CN102076155B - 功率限制方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在灯具(L)中使用具有超过灯具的最大功率额定值的功率额定值的灯的情况下，使通过具有最大功率额定值的灯具的交流电电流减少而不终止。这是通过以下方式进行的：使用与具有相对低电阻的电阻器(S)串联且与具有相对高电阻的电阻器(P)并联连接的热响应开关(B)，所述开关和电阻器热连接；且通过辅助线路同时将交流电传递到所述灯具，所述辅助线路具有使通过所述辅助线路的电流大体上减半的二极管(D1)。

Description

功率限制方法和设备
相关申请案的参考
申请人主张2009年10月27日申请的第61/255,217号美国临时专利申请案的权益。
技术领域
本发明涉及功率限制方法和设备，且特定来说涉及用于限制灯具消耗的功率的方法和设备。
背景技术
自从将电力作为功率源引入建筑物和其它环境开始，灯具就基本上一直在使用。现代灯具通常包含至少一个光源(例如，白炽灯或荧光灯)和一外壳，所述外壳支撑和/或封闭光源且将其连接到电功率源(例如，通过灯插座和布线)。灯具可附接到天花板、墙壁或建筑物结构的其它部分，且还可与其它电力供电组件组合。举例来说，灯具与风扇器具(例如，吊扇)的组合常用于提供风扇/灯组合器具。
通常，灯具在其在正常、安全和/或另外合意的操作条件下可承受的电流量和/或温度方面具有一些限制(例如，由于其结构或设计)。举例来说，许多灯具经设计以安全地承受在连接到120伏功率源的一个或一个以上60瓦灯泡的操作期间通常产生的电流和温度。此安全操作限制(也称为额定值)通常标记在灯具上以告知用户。
然而，无论是有意地(例如，为了获得更多的光)还是因疏忽而无意地，通常可能安装操作可引起灯具中发生高于额定的电流和/或温度的光源(例如，代替60瓦额定灯泡的75瓦灯泡)。具有比其额定处置的光源大的光源的灯具的此操作可导致异常、不安全或另外不合意的状况，其可造成操作损失和例如由于过量的热、烟和/或火而对灯具和周围环境的显著损害。
迄今为止许多装置已用以限制到达包含灯具和镇流器在内的负载的电流。举例来说，热敏电阻(thermister)已用作传感器以在流过其的电流超过预先选择的水平的情况下触发电子切断开关。还已经如此使用正温度系数开关(positivetemperaturecoefficientswitch)或PTC。还已使用三端双向可控硅开关(triac)和继电器。然而这些装置和电路通常需要其自身的功率源且消耗功率。这种情况可用PTC开关来避免，但仅要以产生显著热量为代价。这些电路对于其通常起到的被动作用来说成本也是相对较高的。
当然会在用于灯具的建筑物电路中使用例如熔丝和断路器等电路中断器。灯具本身还可连同复位按钮一起而使用所述装置。然而这些装置的操作会完全熄灭可能产生危险情形的灯。当灯具处于高位时，如在天花板灯或带有灯的吊扇的情况下，复位按钮的手动操作将常常需要能使用活梯。
因此可见需要一种在灯具中有意或疏忽地使用高于额定的光源时在不熄灭灯具的情况下控制灯具的功率消耗以避免损坏或操作的完全损失的设备和方法。本发明主要是针对提供此设备和方法。
发明内容
在本发明的优选形式中，功率限制设备包括：绝热外壳，其具有延伸穿过所述外壳以连接到AC功率源的输入导体，和延伸穿过所述外壳以连接到例如具有预先选择的最大功率额定值的灯等电负载的输出导体。热响应开关安装在所述外壳内，且通过具有相对低电阻的串联电阻器而连接于所述输入导体与输出导体之间。具有相对高电阻的并联电阻器与所述开关并联安装在所述外壳内。二极管通过辅助线路连接到所述输入导体和所述输出导体。
