseen päähän 36 on sovitettu kytkentärajapin-15 nalla 37 toinen tiedonsiirtolaitteisto 38, joka on olennaisesti samanlainen kuin laitteisto 35. Myös kytkentärajapinnat 33 ja 37 ovat olennaisesti samanlaisia. Taajuusmuuttaja 20 perustuu esimerkiksi PWM-tekniikkaan, mutta on ymmärrettävä, että taajuusmuuttaja voi yhtä hyvin olla muunlainen taajuusmuuttaja keksintöä sovellettaessa. Samoin moottorityyppi ei « \·,· ole mitenkään sidottu induktiomoottoriin. Diagnostiikkatietojen välittämiseksi tiedonsiirto- *.·.· 20 laitteisto 38 on kytketty sinänsä tunnetulla tavalla moottorin tilaa ja toimintaa mittaaviin • · i *·· antureihin, kuten lämpötila- ja värähtelyantureihin. Vastaavasti tiedonsiirtolaitteisto 35 on • · · *...* yhdistetty esimerkiksi taajuusmuuttajan ohjausyksikön yhteyteen sovitettuihin näyttö-, oh- • * • · · ί.ί ί jaus- tai analysointilaitteisiin.A wiring diagram of the application environment of the present invention, i.e. the frequency converter drive of an electrical machine, is shown in FIG. 2. Frequency converter 20 is connected to a Input connectors. Communication equipment 35, including a modem based on HomePlug® technology, via a coupling interface 33 connected to the drive-side end 34 of the motor cable 28. The modem can be connected via an Ethernet network cable to a broadband data connection. Correspondingly, at the motor-side end 36 of the motor cable 28, a second communication apparatus 38 is provided with a coupling interface 15 which is substantially similar to the apparatus 35. Also, the coupling interfaces 33 and 37 are substantially identical. Frequency converter 20 is based, for example, on PWM technology, but it is to be understood that the frequency converter may well be another type of frequency converter for the practice of the invention. Similarly, the motor type is not in any way bound to the induction motor. In order to transmit diagnostic information, data transmission equipment. *. ·. 20 is connected in a manner known per se to sensors, such as temperature and vibration sensors, for measuring the state and function of the motor. Correspondingly, the communication device 35 is connected to, for example, display, control, and analyzer devices connected to, for example, the drive control unit.

Ml • · • · «liMl • · • · «li

Tiedonsiirron kytkentärajapinta on muodostettu kuvion 3 esittämällä kytkennällä. Mootto- 25 rikaapelin kahteen vaiheeseen LI ja L2 on yhdistetty liityntärajapinnan 40 liittimet 42 ja 44, jotka ovat kondensaattorien 46 ja 48 kautta kytketty erotusmuuntajan 47 ensiökäämi- : tyksen 49 päihin 50 ja 52. Erotusmuuntajan ensiökäämityksen 49 keskipiste 54 on kytketty • · moottorikaapelin suojamaahan 56. Ensiökäämityksen ensimmäisen puoliskon rinnalle, .J. käämityksen keskipisteen 54 ja ensimmäisen pään 50 välille on kytketty induktanssi 58 ja • · · 30 vastaavasti toisen puolisko rinnalle, käämityksen keskipisteen 54 ja toisen pään 52 rinnalle • · on kytketty induktanssi 60, jolloin induktanssien 58 ja 60 toiset päät on sidottu samaan potentiaaliin eli suojamaahan. Tämän ansiosta lähetyksessä pystytään injektoimaan tiedon- 5 118840 siirtosignaali differentiaalisena moottorikaapeliin kahden vaiheen väliin. Kytkennän ansiosta lähetyksessä ei juuri muodostu yhteismuotoista jännitekomponenttia, joka näkyisi virtana suojamaajohtimessa 56 ja muissa maasilmukoissa. Erotusmuuntajan keskipisteen 54 sitomisella suojamaahan estetään myös merkittävän jännite-eron muodostuminen erotus-5 muuntajan 47 ensiökäämityksen 49 ja toisiokäämityksen 62 välille, joka saattaisi aiheuttaa erotusmuuntajan ensiön ja toision välisen läpilyönnin.The communication switching interface is formed by the circuit shown in Fig. 3. The two phases L1 and L2 of the motor cable 25 are connected to the terminals 42 and 44 of the interface 40, which are connected via capacitors 46 and 48 to the ends 50 and 52 of the primary winding 49 of the isolation transformer 47. Alongside the first half of the primary winding, .J. an inductance 58 and • · · 30 are connected between the center 54 of the winding 54 and the first end 50, respectively, the second half parallel to the center of the winding 54 and the second end 52 · · an inductance 60 is connected, the other ends of the inductances 58 and 60 . This makes it possible to inject a data transmission signal differentially into the motor cable between the two phases of the transmission. Due to the circuitry, the transmission will hardly generate a common voltage component that would appear as current in the protective earth conductor 56 and other ground loops. Binding the center of the isolation transformer 54 to the protective ground also prevents the formation of a significant voltage difference between the primary winding 49 of the differential 5 transformer 47 and the secondary winding 62, which could cause a break between the primary and secondary of the isolation transformer.

