DE1044964B

DE1044964B - Control device to keep the brightness of lamps constant, especially for airport runway lighting

Info

Publication number: DE1044964B
Application number: DEL28701A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Arthur Korbel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-09-25
Filing date: 1957-09-25
Publication date: 1958-11-27

Description

DEUTSCHESGERMAN

Zur Sicherung des Flughafenverkehrs werden die Grenzen der Rollbahnen durch Speziallampen markiert, von denen jede über einen eigenen Wandler gespeist wird. Es ist bekannt, die Lampenwandler sowohl in Parallel- als auch in Serienschaltung zu speisen. Die Parallelspeisung hat den Nachteil, daß wegen der heute vielfach sehr langen Rollbahnen und der dadurch bedingten großen Länge für die Lampenkabel die Spannungsabfälle am Ende der Kabel beträchtlich sein können, so daß die Helligkeit der einzelnen Lampen zum Kabelende hin geringer ist. Um die Helligkeitsunterschiede gering zu halten, darf ein maximal zulässiger Spannungsabfall von etwa 3 % nicht überschritten werden, was einen großen Leiterquerschnitt der Lampenkabel bedingt. Man bevorzugt heute allgemein eine Serienspeisung der Lampen, die den Vorteil hat, daß wegen des überall gleich großen Lampenstromes die Helligkeit aller Lampen gleichmäßig ist. Ein optimaler Wirkungsgrad der Anlage wird dabei erreicht, wenn man einen maximalen Spannungsabfall von etwa 25 bis 30 % zuläßt, so daß die Leiterquerschnitte der Kabel geringer bleiben können. Ein weiterer Vorteil dieser Speisungsart besteht darin, daß die einzelnen Lampen nicht durch Sicherungen geschützt werden müssen, da bei Kurzschluß eines Lampenwandlers der Verbraucherwiderstand des Lampenkreises nur wenig verändert wird, der Leistungstransformator also keinesfalls kurzgeschlossen wird. Man muß bei dieser Speisungsart in Kauf nehmen, daß die Speisespannung des Leistungstransformators recht groß ist. Die dadurch bedingte Gefahr ist jedoch nur an den Klemmen des Leistungstransformators vorhanden, nicht aber beim Auswechseln ausgefallener Lampen. Die bei der Serienschaltung notwendigerweise auftretende hohe Speisespannung kann man in bekannter Weise dadurch verringern, daß man einmal Lampen mit geringer Speisespannung verwendet, was außerdem den Vorteil hat, daß der Heizfaden kürzer gewählt werden kann und dadurch die Lichtquelle relativ punktförmig wird, und daß man die Gesamtlampenzahl in drei Gruppen unterteilt und jede dieser Gruppen mit der dann geringeren Speisespannung speist. Die Unterteilung in Gruppen wird so vorgenommen, daß von je drei aufeinanderfolgenden Lampen jede einem anderen Speisekreis angehört. Diese Aufteilung hat zudem den besonderen Vorteil, daß selbst bei Ausfall zweier Speisekreise die Rollbahn gerade noch hinreichend gekennzeichnet ist. Um die Helligkeit der Lampen den von den jeweiligen Wetterbedingungen abhängigen Helligkeitswerten anpassen zu können, ist bei den bekannten Befeuerungsanlagen eine meistens fünfstufige Helligkeitssteuereinrichtung vorgesehen, die von einer Zentrale aus fernbedient wird.To safeguard airport traffic, the boundaries of the taxiways are marked by special lamps, each of which is powered by its own converter. It is known to feed the lamp converters both in parallel and in series. The parallel feed has the disadvantage that because of the often very long runways and the resulting great length for the lamp cables, the voltage drops at the end of the cables can be considerable, so that the brightness of the individual lamps is lower towards the cable end. In order to keep the differences in brightness low, a maximum permissible voltage drop of around 3 % must not be exceeded, which requires a large conductor cross-section for the lamp cables. A series supply of the lamps is generally preferred today, which has the advantage that, because the lamp current is the same everywhere, the brightness of all lamps is uniform. An optimal efficiency of the system is achieved if a maximum voltage drop of about 25 to 30% is allowed, so that the conductor cross-sections of the cables can remain smaller. Another advantage of this type of supply is that the individual lamps do not have to be protected by fuses, since the consumer resistance of the lamp circuit is only slightly changed in the event of a short circuit in a lamp converter, so the power transformer is by no means short-circuited. With this type of supply you have to accept that the supply voltage of the power transformer is quite high. However, the resulting danger is only present at the terminals of the power transformer, but not when replacing failed lamps. The high supply voltage necessarily occurring in the series connection can be reduced in a known manner by using lamps with a low supply voltage, which also has the advantage that the filament can be chosen to be shorter and the light source is relatively point-shaped, and that the The total number of lamps is divided into three groups and each of these groups is fed with the then lower supply voltage. The subdivision into groups is carried out in such a way that each of three consecutive lamps belongs to a different supply circuit. This division also has the particular advantage that even if two feed circuits fail, the runway is just sufficiently marked. In order to be able to adapt the brightness of the lamps to the brightness values dependent on the respective weather conditions, a mostly five-stage brightness control device is provided in the known lighting systems, which is remote-controlled from a control center.

Regeleinrichtung zur Konstanthaltung
der Helligkeit von Lampen,
insbesondere für Flughäfen-Rollbahnbefeuerung Control device for keeping constant
the brightness of lamps,
especially for airport runway lighting

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dipl.-Ing. Arthur Korbel, Gelsenkirchen-Buer,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Arthur Korbel, Gelsenkirchen-Buer,
has been named as the inventor

