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Anordnung zur gleichzeitigen und gleichmäßigen Steuerung der Spannung
mehrerer Stromverbraucher Es besteht manchmal Bedarf, die Spannung mehrerer Stromverbraucher
mit Hilfe zweier verschiedener Kreise zu steuern, wobei eine gegebene Einstellung
in dem einen Kreis beibehalten werden kann, während die Einstellung des anderen
Kreises in gewünschter Weise geändert wird. Eine solche Anordnung braucht man z.
B. für die Beleuchtungstechnik, insbesondere für Szenenbeleuchtungsanlagen, wo häufig
eine größere Anzahl von Lampen oder Lampengruppen vorkommen, die individuell im
Verhältnis zueinander eingestellt sind und die außerdem unabhängig von der individuellen
Einstellung gleichzeitig mittels einer einzigen Steuerspannungsquelle anteilmäßig
im gleichen Verhältnis gesteuert werden sollen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur gleichzeitigen und
gleichmäßigen Steuerung der Spannung mehrerer Stromverbraucher, bei der jeder Stromverbraucher
von je einem Gleichrichter mit pulsierendem Gleichstrom gespeist wird und die Form,
Frequenz und Phasenlage der Impulse des Gleichstromes für alle Verbraucher die gleichen
sind. Eine solche Anordnung ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß in jeden Verbraucherkreis
eine von einer gemeinsamen Steuerspannungsquelle ausgehende pulsierende Gleichspannung
eingeschaltet ist, die der Spannung des zum Kreis gehörenden Gleichrichters entgegengesetzt
gerichtet ist und eine steuerbare Impulslänge hat, aber dieselbe Impulsfrequenz
wie die Gleichrichterspannung besitzt und mindestens eine ebenso große Amplitude
wie die größte Verbraucherspannung hat.
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Nach der Erfindung besteht die Steuerspannungsquelle vorzugsweise
aus einem steuerbaren Gleichrichter, der von einer Wechselspannung von derselben
Frequenz und Phasenlage wie die erstgenannten Wechselspannungen und mit mindestens
ebenso großer Amplitude wie die größte dieser Spannungen gespeist ist. Der steuerbare
Gleichrichter wird nach der Erfindung vorteilhaft durch Reihenschaltung eines Gleichrichters
ohne besondere Steueranordnung mit einem Transduktor erhalten. Wenn der Gleichrichter
dabei mit einem Wechselstrom der genannten Art gespeist wird, braucht der Transduktor
bei einem gewissen Steuerungsgrad einen gewissen Teil jeder halben Periode des Wechselstromes
für seine Magnetisierung, so daß der Gleichrichter nur während des verbleibenden
Teils der Halbperiode Spannung bekommt. Das Resultat ist, daß man eine Ausgangsspannung
von dem Gleichrichter in Form einer Reihe von Gleichstromimpulsen bekommt, deren
Länge man durch die Transduktorsteuerung verändern kann, mit derselben Frequenz
und Phasenlage wie die Ausgangsspannung des erstgenannten Gleichrichters. Wenn diese
Spannung jedem der erstgenannten Gleichrichter entgegengeschaltet ist, bewirkt sie,
daß alle diese Gleichrichter während eines gewissen Teils jeder halben Periode gesperrt
werden, was eine Herabsteuerung sämtlicher Ausgangsspannungen zur Folge hat, und
da die Kurvenform aller dieser Ausgangsspannungen dieselbe ist, wird auch die anteilmäßige
Herabsteuerung für alle Ausgangsspannungen dieselbe.
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Wenn der Transduktor von zwei entgegenwirkenden Gleichspannungen gesteuert
ist, von welchen die eine veränderbar und die andere konstant ist und beide eine
solche Größe und Richtung haben, daß die Reaktanz des Transduktors am kleinsten
ist, wenn die veränderbare Gleichspannung Null ist, und die konstante Gleichspannung
von zweckmäßiger Größe im Verhältnis zu der Wechselspannung gewählt wird, die von
der gemeinsamen Spannungsquelle geliefert wird, wird die Ausgangsspannung jedes
der erstgenannten Gleichrichter proportional dem Produkt der den betreffenden Gleichrichter
und die veränderbare Gleichspannung speisenden Wechselspannungen, unter der Voraussetzung,
daß die
Wechselspannungen sinusförmig sind. Statt eines Gleichrichters
in Reihe mit einem Transduktor kann als steuerbarer Gleichrichter nach der Erfindung
auch ein Ionenventil oder ein steuerbarer Halbleiter, z. B. ein Thyristor, verwendet
werden.
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Ferner können, wenn man einen Transduktor mit direkter Selbsterregung
verwendet, die dazu gehörenden Halbleiterventile den von dem Transduktor gesteuerten
Gleichrichter bilden.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand der schematischen Zeichnung
beschrieben, in der F i g. 1 eine Anordnung nach der Erfindung zur Steuerung der
Spannung einer Anzahl von Stromverbrauchern, F i g. 2 die Kurvenform der gemeinsamen
Steuerspannung und F i g. 3 die Kurvenform der Spannungen der verschiedenen Belastungen
zeigen.
