DE1099041B

DE1099041B - Device for controlling or regulating the lamp voltage in stage lighting systems with variable transformers

Info

Publication number: DE1099041B
Application number: DES45875A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Watzinger; Dipl-Ing Dr-Ing Georg Sichling
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-09-30
Filing date: 1955-09-30
Publication date: 1961-02-09

Description

Einrichtung zur Steuerung oder Regelung der Lampenspannung in Bühnenbeleuchtungsanlagen mit Stelltransformatoren Bei der Bühnenbeleuchtung haben sich seit langer Zeit Stelltransformatoren, sogenannte Bordoni-Regler, gut bewährt. Diese werden im allgemeinen durch Seilzüge von einem Stellwerk aus verstellt. In neuerer Zeit ist man auch dazu übergegangen, die Seilzüge abzuschaffen und eine Fernverstellung der Transformatorschieber durch elektrische Stellmotoren vorzunehmen.Device for controlling or regulating the lamp voltage in stage lighting systems with variable transformers In stage lighting, variable transformers, so-called Bordoni regulator, well proven. These are generally made by cables adjusted from a signal box. In more recent times one has also gone over to Abolish the cables and remotely adjust the transformer slide make electric servomotors.

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung bei derartigen Einrichtungen, die geeignet ist, die Stelltransformatoren mit den in neuerer Zeit aufgekommenen elektronischen und magnetischen Regeleinrichtungen wieder besonders in Wettbewerb treten zu lassen. Als Hauptnachteil der mit Stelltransformatoren und elektrischen Stellmotoren arbeitenden Bühnenbeleuchtungseinrichtungen hat man es bisher empfunden, daß zusätzlich zu diesen Geräten, die sich an sich durchaus bewährt haben, noch Steuer- und Regeleinrichtungen benötigt werden, die verhältnismäßig viel Raum einnahmen und außerdem oft zu Störungen Anlaß gaben.The invention relates to an improvement in such devices, which is suitable for the variable transformers with the recently emerged electronic and magnetic control devices again particularly in competition to kick. As the main disadvantage of using variable transformers and electrical Stage lighting devices working with servomotors have so far been felt that in addition to these devices, which have proven themselves in themselves, still Control and regulating devices are required that took up a relatively large amount of space and also often gave rise to disturbances.

Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch behoben, daß die Motoren zur Steuerung in den Ausgang von Halbleiterverstärkern geschaltet sind, die mit impulszeitmodulierter Steuerspannung nach dem Amplivibratorprinzip arbeiten, und daß Mittel vorgesehen sind; die bei- fehlender Gegenspannung während des Motoranlaufs eine Überlastung und schädliche Erwärmung der Halbleiter verhindern.These disadvantages are eliminated according to the invention in that the Motors for control are connected to the output of semiconductor amplifiers, which work with pulse-time-modulated control voltage according to the amplivibrator principle, and that means are provided; the absence of counter voltage during motor start-up prevent overloading and harmful heating of the semiconductors.

Halbleiterverstärker sind an sich wesentlich kleinere Bauelemente als Röhren, Entladungsgefäße oder Magnetverstärker, wie sie bisher zur Steuerung von Motoren gebräuchlich waren. Ferner sind Halbleiterverstärker ohne weiteres sofort betriebsbereit, weil sie keine Heizung und damit keine Anheizzeit benötigen. Sie unterliegen auch keiner Abnutzung und brauchen daher nicht erneuert zu werden. Alle diese Punkte sind für die Bühnenbeleuchtungstechnik sehr wichtig, da die Zuverlässigkeit der verwendeten Einrichtungen eine große Rolle spielt und zumal auch der auf einer Bühne zur Verfügung stehende Raum sehr begrenzt ist.Semiconductor amplifiers are per se much smaller components as tubes, discharge vessels or magnetic amplifiers, as used previously for control purposes of engines were in use. Furthermore, semiconductor amplifiers are readily instant ready for operation because they do not require any heating and therefore no warm-up time. she They are also not subject to wear and tear and therefore do not need to be renewed. All these points are very important for the stage lighting technology because of the reliability the facilities used plays a major role and especially the one on one The space available on the stage is very limited.