在操作中，如果所述负载超过其最大功率额定值，那么由通过串联电阻器的高电流产生的热量致使所述外壳内的温度上升到致使所述温度响应开关断开且进而使具有相对高电阻的所述并联电阻器与所述串联电阻器串联进而减少但不终止通过所述负载的电流的水平。必要时可无需包含辅助线路，而单单用电阻器的选定值来确保灯具不会消耗过量功率，同时消耗足够功率以确保灯具确实辐射光。
在本发明的另一优选形式中，提供一种用于防止因在灯具中使用具有超过针对灯具选择的安全额定值的功率额定值的灯而产生的可能危险的状况的发生的方法，其中所述灯具的亮度不必实质性下降到具有或低于所述选定安全功率额定值的灯可产生的亮度以下。根据所述方法，通过限流器将AC电功率传导到所述灯具，所述限流器具有与具有相对低电阻的电阻器串联且与具有相对高电阻的电阻器并联连接的热响应开关，所述开关和电阻器经热连接。同时通过辅助限流器将AC电功率传导到所述灯具的灯，在所述热响应开关激活后，所述辅助限流器即刻减少但并不阻止流到所述灯的电流。
附图说明
图1是以优选形式体现本发明的原理且可在实践本发明方法的优选形式时使用的功率限制设备的示意图。
图2是以另一优选形式体现本发明的原理且还可在实践本发明方法的另一优选形式时使用的功率限制设备的示意图。
具体实施方式
接着参见图式，图1中展示负载L，其可为可通过本发明的功率限制设备连接到AC功率源的灯具的一个或一个以上白炽灯。功率限制设备包含绝热壳体C，输入引线或导体IC和输出引线或导体OC延伸穿过所述壳体C。输入导体IC通过双金属热响应开关B和串联电阻器S连接到壳体C内的输出导体OC。并联电阻器P连接在开关两端，即与其并联。并联开关具有远远超过串联电阻器的电阻值的电阻值。在开关和电阻器全部在壳体C内的情况下，开关和电阻器热连接。旁路导体BC通过用以提供辅助限流器的二极管D1连接到优选在壳体C外部的输入导体IC和输出导体OC，如图所示。
在正常使用时，AC电流基于全波周期流过开关B和串联电阻器S。电流还基于半波周期流过二极管D1。然而，如果负载L被切换成具有过量功率额定值(即，具有过量瓦数)的另一负载，那么这会导致通过串联电阻器S的电流实质性增加，这会产生实质性较多的热量。当温度响应开关B的温度到达其跳闸温度(triptemperature)时，其断开。开关B的断开使并联电阻器P在线路上，并联电阻器P之前由处于闭合位置的开关短接。
由于电阻器P具有相对高的值，所以通过负载的电流实质性下降。然而电流仍流过电阻器P，因为电流一直以半波形式流过二极管D1。开关B的跳闸断开因此将通过负载的电流减少约一半。然而在壳体C内仍产生的热量防止开关B重新闭合且来回循环。
同样，负载L可为白炽灯泡，如具有钨丝的灯泡或吊扇器具的灯具组件中的一组灯泡。灯或组合的灯可具有100瓦的额定值。当使用具有100瓦或100瓦以下的组合功率额定值的灯泡时，器具按设计以安全方式发光。然而，如果使用具有显著较高瓦数(比如200瓦)的灯泡，那么可能会出现危险状况。在此情况下，串联电阻器S发射的热量将增加，进而使壳体C内的温度和温度响应开关B的温度升高到其触发温度。作为响应，开关B断开，进而使电阻器P处于线路上与电阻器S串联，开关P先前已由闭合的开关B短接。这又减少通过负载L的电流。负载可实际上返回到其所设计针对的100瓦水平而不是产生200瓦。在任何情况下来自灯泡的光均将不会熄灭，因为电流将持续流过灯泡，尽管是以降低的水平。以此方式，将避免至少可能因使用高于额定的灯泡而导致的危险状况，同时也不会因所有灯的突然熄灭而产生可能危险的状况。虽然旁路导体和二极管的使用是优选的，但只要使用具有选定灯具额定值的适当值的电阻器，旁路导体和二极管的使用便不是必要的。
图2中展示本发明的另一实施例。此处的设备与图1中所示的设备相同，但是添加了连接到输出引线或导体OC的另一二极管D2。当负载汲取比壳体C的功率限制设备及其内部电路的额定值高的电流时，此实施例是优选的。举例来说，在其全负载额定值为4安培的情况下，将双金属开关设定为在3安培下断开，但灯负载为5安培。在此情形下，显然无法使用功率限制器。然而如果包含二极管D2则准许此情况。
