DE19528873A1

DE19528873A1 - Brightness control unit for stage lighting lamps in kW output range - has three=phase AC mains connected to lamp or lamps via fully controlled thyristor bridge with pump capacitors as neutral line connectors

Info

Publication number: DE19528873A1
Application number: DE1995128873
Authority: DE
Inventors: Volker Petschick
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-08-05
Filing date: 1995-08-05
Publication date: 1997-02-06

Abstract

A brightness control unit for stage lighting using at least one lamp with an output in the kilowatt range has the lamp or lamps connected to the three phase AC mains via a fully controlled AC bridge. An anti-interference condenser is connected in parallel with the lamp(s). The bridge contains six thyristors and between the cathodes of three of them and the neutral is a "pump condenser", with another one between the anodes of the three other thyristors and neutral. The size of these "pump capacitors" is between ten and fifty microfarads per kW rated output. There is a choke in each of the line conductors to the control unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Helligkeitssteuergerät für zumindest eine Lampe im kW-Bereich für die Bühnentechnik.The invention relates to a brightness control device for at least a lamp in the kW range for stage technology.

An die Bühnenbeleuchtung von Theatern und professionellen Filmstu dios werden hohe Anforderungen gestellt. In größeren Häusern er reicht die installierte Gesamtleistung ohne weiteres die Größen ordnung von 5 MW, wobei große einzelne Scheinwerfer oder Lampen mit Leistungen im kW-Bereich in ihrer Helligkeit, d. h. Leistung stufenlos gesteuert werden sollen.To the stage lighting of theaters and professional film studios high demands are placed on dios. In larger houses he the installed total output easily exceeds the sizes order of 5 MW, with large single headlights or lamps with powers in the kW range in their brightness, d. H. power to be steplessly controlled.

Die große, insgesamt installierte Leistung wird dabei beim her kömmlichen Aufbau einer großen Bühnenbeleuchtung auf die drei Pha sen eines Drehstromnetzes verteilt, indem etwa ein Drittel aller installierten Lampen jeweils einer Phase zugeordnet wird. Jede einzelne Lampe wird dann nach den Prinzipien der Phasenanschnitts steuerung mittels eines netzgeführten Wechselstromstellers gesteu ert. Der bekannte netzgeführte Wechselstromsteller weist zwei an tiparallel geschaltete Thyristoren nebst einer entsprechenden elektronischen Steuerung auf. Die konventionelle Schaltung für einen vorgesteuerten Wechselstromsteller wird auch als WIC-Schal tung bezeichnet. The large, total installed capacity is hereby conventional structure of a large stage lighting on the three Pha distribution of a three-phase network by about a third of all installed lamps is assigned to a phase. Each single lamp is then cut according to the principles of phase control control by means of a network-controlled AC power controller The known mains-operated AC power controller has two Tip-parallel switched thyristors along with a corresponding one electronic control on. The conventional circuit for A pilot operated AC power controller is also called a WIC scarf designated.