Für die Sicherheit des Flugbetriebes ist es erforderlieh, daß die Helligkeit aller Lampen innerhalb der eingestellten Helligkeitsstufen konstant bleibt, was nur durch eine Regelung erreicht werden kann. Im vorliegenden Fall ist aber eine solche Regelung nicht sehr einfach durchzuführen, da sehr viele Störgrößen berücksichtigt werden müssen; als Störgrößen kommen insbesondere Schwankungen der Speisespannung des Leistungstransformators in Frage und Belastungsänderungen im Verbraucherkreis. Spannungsschwankungen am Eingang des Leistungstransformators bewirken unmittelbar eine Änderung des Verbraucherstromes und damit eine Änderung der Lampenhelligkeitswerte. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Helligkeit der Lampen durch Spannungsregelung konstant zu halten. Bei der heute kaum noch verwendeten Parallelspeisung von Lampen ist diese Art der Regelung ohne weiteres möglich; bei einer Serienschaltung der Lampen ist sie jedoch nachteilig, da die zweite wesentliche Störgröße, die Belastungsänderung, nicht genügend erfaßt werden kann.For the safety of flight operations it is necessary that the brightness of all lamps remains constant within the set brightness levels, what can only be achieved through regulation. In the present case, however, there is no such rule very easy to carry out, since a large number of disturbance variables have to be taken into account; come as disturbance variables in particular fluctuations in the supply voltage of the power transformer in question and changes in load in the consumer circuit. Voltage fluctuations at the input of the power transformer cause an immediate change in the consumer current and thus a change in the lamp brightness values. It has already been suggested that Keeping the brightness of the lamps constant by regulating the voltage. The one that is hardly used today This type of control is easily possible when lamps are fed in parallel; with a series connection However, it is disadvantageous for lamps, since the second essential disturbance variable, the change in load, is not can be detected sufficiently.

Belastungsänderungen in seriengespeisten Lampenkreisen werden während des Betriebes hervorgerufen durch Ausfall von Lampen und durch relativ große Widerstandsänderungen im Belastungskreis, die durch starke Temperaturänderungen der im Freien betriebenen Anlage bedingt sind. Um eine einwandfreie Konstanthaltung der Helligkeit zu erzielen, muß daher die Abweichung vom Regler dauernd ausgeregelt werden. Eine Regelung der Lampenhelligkeit durch Regelung der Speisespannung ist selbst bei Aufschal-Changes in load in series-fed lamp circuits are caused during operation through failure of lamps and through relatively large changes in resistance in the load circuit, which are caused by strong temperature changes in the system operated outdoors are caused. To a flawless To keep the brightness constant, the deviation from the controller must therefore be continuously corrected will. The lamp brightness can be regulated by regulating the supply voltage even when