此处，二极管D2以与二极管D1的极性相反的极性连接到输出引线。或者其可连接到输入引线。通过壳体C内的电路的电流被减半，进而准许其使用。因此对于5安培的负载额定值，2.5安培将通常流过壳体C及其内部电路，且2.5安培流过二极管D1。如果以7安培的过量灯负载作为替代，那么3.5安培将流过壳体C且3.5安培流过二极管D1。开关B将在3安培下断开且通过灯的电流将大部分仅通过二极管D1，但较小的电流将持续流过壳体C，其足以维持开关B断开。
实例一
灯负载额定值为140瓦且使用140瓦灯。
功率源：120VAC
串联电阻器S：0.4欧
并联电阻器P：25K欧
开关B触发温度：120摄氏度
负载：140瓦
此处，通过串联电阻器S和负载(灯)的电流是140/120或1.167安培。电阻器S两端的电压降是1.167x0.4＝0.466伏。串联电阻器S中在壳体C中产生热量时的功率损失为0.54瓦。这不足以触发开关。
实例二
灯负载额定为140瓦，但使用200瓦灯泡。
功率源：120VAC
串联电阻器S：0.4欧
并联电阻器P：25K欧
开关B触发温度：120摄氏度
负载：200瓦
此处，通过串联电阻器S的电流是200/120或1.67安培。串联电阻器S两端的电压降是1.67x0.4或0.668伏。串联电阻器S中在壳体C内产生热量时的功率损失是1.11瓦。这加上因高于额定的灯产生的增加的热量所产生的双金属开关B周围的环境温度增加足以使开关的温度升高到高于其120摄氏度的触发温度。因此开关B断开，这使并联电阻器P与灯负载L一起处于线路上。电流减少到25K/120或0.0048安培，其足以使灯持续产生光。在开关断开情况下25K欧并联电阻器P中的功率损失为0.57瓦。其产生的热量足以保持开关断开，直到其通过使灯断开而复位为止。
壳体C可具有单部件袋状外壳(baghousing)，其在其末端由树脂封闭以使开关B防霉，以用于例如高湿度和污浊等不利环境中。也可使用未密封的型式或板条型式。对于吊扇，由德国立米特有限公司(LimitorGmbH)制造的未密封Y5型号已证明可以可靠地操作。在所述环境中其无需密封。
对灯(负载L)的通电和断电可由常规的壁装开关单独地或在灯与风扇一起使用的情况下随着风扇接通或断开的切换来控制。或者，可将三位置开关用于灯，其中一个位置是断电，第二位置用于仅通过由壳体C及其内部电路提供的功率限制器电路对灯的操作，且第三位置添加具有二极管D1的辅助线路。
因此可见现在提供一种设备和方法，用于在有意地或无意地使用高于额定的灯时限制例如灯等负载消耗的功率。重要的特征在于此高于额定的灯仍可发光，进而避免因无法预期的黑暗而突然出现可能危险的情形，同时避免了过量发热的另一可能危险的情形。这是以最少的功率限制电路和费用来实现的，鉴于功率限制器对灯的操作来说本质上并非必要的事实，最少的功率限制电路和费用是另一重要特征。
应了解，刚才描述的实施例仅用以用本发明的优选形式说明本发明的原理。当然可在不脱离如所附权利要求书中陈述的本发明的精神和范围的情况下对其做出添加和删除以及其它修改。

Claims (9)

1.一种功率限制设备，其包括：
绝热外壳，其具有延伸穿过所述外壳的适于与AC功率源连接的输入导体，和延伸穿过所述外壳的适于连接到灯的输出导体；
热响应开关，其安装在所述外壳内，通过具有相对低电阻的串联电阻器而以可切换方式连接所述输入导体与所述输出导体；
具有相对高电阻的并联电阻器，其与所述开关并联安装在所述外壳内；
旁路导体，其通过二极管连接到所述输入导体和所述输出导体；以及