Erotusmuuntajan toisiokäämitys 60 on yhdistetty liitännöillä 68 ja 70 tiedonsiirtoväylään, kuten HomePlug®-tekniikkaa hyödyntävään modeemiin. Liitäntöjen 68 ja 70 väliin on kytketty vastus 72.The secondary transformer winding 60 of the isolation transformer is connected via interfaces 68 and 70 to a communication bus such as a modem utilizing HomePlug® technology. A resistor 72 is connected between terminals 68 and 70.

10 Kondensaattorit 46 ja 48 toimivat moottorikaapelin pääjännitteen taajuussuotimena, jonka jännitteen taajuus vaihtelee tyypillisesti alueella 0 - 100 Hz. Induktanssit 58 ja 60 sekä erotusmuuntajan 46 magnetointi-induktanssi toimivat kondensaattorien 46 ja 48 kanssa LC-alipäästösuotimena.Capacitors 46 and 48 serve as a power filter for the main voltage of the motor cable, the voltage of which typically ranges from 0 to 100 Hz. The inductances 58 and 60, as well as the magnetization inductance of the difference transformer 46, work with the capacitors 46 and 48 as an LC low pass filter.

Kytkentärajapinnan kondensaattorien 46 ja 48 on kestettävä taajuusmuuttajan lähtöasteen 15 tehotransistorien kytkentöjen aiheuttamat jänniterasitukset. Kaapelivärähtelyjen takia jännitteen maksimiamplitudi vaiheiden välissä voi olla moottorilla noin kaksinkertainen taajuusmuuttajan välipiirin jännitteeseen nähden. Esimerkiksi 690 V kolmivaiheverkkoon • · · **!.' kytketyn taajuusmuuttajan ohjaamalla moottorilla voi esimtyä kaapelivärähtelyjen ansiosta * • » · *···* jopa 2 kV jännitteen amplitudeja, joiden taajuussisältö ulottuu useisiin megahertseihin.The switching capacitors 46 and 48 must withstand the voltage stresses caused by the switching of the power transistors of the drive output stage 15. Because of cable oscillations, the maximum voltage amplitude between phases of the motor can be about twice the voltage of the drive intermediate circuit. For example, for a 690 V three-phase network • · · ** !. ' the motor controlled by the connected drive can produce cable amplitudes of up to 2 kV due to cable vibrations with frequency contents extending to several megahertz.

• * • “ 20 Toinen kytkentäkondensaattorien tehtävä on läpäistä pienillä häviöillä tiedonsiirtosignaali.• * • “20 Another function of the switching capacitors is to pass the communication signal with small losses.

• « ***** Tämän takia kondensaattorin häviökertoimeen ja sen taajuusriippuvuuteen on kiinnitettävä • · · ***/ huomiota, minkä vuoksi joko keraamiset tai muoviset kondensaattorit ovat soveliaita. Yksi • · " esimerkki soveltuvasta kondensaattorista on 10000 V tasajännitteelle tarkoitettu keraami- .. nen kondensaattori.• «***** Because of this, attention must be paid to the loss coefficient of the capacitor and its frequency dependence, which makes either ceramic or plastic capacitors suitable. One example of a suitable capacitor is a ceramic capacitor for 10000 V dc.