«09 680/259«09 680/259

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tung von Störgrößen nur innerhalb eines begrenzten pedanzen in den vier Zweigen der Brücke verlustlos Regelbereiches möglich, nämlich nur dann, wenn die sind, hat die Schaltung die Eigenschaft, daß ihr Aus-Zahl der ausgefallenen Lampen im Vergleich zu der gangsstrom unabhängig von der Art und der Größe Gesamtzahl aller Lampen nicht zu groß wird. Diese des Belastungswiderstandes 'konstant ist, wenn sie auf Begrenzung des Regelbereiches und eine bestimmte 5 die Frequenz der Speisespannung als Resonanzfre-Ungenauigkeit der Regelung ergibt sich aus der Tat- quenz abgestimmt ist. Bei ohmscher Belastung der Sache, daß zwecks Konstanthaltung der Lampenheilig- Brücke ist in diesem Fall der Leistungsfaktor cos φ keit die zur Speisung des Lampenkreises erforderliche der Anlage gleich 1, jedoch sind die vier Zweigströme Spannung bei steigendem Ausfall von Lampen nicht der Anordnung nicht bestimmt und können beliebige proportional der Anzahl der ausgefallenen Lampen io Werte annehmen. Durch die Tatsache, daß in der geringer wird, sondern nur zunächst geringer und Praxis alle Impedanzen verlustbehaftet sind, ergibt dann nach Überschreiten einer bestimmten Anzahl von es sich, daß in dieser Brückenschaltung nicht die notausgefallenen Lampen wieder größer wird, wobei wendigen Voraussetzungen eingehalten werden, was sogar der Spannungswert für die Speisung des völlig zur Folge hat, daß der Ausgangsstrom bei Änderungen betriebsbereiten Lampenkreises überschritten wird. 15 der Belastung doch in geringem Maße verändert wird. Diese Abhängigkeit der Speisespannung von dem Zwar wird bei dieser Abweichung von den Vorausset-Betriebszustand des Lampenkreises wird durch die zungen nunmehr die Unbestimmtheit der vier Zweig-Verwendung der Lampentransformatoren hervorgeru- ströme aufgehoben, jedoch zeigt sich dann, daß sie fen, die vorwiegend Stromwandlereigenschaften auf- noch in unzulässigem Maße von zufälligen Umstänweisen. Mit dem Durchbrennen einer Lampe wird der 20 den, beispielsweise sehr geringen Differenzen der ohm-Sekundärkreis des speisenden Lampentransformators sehen Verlustanteile der Impedanzen, abhängig sind, geöffnet, so daß an sich der Spannungsabfall auf sei- Das bedingt, daß aus Gründen der Sicherheit die vier ner Primärseite erhöht wird; während der Transfor- Brückenimpedanzen stark überdimensioniert werden mator bei geschlossenem Sekundärkreis für den Pri- müssen. Um diese Nachteile zu vermeiden und gleichmärstrom einen ohmschen Widerstand darstellt, stellt 25 zeitig die Verluste der Brückenschaltung zu verer nach dem Durchbrennen der Lampe einen vor- ringern, stimmt man die Brücke nicht ganz auf Resowiegend induktiven Widerstand dar, dessen Betrag nanz ab, was aber wieder die Abhängigkeit des nunmehr größer geworden ist. Liegt dieser sekundär- Brückenausgang,sstromes noch weiter vergrößert. Die seitig offene Lampentransformator in Reihe mit meh- Schwankungen des Ausgangsstromes bei Belastungsreren gleichartigen aber sekundärseitig durch die 30 änderungen bleiben allerdings in solchen Grenzen, daß Nennbürde abgeschlossenen Lampentransformatoren die Steuereinrichtung da noch verwendet werden kann, im Verbraucherkreis des Leistungstransformators, so wo keine sehr große Genauigkeit verlangt wird,
ist sei betragsmäßig größerer Spannungsabfall gegen- Die Verwendung dieser Brückenschaltung hat im über den Spannungsabfällen an den anderen Lampen- Zusammenhang mit der Helligkeitsregelung von Lamtransformatoren um etwa 90° phasenverschoben. Diese 35 pen noch einen Nachteil, der erwähnt werden muß. induktive Komponente des Spannungsabfalles im ge· Bekanntlich ist die Helligkeit einer Lichtquelle absamten Verbraucherkreis ist zunächst klein gegenüber hängig vom Effektivwert des Stromes; bei Verwender ohmschen Komponente, was bewirkt, daß die zur dung der Brückenschaltung als Stromkonstanthalter Konstanthaltung der Verbraucherstromes erforder- ist aber der Ausgangsstrom nur annähernd konstant, liehe Speisespannung geringer wird; mit steigendem 40 solange seine Kurvenform unverändert bleibt. Für Ausfall von Lampen werden weitere Lampentransfor^ jede Kurvenform des Ausgangsstromes ergibt sich matoren sekundärseitig geöffnet, und die induktive hier eine andere Abhängigkeit von der Art und Größe Komponente des Spannungsabfalles im Verbraucher- der Belastung. Durch den Ausfall vom Lampen werden kreis wird größer. Das hat zur Folge, daß die Speise- die ihnen zugeordneten und dann sekundärseitig offespannung mit weiterem Lampenausfall wieder an- 45 nen Lampentransformatoren durch den Verbrauchersteigen muß, wenn der Verbraucherstrom konstant strom bis in ihr Sättigungsgebiet vormagnetisiert, was gehalten werden soll. eine Verzerrung der Kurvenform des Verbraucher-Handling of disturbance variables only possible within a limited pedanzen in the four branches of the bridge lossless control range, namely only when they are, the circuit has the property that its number of failed lamps compared to the output current regardless of the type and the size of the total number of lamps does not become too large. This of the load resistance is constant if it is tuned to the limitation of the control range and a certain frequency of the supply voltage as a resonance frequency inaccuracy of the control results from the frequency. In the case of an ohmic load on the thing, that in order to keep the Lampenheilig bridge constant, in this case the power factor cos φ is the system required to feed the lamp circuit equal to 1, but the four branch currents voltage are not determined by the arrangement and with increasing failure of lamps can assume any values proportional to the number of failed lamps. Due to the fact that it is lower, but only initially lower and in practice all impedances are lossy, then after a certain number of times has been exceeded, the lamps that have failed in this bridge circuit do not increase again, whereby agile requirements are met, which even the voltage value for the supply of the completely has the consequence that the output current is exceeded in the event of changes in the operational lamp circuit. 15 the load is changed to a small extent. This dependency of the supply voltage on the current is, although this deviation from the prerequisite operating state of the lamp circuit is now canceled out by the tongues, the indeterminacy of the four branch use of the lamp transformers, but then it becomes apparent that they have the predominant current transformer properties - still to an inadmissible extent from coincidental circumstances. When a lamp burns out, the 20 den, for example very small differences in the ohm secondary circuit of the supplying lamp transformer, see loss components of the impedances, are opened, so that the voltage drop in itself is open ner primary side is increased; during the transformer bridge impedances are greatly oversized mator with a closed secondary circuit for the primary. In order to avoid these disadvantages and uniform current represents an ohmic resistance, the losses of the bridge circuit are reduced in time after the lamp has burned out again the dependency of the has now increased. If this secondary bridge output is located, the current is increased even further. The side open lamp transformer in series with several fluctuations in the output current with load rere similar but on the secondary side due to the 30 changes remain within such limits that nominal burden closed lamp transformers the control device can still be used in the consumer circuit of the power transformer, so where no very high accuracy is required
The use of this bridge circuit has been phase-shifted by about 90 ° in relation to the voltage drops on the other lamps in relation to the brightness control of LAM transformers. This 35 pen has another disadvantage that must be mentioned. inductive component of the voltage drop in the ge · As is well known, the brightness of a light source across the entire consumer circuit is initially small compared to the effective value of the current; in the case of users, ohmic components, which means that it is necessary to keep the consumer current constant for making the bridge circuit as a current stabilizer, but the output current is only approximately constant, and the supply voltage is lower; with increasing 40 as long as its curve shape remains unchanged. If lamps fail, further lamp transformers are opened. Every curve shape of the output current is produced on the secondary side, and the inductive component depends on the type and size of the component of the voltage drop in the consumer load. Due to the failure of the lamps, the circle becomes larger. The consequence of this is that the supply must increase the open voltage assigned to them and then on the secondary side with further lamp failure again through the consumer lamp transformers if the consumer current is pre-magnetized until it reaches its saturation area, which is to be maintained. a distortion of the curve shape of the consumer

Die obigen Ausführungen zeigen, daß infolge dieser stromes und damit auch eine Änderung seines Effektiv-The above explanations show that as a result of this current and thus also a change in its effective

Verhältnisse eine Spannungsregelung zwecks Kon- wertes zur Folge hat. Da der bekannte Stromkonstant-Conditions result in a voltage regulation for the purpose of value. Since the well-known constant current

stanthaltung der Lampenhelligkeit nur mit größten 50 halter aber nicht den Effektivwert des Stromes kon-The lamp brightness can only be maintained with the largest holder, but not the effective value of the current.

Schwierigkeiten innerhalb eines eng begrenzten Regel- stant hält, ergibt sich mit Änderung der BelastungKeeping difficulties within a narrowly limited set of rules arises when the load changes

bereiches und da auch nur mit sehr schlechter Ge- eine Helligkeitsänderung der Lampen, die unzulässigearea and there also only with very poor quality a change in brightness of the lamps, the impermissible

nauigkeit durchgeführt werden kann. In Erkenntnis Werte erreichen kann.accuracy can be performed. Can achieve values in knowledge.

dieser Tatsachen ist man dazu übergegangen, den Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eineof these facts has been passed, the subject of the present invention is one

Verbraucherstrom selbst durch sogenannte Strom- 55 Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der HelligkeitConsumption current itself through so-called current control device to keep the brightness constant

konstanthalter zu steuern. Diese Konstanthalter sind von Lampen, insbesondere Lampen zur Befeuerungto control constant holders. These stabilizers are lamps, especially lamps for lighting

