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Beleuchtungsanlage Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsanlage
mit mindestens einer Lichtquelle, z.B. einer Entladungsröhre, die normalerweise
von einem Stromverteilernetz mit Wechselstrom und bei dessen Ausfall von einem Hilfsgenerator,
z.B. einem batteriegespeisten Transistor-Konverter, gespeist ist.
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Es sind Notbeleuchtungsanlagen mit einer Batterie bekannt, die von
einem mit Gleichrichtern versehenen Ladestromkreis gespeist ist, einen von dieser
Batterie gespeisten Oszillator mit einem Resonanzkreis aufweist, der mit einem oder
mehreren Transistoren gekoppel ist, die bei Ausfall des Verteilernetzes selbsttätig
in Wirkung treten, und schließlich einen einzigen Transformator hat, der einerseits
die Schaltung des Ladestromkreises der Batterie auf das Netz und andererseits das
Schalten des Oszillators auf die hast gewährleistet, die normalerweise unmittelbar
vom Netz gespeist wird. Dabei wird ein einziger Transformator verwendet, der drei
verschiedene Funktionen erfüllt: der Transformator bildet zunächst einen Teil des
Resonanzkreises des Oszillators, erhöht weiter bei Netzausfall die Ausgangsspannung
des
Wandlers auf den für das Speisen der hast erforderlichen Wert
und lädt schließlich die Batterie während des normalen Netzbetriebs über Gleichrichter
auf.
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Wegen dieser dreifachen Funktion des Transformators kann die Frequenz
des Schwingungsgenerators nicht höher als das zwei-oder dreifache der Netzfrequenz
sein, da sonst die Nachlauf-Steuerung zu groß wird und die hohen Frequenzen des
Oszillators und die niedrigere Netzfrequenz nicht mehr mittels Filterkondensatoren
voneinander getrennt werden könnten.
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Während des Betriebes des Konverters wird deshalb die zum Speisen
der hast bestimmte Hochfrequenz gleichzeitig an das Netz gegeben. Das könnte angängig
sein, wenn bestimmte Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, wie das Zwischenschalten
eines auf eine Minimalspannung ansprechenden Schalters zwischen Netz und hast, vorausgesetzt,
daß letztere für sich auf das Netz geschaltet ist. Ist dagegen am Netz ein anderes
Gerät angeschlossen, das von der Notspannungsquelle nicht gespeist werden darf und
viel Energie verbraucht, so wird die Notspannungsquelle zumindest nutzlos überladen,
wenn nicht sogar praktisch kurzgeschlossen.
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Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, diesem Nachteil abzuhelfen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Transformator
mit einer ersten Wicklung und einer zweiten Wicklung mit hohem Kopplungskoeffizienten,
über die die Lichtquelle mit dem Hilfsgenerator verbunden ist, der an die Klemmen
der ersten Wicklung angeschlossen ist und einen Strom einer Frequenz liefert, die
mindestens zehnmal so hoch ist wie die Netzfrequenz sowie einer dritten Wicklung
mit gegenüber den anderen Wicklungen niedrigem Kopplungskoeffizienten, über die
die Lichtquelle
mit den Klemmen des Netzes verbunden ist, zwischen
die ein Filterkondensator geschaltet ist. Aus den oben angegebenen Nachteilen der
bekannten Anlage erkennt man die Vorteile der Verwendung eines vom Batterie. ladestrom
unabhängigen Frequenzgenerators und eines unabhängige Transformators für den Ladestromkreis.
Hier kann nämlich die Betriebsfrequenz der Hilfsspeisung völlig willkürlich gewählt
werden, beispielsweise mindestens 10- bis 20-mal so hoch wie die Netzfrequenz.
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Infolgedessen wird das Trennen der Ströme hoher und niedriger Frequenz
mittels der Filterkondensatoren leicht gemacht,und jede Interferenzerscheinung zwischen
Netz und Konverter ist unterbunden. Darüber hinaus können bei einer solchen großen
Frequenzdifferenz das Netz, die Last und der Knnverter über den erfindungsgemäß
verwendeten besonders ausgebildeten Transformator gekoppelt werden, dessen verschiedene
Wicklungen die notwendigen Induktanzen darstellen, was die Schaltung der Anlage
weiter vereinfacht. Die hohe Betriebsfrequenz des Konverters erlaubt überdies, die
Energiereserven mit hohem Wirkungsgrad auszunützen.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise
veranschaulicht, und zwar zeigen Fig. 1 die Schaltung einer Ausführungsform der
Erfindung, Fig. 2 eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1, Fig. 3 eine weitere
Ausführungsform der Erfindung zum Speisen von Leuchtröhren, Fig. 4 eine weitere
Ausführungsform der Erfindung zum Speisen von Glühlampen, und
Fig.