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In F i g. 1 ist eine Anzahl von Verbrauchern 1, 2 bis n gezeigt, die
von je einem Gleichrichter 11, 21 bis n1 gespeist werden, die ihrerseits von je
einer Wechselspannung 12, 22 bis rc2 gespeist werden. Alle diese Wechselspannungen
haben dieselbe Frequenz, Kurvenform und Phasenlage, während ihre Amplituden verschieden
sein können. Gewöhnlich verwendet man für alle Gleichrichter ganz einfach eine gemeinsame
Wechselspannungsquelle und für jeden von diesen einen zwischen der Spannungsquelle
und dem entsprechenden Gleichrichter eingeschalteten individuellen Spannungsregler.
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Die gemeinsame Steuerspannungsquelle besteht aus einer Gleichrichterbrücke
4 in Reihe mit einem Transduktor 5, der von einer Wechselspannung 7 mit derselben
Frequenz und Phasenlage wie die obengenannte Wechselspannung und mit mindestens
ebenso großer Amplitude wie diese gespeist wird. Gewöhnlich ist auch diese Wechselspannung
der obengenannten gemeinsamen Wechselspannungsquelle entnommen, wodurch die Forderungen
betreffend Frequenz und Phasenlage von selbst erfüllt sind. Der Transduktor ist
mit einer von einer veränderbaren Gleichspannung 6 gespeisten Steuerwicklung versehen.
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Die Sättigung des Transduktors braucht eine gewisse Zeit von jeder
halben Periode der speisenden Wechselspannung 7, so daß der Transduktor nur während
des übrigen Teils der halben Periode leitend ist. Die Sättigungszeit beruht auf
der Größe der Gleichspannung 6, und die Ausgangsspannung des Gleichrichters 4 bekommt
die in F i g. 2 gezeigte Form. Wenn diese pulsierende Gleichspannung, deren Pulslänge
mit Hilfe einer Gleichspannung verändert werden kann, den Ausgangsspannungen der
einzelnen Gleichrichter 1.1, 12 bis n 1 über Impedanzen 13, 23 bis n3 entgegengeschaltet
wird, werden diese Gleichrichter während der Impulse der Gleichspannung gesperrt.
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Nimmt man der Einfachheit halber an, daß die Wechselspannungen 12,
22 bis h2 sinusförmig sind, bekommt die Ausgangsspannung der Gleichrichter
11, 21 bis n 1 die in F i g. 3 gezeigte Form Ei, E2 bis
En. Es ist also ein Teil jeder Periode dieser Ausgangsspannungen weggeschnitten
worden, so daß der Mittelwert jeder Spannung vermindert ist. Da die Kurvenform der
sämtlichen Spannungen dieselbe ist, wird die anteilmäßige Herabsteuerung für sämtliche
Spannungen gleich, so daß man eine Anordnung bekommt, die teils eine individuelle
Einstellung jedes Verbrauchers und teils eine gemeinsame und vollkommen gleichförmige
Einstellung sämtlicher Verbraucher, unabhängig von der individuellen Einstellung,
ermöglicht.
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Wenn die Gleichspannung 6 aus zwei einander entgegenarbeitenden Gleichspannungen
zusammengesetzt ist, von welchen die eine veränderbar und die andere konstant ist
und von solcher Größe und Richtung, daß die Reaktanz des Transduktors am kleinsten
ist, wenn die veränderbare Gleichspannung Null ist, gilt folgendes: Für den Mittelwert
der Spannung bei einem Verbraucher, z. B. 1, gilt die Formel Emi = K1 ' E12 - (1-
cos a) ,
in welcher K1 eine Konstante, E12 der Effektivwert der Wechselspannung
12 und a die Pulslänge der Spannung des Verbrauchers 1 ist.
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Für den Mittelwert der Ausgangsspannung des Gleichrichters 4 gilt
folgende Formel: Em4 = K2 - E7 - (1-I- cos a) N K3 (Et - EJ,
in welcher
K2 und K3 Konstanten sind, E7 der Effektivwert der Wechselspannung 7,
EI, die konstante und E" die veränderbare Gleichspannung ist, die zusammen
die Steuerspannung 6 bilden.
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Wenn cos a von der letzten Gleichung hergeleitet und in die erste
eingesetzt wird, bekommt man folgende Formel der Ausgangsspannung des Gleichrichters
11:
Da EI, und E7 konstante Spannungen sind und die Größe derselben nur nach unten begrenzt
ist, können sie immer so gewählt werden, daß das zweite Glied innerhalb der Klammer
gleich 2 wird. In diesem Fall wird Ein, =K-E12'Ev@ so daß der Mittelwert der Ausgangsspannung
eines Gleichrichters 11, 21 bis n 1 unter diesen Verhältnissen proportional dem
Produkt der Speisespannung des Gleichrichters und dem veränderbaren Teil der Steuerspannung
des Transduktors ist.