• · • ·· ··· ·...· 25 Erotusmuuntajan 47 tulee soveltua korkeille signaalitaajuuksille. Erotusmuuntaja voidaan hyvin toteuttaa kaksoisreikäisellä ferriittirenkaalla, koska rakenne soveltuu korkeille sig- • t ·:·*: naalitaajuuksille, jota käytetään yleisesti RF-muuntajissa. Tärkeätä muuntajan toteutukses- Φ .*:*, sa on lisäksi minimoida hajasuureet, esim. hajainduktanssit ja hajakapasitanssit. Varsinkin rinnakkainen hajakapasitanssi muodostuu helposti ongelmaksi, koska kytkentäkondensaat-30 torit ovat kapasitanssiltaan pieniä. Toinen merkittävä seikka induktiivisten komponenttien valinnassa on ferriittimateriaali. Ferriittimateriaalin on toimittava pienin häviöin alle 30 6 118840 MHz taajuuskaistalla, jolloin materiaalin kompleksisen permeabiliteetin on oltava tällä taajuusalueella alhainen. Ferriittimateriaaliksi soveltuu esimerkiksi on Neosid Pemetzrieder GmbH & Co:n valmistama FlOb.The difference transformer 47 must be suitable for high signal frequencies. The separation transformer can be well implemented with a double-hole ferrite ring, because the structure is suitable for the high sig- • t ·: *: signal frequencies commonly used in RF transformers. Important in transformer implementation - Φ. *: *, You also have to minimize the spread quantities, such as spread inductances and spread capacitances. Especially parallel stray capacitance easily becomes a problem because the switching capacitors 30 are of low capacitance. Another important consideration in the selection of inductive components is the ferrite material. The ferrite material must operate with small losses in the frequency band below 30 6 118840 MHz, whereby the complex permeability of the material must be low in this frequency range. An example of a ferrite material is FlOb manufactured by Neosid Pemetzrieder GmbH & Co.

Kytkentärajapinnan toinen puoli eli tiedonsiirtomodeemin puoli on kytketty erotusmuunta-5 jän 47 toisiokäämitykseen 62. Toisiokäämityksen rinnalle on kytketty kaksi vastarinnan-kytkettyä diodipiiriä 64 ja 66, jotka huolehtivat kytkentärajapinnan transienttisuojauksesta. Sen tarkoituksena on estää ylijännitetransienttien pääsy itse tiedonsiirtolaitteeseen. Jänni-tepiikkejä aiheuttavat esimerkiksi taajuusmuuttajan lähtöjännitteen kytkennät, joita kytken-tärajapinta ei pysty kaikissa tapauksissa riittävän hyvin suodattamaan. Suojaus tapahtuu 10 leikkaamalla rajapinnan yli vaikuttava jännite tiettyyn maksimitasoon.The other side of the switching interface, i.e. the communication modem side, is coupled to the secondary winding 62 of the differential transformer 52. Two resistive-connected diode circuits 64 and 66 are connected to the secondary winding to provide transient protection of the switching interface. Its purpose is to prevent overvoltage transients from accessing the communication device itself. Voltage peaks are caused, for example, by the frequency converter output voltage circuits that the switching interface cannot always filter sufficiently. The protection is done by cutting the voltage across the interface to a certain maximum level.

Transienttisuojauksessa käytetään yleensä transienttidiodeja. Transienttidiodit eivät kuitenkaan sovellu käytettäväksi edellä esiteltyyn kytkentärajapintaan, koska niiden kapasitanssi on nanofaradi-luokkaa ja toisaalta ne toimivat hitaasti ottaen huomioon sovelluksessa käytettävät taajuudet. Esitetyssä kytkentärajapinnassa transienttidiodien sarjaka-15 pasitanssi aiheuttaisi ideaalitapauksessakin merkittävän vaimennuksen.Transient diodes are generally used in transient protection. However, the transient diodes are not suitable for use with the above switching interface because they have a capacitance of the nanopharad class and, on the other hand, operate slowly with respect to the frequencies used in the application. In the presented switching interface, the transient diode series-15 capacitance would cause significant attenuation even in the ideal case.

Transienttisuojaus on toteutettu piensignaalidiodien D1...D3 (diodipiiri 64) ja D4...D6 (diodipiiri 66) avulla, joilla leikataan mahdolliset ylijännitepiikit, joita pääsee rajapinnan läpi. Diodeja on kytkettävä sarjaan useampia, koska niiden kynnysjännite on noin 0,7 V.The transient protection is implemented by means of small signal diodes D1 ... D3 (diode circuit 64) and D4 ... D6 (diode circuit 66), which cut off any overvoltage peaks which can pass through the interface. More diodes must be connected in series because their threshold voltage is about 0.7 V.