Steuereinrichtungen, deren Eingriff in den Wirkungs- von Rollbahnen auf Flugplätzen, die über in SerieControl devices, their intervention in the operation of taxiways on airfields, which are over in series

ablauf der Anlage nicht auf Grund einer Messung der geschaltete Lampentransformatoren gespeist werden,operation of the system are not fed due to a measurement of the switched lamp transformers,

konstant zu haltenden Größe erfolgt. Damit ist aber Diese Regeleinrichtung weist die oben beschriebenensize to be kept constant takes place. However, this control device has that described above

schon dargelegt, daß bei diesen Einrichtungen nicht 60 Nachteile nicht auf und ist darüber hinaus universellIt has already been shown that these facilities do not have any disadvantages and, moreover, it is universal

mit einer so guten Genauigkeit gerechnet werden kann, verwendbar; durch zweckmäßigen Aufbau und Wahlcan be expected with such a good accuracy, usable; through appropriate structure and choice

wie sie bei Verwendung einer Regeleinrichtung er- geeigneter Bausteine ist ihre Betriebssicherheit unab-as they are when using a control device suitable modules, their operational reliability is independent.

halten wird. hängig von Wetterbedingungen und Aufstellungsort.will hold. depending on weather conditions and location.

Eine bekannte und heute viel verwendete Steuer- Infolge Verwendung stoßunempfindlicher Bauelemente einrichtung der obengenannten Art beruht auf einer 65 ist sie besonders als transportable Regeleinrichtung Brückenschaltung nach Boucherot. Bei dieser geeignet. Ihre Regelgenauigkeit wird selbst dann in Brückenschaltung liegt der Verbraucherkreis im Dia- keiner Weise beeinträchtigt; wenn sich die Belastung gonalzweig einer aus Impedanzen aufgebauten Brücke, innerhalb sehr weiter Grenzen ändert. Gemäß der Erdie von der Spannung des Leistungstransformators findung wird ein als Vorverstärker dienender selbstgespeist wird. Unter der Voraussetzung, daß die Im- 70 erregter Magnetverstärker in Abhängigkeit vomEffek-A well-known and widely used control due to the use of shock-resistant components Device of the type mentioned above is based on a 65, it is particularly useful as a transportable control device Bridge circuit according to Boucherot. Suitable for this. Even then, your control accuracy will be in Bridge circuit is the consumer circuit in the dia- not affected in any way; when the burden gonal branch of a bridge made up of impedances, changes within very wide limits. According to the Erdie The voltage of the power transformer is used to feed a preamplifier will. Assuming that the Im- 70 excited magnetic amplifier depending on the effect

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tivwert des Verbraucherstromes gesteuert, und sein gespeist wird, ergibt sich eine Abhängigkeit des Vor-Ausgangsstrom speist als Fremderregerstrom einen stromes von Netzspannungsschwankungen, was als oder mehrere Magnetverstärker, die als Stellglieder in Störgrößenaufschaltung die Regelung im stabilisierenden Stromkreis des den Verbraucher speisenden Lei- den Sinne beeinflußt,
stungstransformators eingeschaltet sind. 5 Um die Steilheit der statischen Verstärkerkennlinietive value of the consumer current is controlled and fed, there is a dependency of the pre-output current.Feeds a current of mains voltage fluctuations as an external excitation current, which acts as one or more magnetic amplifiers that act as actuators in feedforward control in the stabilizing circuit of the power supplying the consumer influenced,
power transformer are switched on. 5 About the steepness of the static amplifier characteristic

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen im Sinne eines größeren Verstärkungsfaktors zu verRegeleinrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und ändern, ist eine Rückkopplungswicklung 6 d vorgewird nachfolgend beschrieben. sehen, die vom Magnetverstärkerausgangsstrom durch-An embodiment of the present invention in the sense of a larger amplification factor to verRegeleinrichtung is shown in the drawing and change, a feedback winding 6 is described d is provided below. see that the magnetic amplifier output current through

Mit 1 ist der Leistungstransformator bezeichnet, flössen wird. Weiterhin ist eine Dämpfungswicklung6c der die Lampen 2 über in Serie geschaltete Lampen- io vorgesehen, die über eine i?-C-Kombination 11, 12 mit transformatoren 3 speist. Um auf einfache Weise eine den Verstärkerausgangsklemmen verbunden ist. Bei Anpassung an die doppelte Netzspannung vornehmen jeder Änderung der Ausgangsgröße des Verstärkers zu können, sind beispielsweise zwei Primärwicklungen wird auf die Dämpfungswicklung 6 c ein im stabilisievorgesehen, von denen jede für sich aus dem Netz über renden Sinne wirkender Impuls zurückgeführt. Diese Magnetverstärker 4 und 5 als Stellglieder des Regel- 15 nachgebende Rückführung gibt dem Regler zusätzlich kreises gespeist werden. Die beiden Magnetverstär- ein integrierendes Verhalten. Ohne diese Rückführung ker 4 und 5 sind einander parallel geschaltet und wer- ist wegen der vorhandenen Trägheiten im Regelkreis den fremderregt. Durch die Fremderregungsschaltung bei der Proportionalregelung nur ein ganz bestimmter wird erreicht, daß die Verstärker von sich aus im Verstärkungsgrad möglich. Überschreitet man diese Arbeitsbereich ihrer Kennlinie Konstanistromverhal- 20 Grenze, so ist kein stabiler Betrieb mehr möglich, ten zeigen. Zwischen dem Steuerstrom und dem Aus- Durch Einführung der nachgebenden Rückführung gangsstrom dieser Verstärker besteht innerhalb des _wi_rd die Änderungsgeschwindigkeit der Stellgröße Arbeitsbereiches strenge Proportionalität. Eine Ver- (Magnetverstärkerausgangsstrom) gemessen und auf größerung des Steuerstromes bewirkt eine Vergröße- den Regler zurückgeführt; die sich unter diesem Einrung der Magnetverstärkerausgangsströme, und eine 25 fl_uß zusätzlich ergebende Ausgangsgröße des Magnet-Änderung der .Belastung und Schwankungen der Speise- Verstärkers ist proportional dem Zeitintegral der aufspannung sind ohne wesentlichen Einfluß auf die Größe tretenden Stellgrößendifferenz. Der zusätzliche Eingriff der Ausgangsströme. Durch die gewählte Art der wirkt sich derart aus, daß im Augenblick der Stell-Magnetverstärkerschaltung wird damit schon eine größenänderung der Einfluß des Rückführungsgliedes wesentliche Stabilisierung des Stromes im Verbrau- 30 zunächst groß ist und dann entsprechend der Zeitcherkreis bewirkt. konstante des Kreises abklingt, so daß die Gesamtver-1 with the power transformer is referred to, will flow. Furthermore, a damping winding 6c is provided for the lamps 2 via series-connected lamps io, which feeds via an i? -C combination 11, 12 with transformers 3. In order to easily connect one of the amplifier output terminals. When adapting to double the mains voltage to be able to make any change in the output of the amplifier, for example two primary windings are provided on the damping winding 6 c in a stabilizing manner, each of which is fed back from the network via generating sense impulse. These magnetic amplifiers 4 and 5 as actuators of the control 15 yielding feedback gives the controller an additional circuit to be fed. The two magnetic amplifiers have an integrating behavior. Without this feedback, ker 4 and 5 are connected in parallel to one another and are separately excited because of the inertia in the control loop. The separate excitation circuit in the proportional control only achieves a very specific level of amplification that the amplifiers are inherently possible. If this working range of its characteristic constant current behavior limit is exceeded, stable operation is no longer possible, they show. There is strict proportionality between the control current and the output current of these amplifiers within the _w i _r d the rate of change of the manipulated variable working range. An increase (magnetic amplifier output current) measured and fed back to an increase in the control current causes an increase in the controller; the resulting under this constraint of the magnetic amplifier output currents, and a 25 fl _u ß additionally resulting output variable of the magnet. Load and fluctuations in the supply amplifier is proportional to the time integral of the voltage are without any significant influence on the size occurring manipulated variable difference. The additional intervention of the output currents. The selected type of has such an effect that at the moment the actuating magnetic amplifier circuit is already a change in size, the influence of the feedback element is initially large and the current in the consumer is substantially stabilized and then the timer circuit is effected accordingly. constant of the circle decays, so that the total