5 schematisch einen mit der Last verbundenen Streutransformator.
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Fig. 1 zeigt Netzklemmen 1 und 2 des Anschlusses an das Wechselstromnetz,
an die über Leiter 3 und 4 eine Lichtquelle 5 angeschlossen ist, die z.B. eine Leuchtröhre
sein kann. Die Leuchtröhre kann beliebig geschaltet werden, die gezeigte Schaltung
ist jedoch besonders zweckmäßig. Dabei ist die eine Klemme 6 der Leuchtröhre mit
einem Mittelabgriff der Sekundärwicklung 7 eines Transformators 8 verbunden. Der
Mittel abgriff teilt die Sekundärwicklung 7 in zwei Wicklungsabschnitte 7a und 7b.
In Reihe mit dem Wicklungsabschnitt 7b ist ein Kondensator 9 geschaltet,der durch
einen Leiter 10 mit der anderen Klemme 11 der Lichtquelle 5 verbunden ist. Die die
Verbindung der Lichtquelle 5 mit dem Netz herstellenden Leiter 3'und 4 sind durch
einen Filterkondensator 12 überbrückt, der vorzugsweise für z.B. über 50 Hz liegende
Frequenzen eine geringe Impedanz hat.
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Der bisher beschriebene Teil der Anlage wird bei normalem Netzbetrieb
benützt. Man hat dann den Stromkreis 3-5-7a-1, in dem die Wicklung 7a die Rolle
einer Drosselspie übernimmt.
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Im folgenden soll nun die Notstromversorgung der Anlage beschrieben
werden.
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Die Notstromquelle ist durch Klemmen 13 und 14 einer Batterie versinnbildlicht.
Diese Klemmen sind über Leiter 15 und 16 und einen Schalter 17 mit einem Schwingungsgenerator
18 verbunden, an dessen Ausgang die Primärwicklung des Transformators 8 angeschlossen
ist.
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Man erkennt weiter ein Relais 19 mit Anschlußleitern 20 und 21, das
den Schalter 17 steuert. Der Speisekreis des
Relais 19 weist Dioden
22 und 23 und eine Sekundärwicklung 24 eines Transformators 25 auf, dessen Primärwicklung
über Leiter 26 und 27 an das Netz gelegt ist. Auch der zum Speisen des Schwingungsgenerators
18 bestimmte Stromkreis kann Dioden 28 und 29 und ehe Sekundärwicklung 30 des Transformators
25 enthalten. Schließlich ist zwischen die Leiter 26 und 27 ein Kondensator 31 geschaltet,
der für Frequenzen über 50 H2 eine geringe Impedanz hat.
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Bei dieser Ausführungsform wird das Relais 19 dazu benützt, das Speisen
der Primärwicklung des Transformators 8 durch den Schwingungsgenerator 18 zu steuern.
Das Relais 19 muß deshalb, solange das Netz nicht ausgefallen ist, ständig unter
Spannung stehen, da sonst bei Netzausfall die Lichtquelle 5 aufleuchten würde. Es
ist deshalb ein Schalter 32 vorgesehen, mit dessen Hilfe die Speisung der Lichtquelle
5 durch das Netz unterbrochen werden kann, wobei aber das Relais 19 weiter mit den
Netzklemmen 1 und 2 verbunden bleibt. Bei Netzausfall wird das Relais 19 nicht mehr
erregt, der Schalter 17 schließt sich und die Notstromversorgung übernimmt das Speisen
der Lichtquelle 5. Dieses erfolgt dabei über den Wicklungsabschnitt 7b der Sekundärwicklung
7 des Transformators B. Der Kondensator 9 ist dabei nur für Frequenzen durchlässig,
die über einem bestimmten Schwellwert von beispielsweise 500 bis 1000 Hz liegen.
Es muß nun dafür Sorge getragen werden, daß diese hohen, bei Betrieb der Notstromversorgung
vom Schwingungsgenerator 18 gelieferten Frequenzen nicht zum Netz gelangen können.
Das wird durch die Kondensatoren 12 und 31 erreicht.
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Zusätzlich kann ein Prüfschalter 33 vorgesehen werden, mit dessen
Hilfe ein Netzausfall simuliert und die ordnungsgemäße Funktion der Notstromanlage
überprüft werden kann.
Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform,
bei der das Relais 19 durch eine elektronische Schaltung ersetzt -ist. Der Transformator
25 ist auch hier wieder über seine Primärwicklung 34 an das Netz angeschlossen,
während seine Sekundärwicklung 35 mit Dioden 36 und 37, einem Kondensator 38 und
Widerständen 39,40 und 41 auf eine Weise zusammengeschaltet ist, wie Fig. 2 entnommen
werden kann. Die Arbeitsweise dieser Anlage ist mit der von Fig. 1 identisch.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der an die Netzklemmen 1 und
2 des Wechselstromanschlusses die Primärwicklung eines Transformators 44 angeschlossen
ist. Mit der Sekundärwicklung dieses Transformators sind zwei Dioden 45 und 46 als
doppelte Gleichrichter verbunden, die einen Ladestrom für eine Batterie 47 liefern.
Das geschieht über einen Ladestromkreis, der zwischen einen Mittelabgriff 48 der
Sekundärwicklung des Transformators 44 und den Verbindungspunkt 49 der Dioden 45
und 46 geschaltet ist. Die Batterie wird so ständig im geladenen Zustand gehalten.
In den Ladestromkreis ist zwischen den negativen Pol 47a der Batterie 47 und den
Mittelabgriff 48 der Sekundärwicklung des Transformators 44 ein den Ladestrom stabilisierender
Begrenzungswiderstand 50 geschaltet. Weiter ist zwischen den Mittelabgriff 48 und
den Verbindungspunkt 49 der Dioden 45 und 46 ein stromglättender Kondensator 51
gelegt. Für das Ingangsetzen eines Impulsgenerators ist weiter zwischen den negativen
und den positiven Ast des Ladestromkreises der Batterie 47 ein Widerstand 52 mit
Klemmen 52a und 52b geschaltet. Der Ladestromkreis enthält schließlich noch zwischen
der Klemme 52b des Widerstandes 52 und dem positiven Pol 47b der Batterie 47 einen
die Ladespannung der Batterie
begrenzenden Widerstand 53 und eine
Sperrdiode 54, die so geschaltet ist, daß sie eine vom positiven Pol 47b der Batterie
47 ausgehende Rückspeisung an die Klemme 52b verhindert.
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Der beschriebene Speisestromkreis speist einen Impulsgenerator oder
Konverter, der zwei Transistoren 55 und 56 aufweist. Die Emitter 55a und 56a dieser
Transistoren sind mit dem positiven Pol 47b der Batterie 47 verbunden. Die Kollektoren
55b und 56b liegen über Widerstände 57 und 58 am negativen Pol 47a der Batterie
47. Die Basen 55c und 56c der Transistoren 55 und 56 sind mit der Klemme 52b des
Ladestromkreise über Widerstände 59 und 60 verbunden. Der so aufgebaute Konverter
speist einen Verstärker aus zwei Transistoren 61 und 62, deren Basen 61c und 62c
einerseits über Widerstände 63 und 64 an die Klemme 52b gelegt und andererseits
mit den Kollektoren 55b und 56b der Transistoren 55 und 56 über Kondensatoren 65
und 66 verbunden sind. Die Emitter 61a und 62a der Transistoren 61 und 62 liegen
weiter am positiven Pol 47b der Batterie 47, während ihre Kollektoren 61b und 62b
an den Laststromkreis angeschlossen sind.
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Der Laststromkreis besteht aus einem Transformator 67 mit einer Primärwicklung
68, deren Endklemmen 68a und 68b mit den Kollektoren der Transistoren 61 und 62
verbunden sind. Der Mittelabgriff 68c der Primärwicklung 68 ist dagegen mit dem
negativen Pol 47a der Batterie 47 verbunden. Sekundärseitig weist der Transformator
67 zwei Wicklungen 69 und 70 auf, an die eine Leuchtröhre 71 angeschlossen ist.
Die Klemmen 70a und 70b der Wicklung 70 sind mit den Klemmen 72 und 73 des die Leuchtröhre
71 normalerweise speisenden Netzes verbunden.
| e@n |
| Zwischen die Klemmen 72 und 73 ist 'Filterkondensator 74 ge- |
schaltet, der eine Ableitung der vom Impulsgenerator gelieferten Frequenzen in das
Netz verhindert.