Unter Halbleiterverstärkern versteht man im allgemeinen Einrichtungen, die mit Transistoren als Verstärkerelemente arbeiten. Darüber hinaus können für die Zwecke der Erfindung auch andere Halbleiterverstärkerlemente ver-,vendet werden, beispielsweise Widerstände mit magnetischer Sperrschicht, wie sie in dem Aufsatz von Welker »Magnetische Sperrschichten in Germanium« in der Zeitschrift für Naturforschung, Bd.8a (1R53), Seiten 681 bis 686, beschrieben sind.Semiconductor amplifiers are generally understood to mean devices which work with transistors as amplifier elements. In addition, for other semiconductor amplifier elements are also used for the purposes of the invention, for example, resistors with a magnetic barrier layer, such as those in the article von Welker "Magnetic Barrier Layers in Germanium" in the journal for nature research, Vol.8a (1R53), pages 681 to 686, are described.

Das an anderer Stelle vorgeschlagene Ampliv ibratorprinzip ermöglicht es, einen Halbleiterverstärker mit nahezu 100% Wirkungsgrad zu betreiben und damit die bei Stellmotoren erforderlichen Leistungen zu 'beherrschen. Der Grundgedanke dieses Prinzips besteht darin, einen Halbleiterverstärker im wesentlichen nur im geöffneten oder im gesperrten Zustand zu betreiben, wo die Eigenverluste des Halbleiters verhältnismäßig sehr gering sind. Der Übergangsbereich, in dem verhältnismäßig große Verlustleistungen auftreten können, wird dagegen sehr schnell durchstenert. Dabei werden dem Halbleiterverstärker impulszeitmodulierte Signale mit veränderbarem Tastverhältnis zugeführt. Das Tastverhältnis stellt ein Maß für die Dauer des Impulses zur Dauer der Impulspause dar. Je nachdem, ob der Impuls kurz oder lang ist, ergibt sich ein anderer Ausgangsmittelwert für den Transistor.The amplification vibrator principle proposed elsewhere allows it is to operate a semiconductor amplifier with almost 100% efficiency and thus to master the performance required for servomotors. The basic idea this principle consists in using a semiconductor amplifier essentially only in to operate open or locked state, where the inherent losses of the semiconductor are relatively very low. The transition area where relatively large Power losses can occur, however, is very quickly thrown through. Included the semiconductor amplifier receives pulse-time-modulated signals with a variable duty cycle fed. The duty cycle is a measure of the duration of the pulse in relation to duration the pulse pause. Depending on whether the pulse is short or long, the result is a different output mean value for the transistor.