AIs Stellgröße wird den Steuerwicklungen der bei- Stärkung kurzzeitig herabgesetzt wird. Dadurch ist es den Magnetverstärker 4 und 5 der Ausgangsstrom möglich, daß trotz großer Gesamtverstärkung der eines zugleich zur Vorverstärkung dienenden weite- Regler stabil, d. h. pendelfrei, arbeitet,
ren Magnetverstärkers 6 zugeführt. Dieser Magnet- 35 Zur Glättung des Magnetverstärkerausgangsstromes verstärker wird über eine der beiden Sekundärwick- ist ein Kondensator 13 vorgesehen. Um den Stellstrom lungen von der Spannung eines zur Stromversorgung anpassen zu können, sind zwei einstellbare Widerder Hilfsstromkreise dienenden Transformators 7 ge- stände 14 und 15 vorgesehen, die darüber hinaus aber speist. Als Schaltung für den Magnetverstärker 6 ist noch eine Aufgabe für den Überstromschutz zu überdie Selbsterregungsschaltung gewählt, so daß dieser ₄₀ nehmen haben, was an anderer Stelle noch näher erVerstärker Konstantspannungsverhalten zeigt. Die läutert wird.As a manipulated variable, the control windings are briefly reduced when strengthening. This makes it possible for the magnetic amplifiers 4 and 5 of the output current that, in spite of the large overall amplification, the wide controller, which is also used for preamplification, works in a stable manner, ie without swinging,
Ren magnetic amplifier 6 is supplied. This magnetic amplifier 35 To smooth the magnetic amplifier output current, a capacitor 13 is provided via one of the two secondary windings. In order to be able to adapt the actuating current from the voltage of one to the power supply, two adjustable resistors for the auxiliary circuits are provided for transformers 7, posts 14 and 15, which, however, also feed. As a circuit for the magnetic amplifier 6, another task for the overcurrent protection has been selected via the self-excitation circuit, so that these ₄₀ have what is shown in more detail elsewhere in the amplifier constant voltage behavior. That is purified.

