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Regeleinrichtung für Bühnenbeleüchtungsanlagen mit einem Stelltransformator
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 über elektromagnetische
Kupplung und ständig durchlaufende elektrische Stellmotoren vorzunehmen.
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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 wurden, die verhältnismäßig viel Raum einnehmen und außerdem oft zu Störungen
Anlaß gaben. Hierzu gehört z. B. die Steuerung der Stelltransformatoren über elektromagnetische
Kupplungsmittel mit Hilfe von Schützen. Diese Lösung hat sich jedoch in der Praxis
nicht bewährt, weshalb man neuerdings die Kupplungsmittel dauernd erregt, wobei
die Erregung über Elektronenröhren derart beeinfiußt wird, daß bei der Regelabweichung
Null keine Verstellung des Transformators eintritt. Jede Kupplung verfügt hierzu
über zwei Erregerstromkreise, wobei die Differenz der Kuppelkräfte für den jeweiligen
Wirkungsablauf maßgebend ist.
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Die Erfindung betrifft eine weitere Verbesserung derartiger Einrichtungen,
die geeignet ist, die Stelltransformatoren mit den in neuerer Zeit aufgekommenen
Regeleinrichtungen mit Entladungsgefäßen oder Magnetverstärkern wieder besonders
in Wettbewerb treten zu lassen. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, den Raumbedarfderbekannten
Einrichtung noch zu senken und die Betriebssicherheit zu steigern.
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Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf eine Regeleinrichtung für
Bühnenbeleuchtungsanlagen mit einem 'Stelltransformator (Bordoni-Regler), der von
einem ständig laufenden Motor über elektromagnetische Kupplungen mit zwei Erregerstromkreisen,
bei denen die Differenz der Kuppelkräfte den Wirkungsablauf bestimmen, im Auf- oder
Abwärtssinn gesteuert wird, wobei die Kupplungen über steuerbare Ventile nach Maßgabe
der Regelabweichung der Lampenspannung von einem eingestellten Sollwert dauernd
erregt werden, wobei erfindungsgemäß zur Steuerung der Erregung der Kupplungen Halbleiterverstärker
dienen, die mit einer impulszeitmodulierten Steuergröße mit einem Tastverhältnis
arbeiten, das die den Halbleitern zumutbare Grenze nicht überschreitet. Halbleiterverstärker
sind wesentlich kleinere Bauelemente als Röhren und insbesondere Entladungsgefäße
oder Magnetverstärker. Ferner sind sie ohne weiteres sofort betriebsbereit, weil
sie keine Heizung haben und daher keine Anheizzeit benötigen. Dank ihrer hohen Lebensdauer
müssen sie praktisch nicht erneuert werden. Alle diese Punkte sind für die Bühnenbeleuchtungstechnik
besonders wichtig, da die Zuverlässigkeit der verwendeten Einrichtungen eine große
Rolle spielt und der auf der Bühne zur Verfügung stehende Raum sehr begrenzt ist.
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Unter Halbleiterverstärker versteht man im allgemeinen Einrichtungen,
die mit Transistoren als Verstärkerelemente arbeiten. Darüber hinaus können für
die Zwecke der Erfindung auch andere Halbleiterverstärkerelemente verwendet werden,
beispielsweise Widerstände mit magnetischer Sperrschicht, wie sie in dem Aufsatz
von Welker, »Magnetische Sperrschichten in Germanium«, in der Zeitschrift für Naturforschung,
Bd.8a (1953), S.681 bis 686, beschrieben sind.
Die Erfindung macht
zur Steuerung der Halbleiterverstärker von dem an anderer Stelle vorgeschlagenen
Amplivibratorprinzip Gebrauch. Dieses gestattet, einen Halbleiterverstärker mit
nahezu 100°/o Wirkungsgrad zu betreiben. 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 durchsteuert. Dabei wird der Halbleiterverstärker
durch impulszeitmodulierte Signale mit veränderbarem Tastverhältnis gesteuert. 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. Die Impulsfrequenz kann beispielsweise 1000 Hz betragen.
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Zur näheren Erläuterung ist im folgenden auf die Zeichnung Bezug genommen.
Diese zeigt in Fig. 1 ein schematisches Ausführungsbeispiel.