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Arbeitet das Netz, so speist es die Leuchtröhre 71 über die Wicklungen
69 und 70 des Transformators 67 und außerdem den Ladestromkreis der Batterie 47
über den Transformator 44. Da die Klemme 52b unmittelbar mit dem auf positiven Potential
liegenden Verbindungspunkt 49 der Dioden 45 und 46 der Gleichrichteranordnung verbunden
ist, befindet sie sich auf gleichem Potential wie dieser Verbindungspunkt 49 und
liefert so eine positive Spannung an die Basiselektroden der Transistoren des Oszillators
und des Verstärkers, die so gesperrt sind.
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Bei Netzausfall wird die Klemme 52b durch ihre Verbindung mit
dem negativen Pol 47a der Batterie 47 über den Widerstand 52 negativ und
polarisiert so zum Ingangsetzen des Impulsgenerators die Basiselektroden von dessen
Transistoren und den Transistoren des Verstärkers, die damit leitend werden. Der
vom Impulsgenera:tvr gelieferte und im Verstärker verstärkte Strom speist dann den
Transformator 67 undc%mit die Leuchtröhre 71. Sobald der Netzausfall beendet ist,
tritt an der Klemme 52b wieder eine positive Spannung auf, durch die die vier Transistoren
55,56,61 und 62 neuerlich gesperrt werden.
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Fig. 4 zeigt eine Ausführungsformmit einem Glühlampen aufweisenden
Laststromkreis. Die Primärwicklung 68 des Transformators 67 und die gesamte Notstromanlage
bleiben dabei unverändert. Sekundärseitig weist der Transformator 67 aber wieder
zwei Wicklungen auf, von denen die Wicklung 75 mit den Klemmen 72 und 73 des Netzanschlusses
verbunden ist, während an die Klemmen der anderen Wicklung 76 die Glühlampe 77 angeschlossen
wird.
Je nachdem, ob das Netz arbeitet oder nicht, wird die Glühlampe 77 von der Wicklung
75 oder von der Wicklung 68 her gespeist.
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.Fig. 5 zeigt eine praktische Ausführungsform des Transformators 67
von Fig. 3. Beim Transformator 67 handelt es sich hier um einen Streutransformator
mit einem rechteckigen Jochrahmen 67a, der einen Mittelschenkel 67b aufweist. Etwa
in der Mitte dieses Schenkels 67b ist ein magnetischer Nebenschluß 78 vorgesehen,
der die Kopplungskoeffizienten zwischen den auf j seinen beiden Seiten angeordneten
Wicklungeh verringern soll. Der magnetische Nebenschluß kann aber gegebenenfalls
auch weggelassen werden.
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Auf den mittleren Schenkel 67b des Transformators ist eine die Leuchtröhre
71 speisende Wicklung aufgebracht, die aus zwei Wicklungen 69 und 70 besteht. Diese
sind in Reihe hintereinander geschaltet und beiderseits des Nebenschlusses 78 angeordnet.
Die Leuchtröhre 71 ist an die Endklemmen 69a und 70a der Wicklungen 69 und 70 angeschlossen.
Die Endklemmen 70a und 70b der Wicklung 70 sind weiter mit den Klemmen 72 und 73
des Netzanschlusses verbunden, über den die Leuchtröhre 71 normalerweise betrieben
wird. Zwischen die Klemmen 72 und 73 ist wieder ein Filterkondensator 74 geschaltet,
durch den der Leistungsfaktor verbessert und ein Übertreten der vom Impulsgenerator
gelieferten Frequenzen in das Netz verhindert wird. Auf den mittleren Schenkel 67b
ist weiter die Primärwicklung 68 aufs gewickelt, die über Anschlüsse 68a, 68b und
68c in der Schaltung von Fig. 3 mit der Notstromanlage verbunden ist. Die Primärwicklung
68 ist auf die Wicklung 69 aufgewickelt, so daß zwischen diesen beiden Wicklungen
eine gute Kopplung besteht.
Bei Leuchtröhren mit zwei Heizwiderständen
werden diese Widerstände unmittelbar vom Transformator her gespeist. Dafür sind
die Wicklungen 69 und 70 mit Zwischenanzapfungen 69'a und 701a versehen. Röhren
mit einer Leistung von bis zu 40 Watt können so auf einfache Weise gespeist werden.
Ist das Netz in Betrieb, so erfolgt die Speisung der Leuchtröhre 71 vom Netz her
über die Wicklungen 69 und 70. Bei Netzausfall läuft der Impulsgenerator an, worauf
die Leuchtröhre 71 über die Primärwicklung 68 und die Wicklung 69 gespeist wird.