Steuerung dieses Magnetverstärkers erfolgt über die Wie bereits erwähnt wurde, hat der Regler die Aufmit 6 a bezeichnete Steuerwicklung, die von einem gäbe, den Effektivwert des Lampenstromes zu regeln, Strom gespeist wird, der der Regelabweichung des denn nur auf diese Weise kann die Helligkeit der Effektivwertstromes im Verbraucherkreis proportional 45 Lampen konstant gehalten werden. Für den vorliegenist. Die Erzeugung des der Regelabweichung propor- den Regelkreis ist eine Effektivwertregelung auch destionalen Gleichstromes erfolgt durch einen Meßwert- halb von besonderer Bedeutung, weil wegen der Verumformer, der zugleich die Funktion des Meßgliedes wendung von Magnetverstärkern als Stellglieder der übernimmt. Diese Einrichtung wird an anderer Stelle Lampenstrom die Form angeschnittener Sinuskurven noch näher beschrieben. 50 hat. Bekanntlich beruht ja die Regelung über Magnet-Der Magnetverstärker 6 ist so bemessen, daß sein verstärker darauf, daß je nach dem Aussteuerungs-Ausgangsstrom mit steigendem Strom in der Steuer- zustand die Anschnittswinkel geändert werden. Für wicklung 6 α geringer wird. Um diese Abhängigkeit die von der Sinuskurve abweichende Kurvenform zu erhalten, wird der Magnetverstärker durch einen ändert sich der Formfaktor mit dem Anischnittswinkel Strom (Vorstrom), der dem Steuerstrom in der Wick- 55 nach einer ganz bestimmten bekannten Gleichung, auf lung 6 a entgegenwirkt, vormagnetisiert. Zur Erzeu- die hier nicht näher eingegangen werden soll,
gung der Vormagnetisierung ist die Vorstromwick- Es kommt nun darauf an, einen Meßwertumformer lung 6 b vorgesehen, die über einen Gleichrichter 8 und zu finden, der den Effektivwert mißt und ihn in einen zwei Reihenwiderstände9 und IO an der Hilfswechsel- proportionalen Gleichstrom umformt. Verwendung von spannung des Transformators 7 liegt. Mit Hilfe des 60 Gleichrichtern ist nicht möglich, da in diesem Fall auf einstellbaren Widerstandes 9 wird der Vorstrom so den arithmetischen Mittelwert geregelt würde. Die eingestellt, daß die erforderliche Abhängigkeit zwi- zur Effektivwerterfassung geeigneten quadratischen sehen Eingangs- und Ausgangsstrom des Magnetver- Meßprinzipien auf elektromechanischen! Wege sollen stärkers erhalten wird und zugleich sichergestellt ist, bei der ernndungsgemäßen Anordnung nicht verwendaß der Arbeitspunkt stets in den linearen Arbeits- 65 det werden, da wegen ihrer beweglichen Teile die bereich der Verstärkerkennlinie fällt. Der Festwider- universelle Verwendbarkeit der Regeleinrichtung bestand 10 ist ein Reinmetallwiderstand, der zur Korn- schränkt würde.This magnetic amplifier is controlled via the As has already been mentioned, the controller has the control winding designated 6 a , which would be fed by a current that controls the effective value of the lamp current, the control deviation of the because only in this way can the brightness of the Effective value current in the consumer circuit proportionally 45 lamps are kept constant. For the present. The generation of the control loop proportional to the control deviation is an effective value control, including destional direct current, is carried out by means of a measured value, which is of particular importance because the converter, which also functions as the measuring element, uses magnetic amplifiers as actuators. This device is described in more detail elsewhere in the lamp current section. 50 has. As is well known, the regulation is based on the magnetic amplifier 6 is dimensioned such that its amplifier is based on the fact that the lead angles are changed as the current increases in the control state, depending on the modulation output current. For winding 6 α becomes less. In order to obtain this dependence of the curve shape deviating from the sinusoidal curve, the magnetic amplifier is changed by the shape factor with the cutting angle current (bias current), which counteracts the control current in the winding 55 according to a very specific known equation, on position 6 a , premagnetized. For the production, which will not be discussed in more detail here,
It is now important to provide a measuring transducer 6 b provided via a rectifier 8 and, which measures the rms value and converts it into two series resistors9 and IO at the auxiliary AC proportional direct current. Use of the voltage of the transformer 7 is located. Using the 60 rectifier is not possible, since in this case the bias current would be regulated to the arithmetic mean value on the adjustable resistor 9. The set that the required dependency between square input and output current of the magnet measurement suitable for rms value acquisition see measuring principles on electromechanical! Paths should be maintained more strongly and at the same time it should be ensured that the working point is not always used in the linear working 65 in the arrangement according to the designation, since the range of the amplifier characteristic falls due to its moving parts. The universal usability of the control device consisted of 10 is a pure metal resistor that would restrict the grain size.

pensation der durch Teniperaturschwankungen her- Für die erfindungsgemäße Regeleinrichtung wird die vorgerufenen Widerstandsänderungen dient. Da der Effektivwertmessung unter Ausnutzung des Wärme-Vorstromkreis von der Spannung des Transformators 7 70 effektes durchgeführt. Auf die Verwendungvon Thermo-compensation of the temperature fluctuations caused by temperature fluctuations called resistance changes is used. Because the rms value measurement using the heat pre-circuit carried out by the voltage of the transformer 7 70 effect. The use of thermal

umformern wurde verzichtet, da deren Leistungsabgabe zu gering und ihre Wärmeträgheit zu groß ist. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Diode mit reiner Wolframkathode zu verwenden. Bekanntlich ist der Sättigungsstrom dieser Dioden eindeutig der Heizfadentemperatur und damit dem Effektivwert des Heizstromes zugeordnet. Die Diode wird im Sättigungsstromgebiet betrieben und ist damit weitgehend unabhängig von ihrer Diodenspannung.converters were dispensed with because their power output is too low and their thermal inertia is too great. According to According to the invention, it is proposed to use a diode with a pure tungsten cathode. It is well known the saturation current of these diodes is clearly the filament temperature and thus assigned to the effective value of the heating current. The diode is in the saturation current area operated and is therefore largely independent of its diode voltage.

Ein besonderer Vorteil dieser Dioden besteht darin, daß sich neben der Umformung auch eine Verstärkung des Meß stromes ergibt, wenn ihr Arbeitspunkt in den obengenannten Arbeitsbereich verlegt wird. Da ihre Kennlinie im Diagramm Diodenstrom = f (Heizstrom) einen Knick aufweist, hat sie bei Verwendung als Meßglied in Regelkreisen zusätzlich den besonderen Vorteil, daß die Erzeugung einer der Abweichung der Regelgröße proportionalen Meßgröße nicht durch Vergleich zwischen Istwert der Regelgröße und einem konstanten Sollwert vorgenommen werden muß. Der Arbeitspunkt stellt sich unter den obengenannten Bedingungen bei dieser Diode selbsttätig innerhalb des linearen Arbeitsbereiches ein, bei dem ein Gleichgewichtszustand innerhalb des Regelkreises vorliegt.A particular advantage of these diodes is that, in addition to the reshaping, there is also an amplification of the measuring current when their operating point is moved to the above-mentioned operating range. Since its characteristic curve shows a kink in the diode current = f (heating current) diagram, it has the additional advantage when used as a measuring element in control loops that a measured variable proportional to the deviation of the controlled variable is not generated by comparing the actual value of the controlled variable and a constant setpoint must become. Under the above-mentioned conditions, the operating point for this diode is automatically set within the linear operating range in which there is a state of equilibrium within the control loop.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind zur Umformung der Regelgröße zwei Dioden 16 und 17 vorgesehen, deren Heizfäden in Serie geschaltet sind und von einem dem Verbraucherstrom proportionalen und durch einen Meßwandler 18 übersetzten Strom gespeist werden. Im normalen Betrieb ist der Heizkreis der Diode 17 durch den Kontakt α eines im Heizkreis der Diode 16 liegenden Relais^ kurzgeschlossen. Fällt während des Betriebes dieDiodel6 infolge Durchbrennens ihres Heizfadens aus, so wird das Relais^ stromlos, und sein Kontakt α geht in die gezeichnete Lage zurück. Dadurch wird der Kurzschluß des Heizfadens der Diode 17 rückgängig gemacht und gleichzeitig der Stromkreis über den Heizfaden dieser Diode geschlossen; der Kontakt (I₁ ist während des Betriebes geschlossen und der Kontakt d₂ geöffnet. Um den Ausfall der Diode 16 zu melden, ist eine in der Zeichnung nicht dargestellte Meldelampe vorgesehen, die beispielsweise über einen Ruhekontakt des Relais an Spannung gelegt wird. Zur Erzeugung der Diodenspannung wird die Spannung der zweiten Sekundärwicklung des Transformators 7 über eine Gleichrichterbrücke 19 gleichgerichtet.In the arrangement according to the invention, two diodes 16 and 17 are provided for converting the controlled variable, the heating filaments of which are connected in series and are fed by a current that is proportional to the consumer current and translated by a transducer 18. In normal operation, the heating circuit of the diode 17 is short-circuited by the contact α of a relay ^ located in the heating circuit of the diode 16. If the diode 6 fails during operation as a result of its filament burning, the relay ^ is de-energized and its contact α returns to the position shown. As a result, the short circuit of the filament of the diode 17 is reversed and at the same time the circuit is closed over the filament of this diode; the contact (I ₁ is closed during operation and the contact d _{2 is} open. To report the failure of the diode 16, a signal lamp (not shown in the drawing) is provided, which is connected to voltage, for example via a break contact of the relay the diode voltage, the voltage of the second secondary winding of the transformer 7 is rectified via a rectifier bridge 19.