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Mit 1 sind mehrere Lampen bezeichnet, die über einen Stelltrafo
2 aus einem Wechselstromnetz R, S gespeist werden. Der Schieber 3 des Stelltransformators
2 ist mit einer umsteuerbaren Kupplung 4
verbunden, deren Primärteils
beständig über eine Welle 6 von einem Drehstrommotor mit Kurzschlußläufer angetrieben
wird. Das ihn speisende Stromnetz ist mit R, S, T bezeichnet. Der Sekundärteil
8 der Kupplung 4, die im übrigen nur als Beispiel zu werten ist, weist
zwei Mitnehmerschienen 9 und 10
auf, die von dem als Reibrad ausgeführten
Primärteil 5 je nach dessen Stellung bewegt werden können. Die Stellung des Reibrades
5 hängt von der Differenz der Erregung zweier Magnetspulen 11 und
12 ab. Überwiegt die Erregung der Spule 11, so wird das Reibrad 5
nach links an die Schiene 9 gezogen und bei der durch den Pfeil dargestellten Drehrichtung
des Motors 7 nach oben bewegt. Überwiegt dagegen die Erregung der Spule
12, so wird das Reibrad nach rechts gezogen und die Schiene 10 nach
unten bewegt. Durch diese Bewegungen wird der Transformatorschieber 3 entsprechend
verstellt, so daß die Lampen. mehr oder weniger Spannung erhalten und damit heller
oder dunkler brennen. Während die Erregerwicklung 11 der Kupplung
4 von einer Batterie 13 über einen einstellbaren Widerstand konstant
erregt wird, ist die Erregerwicklung 12 in den Ausgangskreis eines beispielsweise
als Transistor ausgeführten Halbleiterverstärkers 15 eingeschaltet. Die Speisung
seines Arbeitsstromkreises ist durch eine Batterie 16 angedeutet. Dem Steuerkreis
des Halbleiterverstärkers 15 ist die Differenz aus einer Spannung Us mit
einer Spannung Ui zugeführt. Die Spannung Ui stellt eine der Brennspannung der Lampe
1 proportionale Gleichspannung dar, die durch eine Gleichrichterbrücke
17 gebildet wird. Die Spannung Us stammt dagegen beispielsweise aus einer
Batterie 18 und kann durch ein Potentiometer 19
eingestellt werden.
Dieses dient gleichzeitig zur Einstellung der Helligkeit der Lampe 1. Solange
nämlich Ui = Us ist, liegt - hervorgerufen durch nicht mit dargestellte Mittel
- eine solche Voraussteuerung des Halbleiterverstärkers 15 vor, daß das Reibrad
5 in der dargestellten Mittellage ruht. Bei positiver Differenz Ui -Us wird die
Ausgangsspannung des Halbleiterverstärkers 15 größer, und die Erregung der
Spule 12 überwiegt die der Spule 11.
Dadurch wird das Reibrad
5 nach rechts bewegt und - wie oben schon beschrieben - wird der Schlitten
3 des Transformators 2 nach unten bewegt. Die Lampenspannung verkleinert sich, sobald
die Differenz Uj- Us geringer wird. Dieser Vorgang dauert so lange an, bis Ui
- U.s = 0 geworden ist. Bei negativer Differenz Ui- Us spielt sich der umgekehrte
Vorgang ab. Durch die Schaltung nach Fig. 1 wird also erreicht, daß die Spannung
an den Lampen genau den an dem Potentiometer 19 vorgegebenen Wert hat.
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Bei der bisherigen Beschreibung der Fig. 1 ist die Einrichtung 20
außer acht gelassen worden. Diese stellt eine an anderer Stelle vorgeschlagene Einrichtung
dar, durch die die Differenz Ui- Us in eine impulszeitmodulierte Steuergröße mit
veränderbarem Tastverhältnis umgewandelt wird.
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Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel. Hier ist ein Gleichstrommotor
vorgesehen, dessen Anker21 von einem Gleichstromnetz P, N gespeist wird.
Die Erregung des Motors ist durch die Erregerwicklung 22 angedeutet. Die Kupplung
4 der Fig. 1 ist hier in Aufsicht dargestellt. Ihre einzelnen Teile stimmen
nebst ihren Bezugszeichen mit denen nach Fig. 1 überein. Auch hier ist - wie in
Fig. 1 - eine Nachlaufsteuerung mit selbsttätiger Regelung vorgesehen. Die beiden
Erregerwicklungen der Kupplung 4 werden jedoch beide von einem im Gegentakt
ausgeführten Halbleiterverstärker 23 gespeist. Die Schaltung ist so getroffen,
daß bei positiver Differenz Uj- Us nur die Wicklung 11, bei negativer Differenz
nur die Wicklung 12 erregt wird. Auch hier kann der Halbleiterverstärker
23 nach dem Amplivibratorprinzip arbeiten. Auf die Darstellung einiger Teile
- wie z. B. des Stelltransformators 2 und seiner Verbindung mit den Teilen
9 und 10 - ist hier verzichtet, weil sie sich ohne weiteres aus Fig.
1 ergeben.
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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 nebst den Kupplungen 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; Fig. 1) und die als Einheit II ausgeführten Schiebetransformatoren,
Stellmotoren und Kupplungen in Erscheinung tritt.