第二二极管，所述第二二极管连接到所述输出导体或所述输入导体，其中所述第二二极管的极性相对于所述二极管的极性相反，借此如果所述灯在使用时超过其最大功率额定值，那么所述外壳内的温度可上升到足以致使所述热响应开关断开且进而使所述并联电阻器与所述串联电阻器串联而减少但不终止通过所述灯的电流的水平。
2.根据权利要求1所述的功率限制设备，其中所述热响应开关是双金属的。
3.根据权利要求1所述的功率限制设备，其中所述二极管位于所述外壳的外部。
4.一种功率限制设备，其用于将灯具的功率限制于所述灯具的功率额定值的功率以避免因使用具有超过所述灯具功率额定值的功率额定值的灯而发生的危险情形的产生，且其中所述设备包括：
绝热外壳，其具有延伸穿过所述外壳的适于与AC功率源连接的输入导体，和延伸穿过所述外壳的适于连接到灯的输出导体；
热响应开关，其安装在所述外壳内，通过具有相对低电阻的串联电阻器而以可切换方式连接所述输入导体与所述输出导体；
具有相对高电阻的并联电阻器，其与所述开关并联安装在所述外壳内；
旁路导体，其通过二极管连接到所述输入导体和所述输出导体；以及
第二二极管，所述第二二极管连接到所述输出导体或所述输入导体，其中所述第二二极管的极性相对于所述二极管的极性相反，借此如果所述灯在使用时超过其最大功率额定值，那么所述外壳的温度可上升到足以致使所述热响应开关断开且进而使所述并联电阻器与所述串联电阻器串联而减少但不终止通过所述灯的电流的水平，因此避免危险情形的产生，同时仍通过使用高于额定的灯而确保持续发光。
5.一种防止因使用具有超过针对正使用的灯具预先选择的安全额定值的功率额定值的灯而产生的危险状况的出现的方法，其中所述灯具的亮度不会实质性下降到具有所选定安全额定值或以下的灯可产生的亮度以下，且其中所述方法包括通过限流器将AC电功率传导到所述灯具，所述限流器具有与具有相对低电阻的电阻器串联且与具有相对高值的电阻器并联连接的热响应开关，同时通过辅助限流器将AC电功率传导到所述灯具的灯，其中通过充当所述辅助限流器的二极管将AC电功率同时传导到所述灯具的灯，且通过所述限流器和具有与所述辅助限流器二极管的极性相反的极性的另一二极管将AC功率传导到所述灯具的灯。
6.根据权利要求5所述的方法，其中在所述热响应开关与具有相对低电阻的所述电阻器热连接的情况下通过所述限流器传导电功率。
7.根据权利要求6所述的方法，其中在所述热响应开关与具有相对高电阻的所述电阻器热连接的情况下通过所述限流器传导AC电功率。
8.一种限制通过具有最大AC功率额定值的灯具中的灯的电流的方法，且其中所述方法包括：
通过热响应开关和具有相对低电阻的电阻器将电流传递到所述灯，所述热响应开关具有电连接在其两端且与其热连接的具有相对高电阻的电阻器；
同时通过充当辅助限流器的二极管将AC电功率传导到所述灯具的灯，并通过限流器和具有与所述辅助限流器二极管的极性相反的极性的另一二极管将AC功率传导到所述灯具的灯，借此如果在所述灯具中使用具有超过所述最大AC功率额定值的功率额定值的灯，那么所述热响应开关跳闸且使具有相对高电阻的所述电阻器处于线路上与所述灯串联，进而减少通过所述灯的电流。
9.一种限制通过具有最大AC功率额定值的灯具中的灯的电流以避免因使用具有超过所述灯具的功率额定值的功率额定值的灯而出现的危险情形的产生同时确保所述灯持续发射显著的光的方法，且其中所述方法包括：
通过热响应开关和具有相对低电阻的串联电阻器将电流传递到所述灯，所述热响应开关具有电连接在其两端且与其热连接的具有相对高电阻的并联电阻器，所述并联电阻器在所述热响应开关的断开后即刻与所述串联电阻器串联连接，使得过量功率的所述灯持续消耗功率但不会实质性高于所述功率额定值，同时通过充当辅助限流器的二极管将AC电功率传导到所述灯具的灯，并通过限流器和具有与所述辅助限流器二极管的极性相反的极性的另一二极管将AC功率传导到所述灯具的灯。
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