Die Anpassung des Meßkreises an den Lampenstromkreis erfolgt in den verschiedenen Helligkeitsstufen über Anzapfungen auf der Sekundärseite des Meßwandlers 18. Dazu ist eine mit 20 bezeichnete Einrichtung vorgesehen, die beispielsweise über ferngesteuerte Schütze die Klemmen der Meßwandleranzapfungen mit den Bingangsklemmen des Meßgliedes verbindet. Der Regler regelt ständig auf den konstanten Meßstrom ein, bei dem sich der Gleichgewichtszustand im Gesamtkreis einstellt. Welcher Strom im Lampenkreis fließt, hängt von der Übersetzung des Wandlers 18 ab.The adaptation of the measuring circuit to the lamp circuit takes place in the various brightness levels via taps on the secondary side of the Measuring transducer 18. For this purpose, a designated 20 device is provided, for example via remote control Protect the terminals of the transducer taps with the input terminals of the measuring element connects. The controller constantly adjusts to the constant measuring current at which the state of equilibrium is achieved sets in the complete circle. Which current flows in the lamp circuit depends on the translation of the Converter 18.

Um die Heizfäden der Dioden 16 und 17 vor Überspannungen zu schützen, sind ihnen Sättigungsdrosseln 21 bzw. 22 parallel geschaltet. Zur Sollwerteinstellung sind den Heizfäden einstellbare Widerstände 23 und 24 parallel geschaltet.To protect the filaments of the diodes 16 and 17 from overvoltages, they are saturable chokes 21 or 22 connected in parallel. To adjust the setpoint, the heating filaments are adjustable resistors 23 and 24 connected in parallel.

Um dafür zu sorgen, daß beim Einschalten der Anlage auch immer die Diode 16 eingeschaltet wird, ist ein Relais D vorgesehen, das von der gleichgerichteten Spannung am Gleichrichter 19 gespeist wird. Die Einschaltung dieses Relais erfolgt über den Kontakt / eines Relais F, das in den Eingangskreis des Meßgliedes eingeschaltet ist. Damit das Relais D später als das Relais ^i anspricht, wird es durch Einschaltung des Widerstandes 25 und des Kondensators 26 ansprechverzögert bemessen. Zur Glättung der Spannung am Gleichrichter 19 ist der Kondensator 27 vorgesehen.In order to ensure that the diode 16 is always switched on when the system is switched on, a relay D is provided, which is fed by the rectified voltage at the rectifier 19. This relay is switched on via the contact / a relay F, which is switched on in the input circuit of the measuring element. So that the relay D responds later than the relay ^ i, it is dimensioned with a response delay by switching on the resistor 25 and the capacitor 26. The capacitor 27 is provided to smooth the voltage at the rectifier 19.

Um die Anlage vor Überstrom zu schützen, der insbesondere auch während der Umschaltzeit des Meßgliedes auf die Ersatzdiode 17 auftreten kann, ist ein Überstromrelais G vorgesehen, das über einen Stromwandler 28 von dem Verbraucherstrom gespeist wird. Beim Überschreiten eines bestimmten Maximalstromes im Ve„braucherkreis spricht das Relais G an, öffnet seinen Kontakt g und schaltet damit den Widerstand 14, der vorher kurzgeschlossen war, in den Steuerstromkneis der Magnetverstärker 4 und 5 ein. Dadurch wird der Ausgangsstrom dieser Verstärker verringert, so daß auch der Strom im Verbraucherkreis absinkt.In order to protect the system from overcurrent, which can occur in particular during the switching time of the measuring element to the replacement diode 17, an overcurrent relay G is provided, which is fed by the consumer current via a current transformer 28. When a certain maximum current in the consumer circuit is exceeded, the relay G responds, opens its contact g and thus switches the resistor 14, which was previously short-circuited, into the control current circuit of the magnetic amplifiers 4 and 5. This reduces the output current of these amplifiers, so that the current in the consumer circuit also drops.

Um zu verhindern, daß während des Betriebes, beispielsweise durch Bruch eines Lampenkabels, eine ge-In order to prevent a broken lamp cable during operation, for example

fährliohe Überspannung auftritt, kann man in den Haltestromkreis des den Netzschalter 29 betätigenden Schützes 30 einen nicht dargestellten Ruhekontakt des Relais P einschalten. Da bei einer Öffnung des Verbraucherkreises der Strom im Meßwandler 18 und damit auch im Relais F auf Null geht, fällt das Relais F ab und unterbricht über seinen ihm zugeordneten Kontakt den Haltestrom des Schützes 30, so daß dieses den Netzschalter 29 ausschaltet und damit die gesamte Anlage vom Netz abgetrennt wird. Dangerous overvoltage occurs, one can switch on a normally closed contact of the relay P, not shown, in the holding circuit of the contactor 30 which actuates the mains switch 29. Since the current in the transducer 18 and thus also in the relay F goes to zero when the consumer circuit opens, the relay F drops out and interrupts the holding current of the contactor 30 via its associated contact, so that it switches off the power switch 29 and thus the entire System is disconnected from the grid.