Für den Erfindungsgegenstand ist jedoch noch ein weiterer Gesichtspunkt von Bedeutung. Bekanntlich liegt bei Motoren, wenn sie eingeschaltet werden, im ersten Augenblick ein verhältnismäßig niedriger Verbraucherwiderstand vor. Dies hängt damit zusammen, daß die Gegen-EMK zunächst nicht vorhanden ist und sich erst ausbilden muß, so daß Gefahr einer überlastung der Halbleiterverstärker besteht. Werden jedoch besondere Mittel vorgesehen, die eine solche Überlastung der Halbleiterverstärker während des Anlaßvorganges der Motoren vermeiden, so kann sich das anfängliche Fehlen der Gegen-EMK nicht schädlich auswirken. Dadurch werden die Halbleiterverstärker und die benötigten Steuerenergien noch kleiner, was gerade für die Bühnenbeleuchtungstechnik - dort sind im allgemeinen mehrere Hundert Beleuchtungsstromkreise einzustellen - raummäßig und leistungsmäßig sehr wichtig ist. Diei-n-FragekommendenMittel. können verschiedener Art sein. Es ist beispielsweise möglich, den Ausgangsstrom des Halbleiterverstärkers zu begrenzen, z. B. durch eine Sättigungsdrosselspule. Es ist auch möglich, auf . die -die Speisespannung des Halbleiterverstärkers liefefnden Mittel einzuwirken. Ferner können bei Anwendung einer von Wechselstrom gespeisten Vollweggleichrichterschaltung zur Speisung des Motorströinkteises und unter Anwendung des oben beschriebenen Amplivibratorprinzips für die Speisung des mit dem -Motgr in Reihe liegenden Halbleiterverstärkers Steuerimpulse verwendet werden, die die gleiche oder die doppelte Frequenz wie die Speisewechselspannung der Vol lweggleichrichterschaltung, haben. Hierbei wird die zeitliche Lage der Steuerimpulse so gewählt, daß sie symmetrisch zu der Einsattelung der Halbwellen der gleichgerichteten Wechselspannung liegen. Durch all diese Maßnahmen wird erreicht, daß trotz des anfänglich geringen Motorwiderstands der Arbeitspunkt des Halbleiterverstärkers auf oder unterhalb der Grenzleistungshyperbel desselben liegt, was bekanntlich die Bedingung dafür ist, daß die zulässige Erwärmung des Halbleiterverstärkers nicht überschritten wird. Es ist außerdem möglich, Mittel vorzusehen, durch die die Grenzleistungshyperbel während der Anlaufzeit des Motors vorübergehend im Sinne einer größeren Grenzleistung verschoben wird. Hier ist vor allem an Wärmeableitungs- und Kühlmaßnahmen gedacht.However, there is still another aspect to the subject matter of the invention significant. It is well known that when motors are switched on, the For the first time, there is a relatively low consumer resistance. this has to do with the fact that the back EMF is initially not present and only becomes must train, so that there is a risk of overloading the semiconductor amplifier. However, special means are provided to prevent such an overload of the semiconductor amplifier Avoid during the starting process of the engines, so the initial lack the back EMF do not have a harmful effect. This will make the semiconductor amplifier and the required control energies are even smaller, which is especially important for stage lighting technology - There are generally several hundred lighting circuits to be set - in terms of space and performance is very important. The i-n-questioning agents. can be of different types. For example, it is possible to adjust the output current to limit the semiconductor amplifier, e.g. B. by a saturable reactor. It is also possible on. which supply the supply voltage of the semiconductor amplifier Means to act. In addition, one can be powered by alternating current when using one Full-wave rectifier circuit for supplying the motor current and using it of the amplivibrator principle described above for feeding the with the -Motgr In series semiconductor amplifier control pulses are used, which the the same or twice the frequency as the alternating supply voltage of the full-wave rectifier circuit, to have. Here, the timing of the control pulses is chosen so that they are symmetrical to the dip in the half-waves of the rectified AC voltage. All these measures ensure that, despite the initially low motor resistance the operating point of the semiconductor amplifier at or below the limit power hyperbola the same lies, which is known to be the condition for the permissible heating of the semiconductor amplifier is not exceeded. It is also possible to use funds provide through which the limit power hyperbola during the start-up time of the motor is temporarily postponed in the sense of a larger marginal output. Here is before especially thought of heat dissipation and cooling measures.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist im folgenden auf die Zeichnung Bezug genommen, die ein schematisches Ausführungsbeispiel zeigt. Mit 1 ist eine Glühlampe bezeichnet, die über den verstellbaren Abgriff 2 eines Stelltransformators 3 an ein Wechselstromnetz mit den Klemmen R, S angeschlossen ist. Der Stelltransformator 3 kann ein sogenannter Bordoni-Regler sein. Sein Abgriff 2 ist mit dem Anker 4 eines Gleichstrommotors gekuppelt. Die Erregerwicklung und die Erregerstromquellen sind nicht mit dargestellt. Zur Steuerung des- Motors ist dessen Anker 4 über Halbleiterverstärker 5 an Gleichspannungsquellen 6 angeschlossen, die als Gleichrichtersätze mit Speisung aus einem Netztransformator 13 dargestellt sind. Die Halbleiterverstärker 5 können beispielsweise Flächentransistoren auf Germanium- oder Siliciumbasis sein. Es ist aber auch möglich, andere Halbleiterverstärker zu verwenden, beispielsweise die oben genannten Halbleiterverstärker mit magnetischer Sperrschicht. Eine mit US bezeichnete Spannung stammt aus einer Batterie 12, von der sie über ein Potentiometer 11 entnommen ist. Die Spannung Uj ist der Brennspannung der Lampe 1 proportional und beispielsweise unmittelbar an den Lampenanschlüssen abgenommen. Zu ihrer Gleichrichtung dient eine Ventilanordnung 9 aus Trockengleichrichtern. Die Steuerung des Halbleiterverstärkers 5 durch die Differenzspannung aus Ui minus Us bedingt es, daß an der Lampe l jeweils die gleiche Spannung vorliegt wie am Ausgang des Potentiometers 11. Die Schaltung stellt eine Regelkreisschaltung dar, in der der Motor 4 über die Halbleiterverstärker 5 jeweils so lange den Abgriff 2 des Transformators 3 verschiebt, bis die Brennspannung der Lampe l der durch das Potentiometer 8 vorgegebenen Sollspannung entspricht.To explain the invention in more detail, reference is made to the drawing below Reference which shows a schematic embodiment. With 1 is a Incandescent lamp denotes that via the adjustable tap 2 of a variable transformer 3 is connected to an alternating current network with terminals R, S. The variable transformer 3 can be a so-called Bordoni controller. Its tap 2 is one with the armature 4 DC motor coupled. The excitation winding and the excitation current sources are not shown. To control the motor, its armature 4 is via a semiconductor amplifier 5 connected to DC voltage sources 6, which act as rectifier sets with supply from a network transformer 13 are shown. The semiconductor amplifier 5 can for example, junction transistors based on germanium or silicon. It is but also possible to use other semiconductor amplifiers, for example the above-mentioned semiconductor amplifier with magnetic barrier layer. One labeled US Voltage comes from a battery 12, from which it is taken via a potentiometer 11 is. The voltage Uj is proportional to the running voltage of the lamp 1 and for example removed directly from the lamp connections. One serves to rectify it Valve arrangement 9 from dry rectifiers. The control of the semiconductor amplifier 5 by the differential voltage from Ui minus Us, it means that on the lamp l in each case the same voltage is present as at the output of the potentiometer 11. The circuit represents a control loop circuit in which the motor 4 via the semiconductor amplifier 5 each time the tap 2 of the transformer 3 moves until the operating voltage of the lamp 1 corresponds to the nominal voltage specified by the potentiometer 8.