* · · *·ί·’ Diodit on jaettu kahteen rinnakkaiseen haaraan, joista toinen on aina rajapinnan toision yli • · • ** 20 vaikuttavan signaalin kannalta myötäsuuntaan biasoitu. Tällaisen suojauksen muodostama • 1 2 3 j··** rinnakkaiskapasitanssi kytkentärajapinnan toisioon on pikofaradi-luokkaa ja diodien kyt- • · ♦ • · | φ! kentäaika on erittäin lyhyt, maksimissaan 4 nanosekuntia.* · · * · Ί · 'The diodes are divided into two parallel branches, one of which is always biased downstream of the interface to the 20 active signals. The • 1 2 3 j ·· ** parallel capacitance formed by this type of protection into the switch interface interface is of the picofarad class and the diode switching • · ♦ • · | φ! the field time is very short, maximum 4 nanoseconds.

• · • ♦ ·♦·• · • ♦ · ♦ ·

Tietoa siirretään samanaikaisesti rinnakkaisilla kantoaalloilla. Tämä taajuusjako on toteu- • 1·1 tettu OFDM-tekniikalla (Orthogonal Frequency Division Multipleksing). Modulaatioina ··1 *...· 25 käytetään vaihemodulaation (PSK ) eri variaatioita HomePlug-standardista tunnetulla ta1 valla.Data is transmitted simultaneously on parallel carriers. This frequency division is implemented by • 1 · 1 using OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) technology. Modulations ·· 1 * ... · 25 use different variations of phase modulation (PSK) in a manner known from the HomePlug standard.

• · · . Keksintöä on edellä kuvattu esittämällä sen eräiden suoritusmuotojen toteutus. Keksinnön 2 • · t 3 1 toteutus voi kuitenkin vaihdella oheisten patenttivaatimusten määrittämissä rajoissa.• · ·. The invention has been described above by illustrating the implementation of some embodiments thereof. However, the implementation of the present invention may vary within the limits defined by the appended claims.

• ·• ·

Claims

Apparatus for establishing a communication link between at least diagnostic data between an AC motor (30) or a machine driven by the AC motor and a frequency converter (20) controlling the AC motor, the motor being controlled by the frequency converter (20) and the motor cable (28) (20), characterized in that: - a high frequency communication source / receiver (35,38) is connected to the motor cable via a communication link at both ends (34,36) of the motor cable (28), - the communication frequency is substantially higher than the motor cable (28) of the frequency converter (20) the communication frequency, the communication interface comprising first filter means (46,48) for filtering the motor control voltage supplied by the frequency converter, second filter means (42,49,58,48,60) for separating the communication signal and a difference transformer (47) for separating the motor cable and communication equipment 15, the communication interface comprises means (64.66) for removing the overvoltage transients generated by the frequency converter to the motor cable; and - the primary winding (49) of the difference transformers is connected to the motor cable through filter means and the secondary winding (62) is connected to the communication devices. • * «• · · ··· • · • * · * · *« * · „20

Apparatus according to claim 1, characterized in that the communication interface is connected between two phase conductors (L1, L2) of the motor cable. ··· • · · · · · ·

Apparatus according to claim 1, characterized in that the communication interface is • · connected between two phase conductors (L1, L2) of the motor cable so that the primary terminals (50,52) of the isolation transformer are connected to the phase conductors (46,48). ·, ···, 25 lo capacitors act as first filter means for filtering the motor control voltage • · · * · ·, and the inductance of the isolation transformer (47) and capacitors (46,48); the LC filter formed by the passivity as another filtering means.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the center point (54) of the isolation transformer pre-: ··· winding winding (49) is connected to the motor cable shield (56).

Apparatus according to Claim 4, characterized in that between the first phase and the protective earth and the second phase and the protective earth, inductances (58,60) which together with the inductance of the difference transformer and the capacitance of the capacitors are connected in parallel with the first and second halves of the form an LC filter.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the means for removing the overvoltage transients comprise a difference transformer from two resistive diode circuits (64,66) connected in parallel to the secondary (62).

Apparatus according to claim 6, characterized in that the diode circuits (64.66) consist of a series connection of two or more diodes (D1, D2, D3; D4, D5, D6).

7 118840

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the diodes are small signal diodes.

Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that the communication interface connected to each end of the motor cable (28) is substantially the same.

Apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that the communication channel connected to the communication link is broadband. • i · M · 1 · · · · I 1 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ··· M * · • · • M «M • · • • # • f • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ··········