Es liegt im Wesen dieser Schaltung, daß bei gewissen Belastungsfällen und wenn zufällig im Nulldurchgang der Spannung geschaltet wird, ein Stromstoß im Sekundärkreis des Leistungstransformators 1 auftreten kann, so daß die Lampen 2 überlastet werden. Diese Erscheinung kann vor allem dann auftreten, wenn der Leistungstransformator nur mit wenigen Lampen belastet wird, er also praktisch im Kurzschluß arbeitet und seine Streuinduktivität allein den Kurzschlußstromstoß begrenzt. Die Magnetverstärker 4 und 5 stellen im Einschaltaugenblick nur einen geringen Begrenzungswiderstand dar. Aus diesem Grunde sind in ihren Eingangskreisen Begrenzungswiderstände31 und 32 angeordnet, die während des Betriebes durch Schalter überbrückt sind, beim Einschalten der Anlage jedoch kurzzeitig wirksam sind. Zu diesem Zweck kann beispielsweise — was in der Zeichnung allerdings nicht dargestellt ist — über einen Hilfskontakt des Schalters 29 ein besonderes Einschaltrelais eingeschaltet werden, das dann wiederum über einen ihm zugeordneten Arbeitskontakt nach einigen Perioden das Schütz 33 zur Einschaltung bringt, so daß dessen Schalterpole geschlossen werden und die Widerstände 31 und 32 überbrücken. Gleichzeitig wird über einen Hilfskontakt dieses Schützes auch der Steuerstromkreis der Magnetverstärker 4 und 5 für die Dauer des Einschaltvorganges unterbrochen.It is in the essence of this circuit that in certain load cases and if by chance in the zero crossing the voltage is switched, a current surge occurs in the secondary circuit of the power transformer 1 can, so that the lamps 2 are overloaded. This phenomenon can occur especially when the Power transformer is only loaded with a few lamps, so it works practically in a short circuit and its leakage inductance alone limits the short-circuit current surge. The magnetic amplifiers 4 and 5 are only a small limiting resistor when switched on. For this reason, in their input circuits limiting resistors 31 and 32 arranged, which during operation by switches are bridged, but are effective for a short time when the system is switched on. To this end can for example - which is not shown in the drawing - via an auxiliary contact of the Switch 29 a special switch-on relay can be switched on, which in turn is assigned to it Normally open contact after a few periods brings the contactor 33 to switch on, so that its Switch poles are closed and the resistors 31 and 32 bridge. At the same time is about one Auxiliary contact of this contactor also controls the control circuit of the magnetic amplifiers 4 and 5 for the duration of the Switch-on process interrupted.

Claims

Claims ·.

1. Control device for keeping the brightness of lamps constant, especially lamps for Lighting of taxiways on airfields via lamp transformers connected in series are fed, characterized in that a self-excited magnetic amplifier serving as a preamplifier (6) is controlled depending on the effective value of the consumer current and be Output current as external excitation current feeds one or more magnetic amplifiers 4, 5, which act as actuating

elements in the circuit of the power transformer (1) feeding the consumer are.

2. Control device according to claim 1, characterized in that the measurement of the controlled variable by a diode (16) operating in the saturation current area, the diode current of which in this area Working range regardless of the size of their diode voltage clearly the temperature of their Filament and thus the effective value of the heating current is assigned.

3. Control device according to claim 2, characterized in that as a measuring element for the control loop a diode with a directly heated tungsten cathode is used.

4. Control device according to claim 1 to 3, characterized in that the measuring element of the control circuit contains two diodes of the same type with series-connected filaments and that a relay (A) is switched on in the heating circuit of the first diode (16), which is switched on at the operationally minimal heating current of this diode responds with certainty and short-circuits the heating filament of the second diode (17) by means of a changeover contact (a) assigned to it, but when it drops it bridges the then interrupted heating circuit of the first diode.

5. Control device according to claim 1 to 4, characterized in that the heating filaments Diodes of the measuring element for setting the setpoint adjustable ohmic resistances (23, 24) and chokes (21, 22) are connected in parallel to protect against overvoltages.

6. Control device according to claim 1 to 5, characterized in that for the purpose of setting the Setpoint of the controlled variable in the different brightness levels only the transmission ratio a measuring current transformer (18) located in the consumer circuit is changed.

7. Control device according to claim 1 to 6, characterized in that as actuators serving magnetic amplifiers (4, 5), current limiting resistors (31,32) are connected upstream which short-circuited with a time delay of a few periods after switching on the control device will.

8. Control device according to claim 1 to 7, characterized in that the control circuit the magnetic amplifier (4, 5) used as actuators only with a time delay of a few Periods after switching on the control device is closed.

9. Control device according to claim 1 to 8, characterized in that for the purpose of adjusting the control current in the control circuit of the magnetic amplifier (4, 5) used as actuators (4, 5), two adjustable ohmic resistors (14,15) are switched on, one of which (14) during the operation of a lying in the consumer circuit overcurrent relay (g) is defined by the normally closed contact (g) bridges and is turned on when exceeding the maximum allowable load current to limit the actuating current of the control device.

10. Control device according to claim 1 to 8, characterized in that the manipulated variable of the control loop influences the magnetic amplifier (6) serving as a preamplifier via a feedback winding (6 d).

11. Control device according to claim 1 to 9, characterized in that the manipulated variable of the Control loop via an i? -C timing element (11, 12) and a damping winding (6 c) as a preamplifier Serving magnetic amplifier (6) influenced in terms of a stabilizing effect.

12. Control device according to claim 1 to 11, characterized in that the voltage used to feed a bias current winding (6b) of the preamplifier (6) is taken from the alternating current network in order to simultaneously achieve a voltage feedforward.

Considered publications:
AEG-Mitteilungen 47, 1957, Mai-Juni-Heft, pp. 144 to 146.

1 sheet of drawings