Die Steuerung der Halbleiterverstärker 5 erfolgt nach dem Amplivibratorprinzip. Mit 10 ist eine an anderer Stelle beschriebene Einrichtung bezeichnet, die eine impulszeitmodulierte Rechteckspannung mit veränderbarem Tastverhältnis erzeugt. Hierzu kann die Einrichtung 10 einen astabilen Kippgenerator enthalten, der- dreieckförmige Spannungsimpulse abgibt. Diese Spannungsimpulse sind der Differenz der Spannungen. US und Uj entgegengeschaltet. Überbelastungen der Halbleiterverstärker können durch die bereits erwähnte Einstellung der zeitlichen Lage der Impulse vermieden werden. Man kann auch in den Primärkreis des Transformators 13 ein Strombegrenzungsglied legen.The control of the semiconductor amplifier 5 takes place according to the amplivibrator principle. With 10 a device described elsewhere is referred to, the one pulse-time-modulated square-wave voltage generated with variable duty cycle. For this purpose, the device 10 can contain an astable tilt generator, the triangular one Emits voltage pulses. These voltage pulses are the difference between the voltages. US and Uj switched in opposite directions. Overloads of the semiconductor amplifiers can be caused by the aforementioned setting of the timing of the pulses can be avoided. A current limiting element can also be installed in the primary circuit of the transformer 13 place.

Für die Zwecke der Erfindung können außer Gleichstrommotoren auch Induktionsmotoren als Stellmotoren verwendet werden. In diesem Fall wird man die Stellmotoren beispielsweise durch Frequenzänderung der ihnen zugeführten Wechselspannungen mit Hilfe von Halbleiterverstärkern beeinflussen, wie dies an anderer Stelle bereits vorgeschlagen wurde. Eine andere Möglichkeit liegt darin, Induktionsmotoren an sich beliebiger Phasenzahl zu verwenden und durch die Halbleiterverstärker als Schalter die Phasen entweder ein- und auszuschalten oder in der Reihenfolge zu vertauschen.For the purposes of the invention, in addition to DC motors, Induction motors can be used as servomotors. In this case one becomes the Servomotors, for example, by changing the frequency of the alternating voltages supplied to them influence with the help of semiconductor amplifiers, as has already been done elsewhere was suggested. Another option is to use induction motors per se to use any number of phases and through the semiconductor amplifier as a switch either toggle the phases on and off or to swap the order.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine in baulicher Hinsicht besonders vorteilhafte Anordnung der neuen Bühnenbeleuchtungseinrichtung dadurch geschaffen, daß - die Halbleiterverstärker mit in der Beleuchtungswarte, in der sich auch die Einstellpotentiometer für die Lampenstromkreise befinden, untergebracht werden. Außerdem können die Stellmotoren mit den Schiebetransformatoren baulich vereinigt werden. Dadurch wird eine Bühnenbeleuchtungseinrichtung geschaffen, die äußerlich neben den Lampen und den elektrischen Zuleitungskabeln nur durch die Beleuchtungswarte I und die als Einheit II ausgeführten Schiebetransformatoren und Stellmotoren in Erscheinung tritt (vgl.dieFigur). Irgendwelcher weiterer Raum, wie er bei Bühnenbeleuchtungseinrichtungen mit Magnetverstärkern oder Entladungsgefäßen .im allgemeinen .erforderlich ist, wird dadurch nicht benötigt.According to a further feature of the invention is a structural aspect particularly advantageous arrangement of the new stage lighting device thereby created that - the semiconductor amplifier with in the lighting control room, in the the setting potentiometers for the lamp circuits are also located will. In addition, the servomotors with the shift transformers can structurally be united. This creates a stage lighting device which externally next to the lamps and the electrical supply cables only by the lighting control room I and the sliding transformers and servomotors designed as unit II in Appearance occurs (see the figure). Any other room like the one on stage lighting with magnetic amplifiers or discharge vessels. in general. is. necessary, is therefore not required.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for controlling or regulating the lamp voltage in stage lighting systems with variable transformers (Bordoni regulators) using electric servomotors for remote adjustment of the transformer slide, characterized in that the motors for control are connected to the output of semiconductor amplifiers, which are controlled with a pulse-time modulated control voltage operate on the amplivibrator principle, and that means are provided which prevent overloading and harmful heating of the semiconductors when there is no counter voltage during motor start-up.

2. Device according to claim 1, characterized by limiting the semiconductor current, in particular by means of a saturation choke.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that .as servomotors DC motors with shunt behavior are used whose armature circuit is directly in the output circuit of the semiconductor amplifier is laid.

4. Device according to claim 3 using an AC-powered Full-wave rectifier circuit for supplying the motor circuit, characterized in that that the control pulses for the semiconductor amplifier have the same or double the frequency like the AC supply voltage of the rectifier circuit and the time location the control pulses is chosen so that they are symmetrical to the saddle of the half-waves the rectified AC voltage.

5. Device according to claim 1 or 2, characterized in that induction motors are used as servomotors, in particular with a control by changing the frequency of the supplied alternating voltage by means of the semiconductor amplifier.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the semiconductor amplifier in the lighting control room installed and the servomotors are structurally combined with the standing transformers.