Die Ansteuerung einzelner Lampen jeweils mittels eines Wechsel stromstellers, wie sie im Bereich der Bühnentechnik unverändert seit etwa 40 Jahren praktiziert wird, ist mit verschiedenen Nach teilen behaftet. Zunächst ist eine nach außen hin auftretende sym metrische Belastung des Drehstromnetzes zwischen Theater oder Filmstudio und Elektrizitätswerk nur dann gegeben, wenn entweder alle Lampen der Bühnenbeleuchtung gleichzeitig eingeschaltet sind, oder aber aus jedem jeweils einer Phase zugeordneten Drittel der installierten Gesamtleistung gleich viele Lampen bzw. Lampen glei cher Gesamtleistung abgeschaltet werden. Da der Einsatz von be stimmten, auf der Bühne beispielsweise rechts oder links montier ten Lampen aber nach dramaturgischen Gesichtspunkten entschieden wird, ist eine symmetrische Belastung des Netzes nach außen hin häufig nicht gegeben. Auch die innere Kabelführung eines Theaters oder Filmstudios wird durch eine solche häufig auftretende asym metrische Belastung der drei Phasen des Drehstromnetzes häufig in Mitleidenschaft gezogen. So muß insbesondere der Nulleiter wesent lich stärker dimensioniert werden, als es aus Kostengründen wün schenswert wäre.The control of individual lamps by means of a change current controller, as in the field of stage technology unchanged Has been practiced for around 40 years, with various aftermath share afflicted. First of all, a sym metric load of the three-phase network between theater or Film studio and power plant only given if either all stage lighting lamps are switched on at the same time, or from each third of each assigned to a phase installed total output equal number of lamps or lamps total power can be switched off. Since the use of be agreed to mount on the right or left of the stage, for example However, lamps were decided based on dramaturgical criteria is a symmetrical load on the network towards the outside often not given. Even the inner cable routing of a theater or movie studios is characterized by such a common asym metric load of the three phases of the three-phase network often in Affected. In particular, the neutral conductor must be essential dimensioned stronger than would be desirable for cost reasons would be worthwhile.

Weiterhin kommt es insbesondere bei einem Zündwinkel von 90° zu Oberwellenströmen, insbesondere mit einer störenden 150Hz-Kompo nente, die einen empfindlich störenden Brummton erzeugen kann, sobald magneto-elektrische Effekte zum Tragen kommen. Dieses Pro blem ist auch als Lampensingen bekannt.Furthermore, it occurs in particular at an ignition angle of 90 ° Harmonic currents, especially with a disturbing 150Hz compo component that can produce a sensitive humming sound, as soon as magneto-electrical effects come into play. This pro blem is also known as lamp singing.

Weiterhin müssen der einer bestimmten Lampengruppe zugeordnete Hinstrom und Rückstrom auf gleicher Trasse laufen, da bereits ein Fehlstrom von 0,5 A Störfelder für Verstärkeranlagen etc. erzeugt.Furthermore, the one assigned to a specific lamp group Both the upstream and the downstream flow run on the same route, since they are already running Leakage current of 0.5 A interference fields for amplifier systems etc. generated.

Schließlich kann es bei einphasigen Betrieb von Bühnenscheinwer fern zu Farbverschiebungen kommen. Sind beispielsweise eine 1kW- Lampe, eine 2kW-Lampe und eine 5kW-Lampe mit jeweils gleichen Lei tungsstrecken angesteuert, so kommt es bei gleichem Phasenwinkel zu unterschiedlichen Spannungsabfällen auf den gleich langen Lei tungen und damit zu unterschiedlichen Betriebsspannungen der drei Lampen. Hieraus resultieren Farbunterschiede, die insbesondere im Bereich von professionellen Fernsehaufnahmen nicht hingenommen werden können.After all, it can be with single-phase operation of stage lights far away from color shifts. Are for example a 1kW Lamp, a 2kW lamp and a 5kW lamp, each with the same Lei controlled, so it happens with the same phase angle to different voltage drops on the same long Lei voltages and thus to different operating voltages for the three Lamps. This results in color differences, especially in Professional television recordings not accepted can be.

Insbesondere in großen Häusern sind oft erhebliche Leitungslängen erforderlich, sowohl zwischen Einspeisung und Helligkeitssteuerge rät (Dimmeranlage, Netzseite) wie auch zwischen Dimmeranlage und den Scheinwerfern (Lastseite). Infolge der großen zu transportie renden Ströme treten auf den Leitungen, wie beim Problem der Farb verschiebung bereits erwähnt, Spannungsabfälle auf, die auch unter Leistungsgesichtspunkten nicht mehr zu vernachlässigen sind. In herkömmlichen Steuergeräten bzw. Dimmeranlagen begegnet man diesem Problem durch Verlegung großer Leiterquerschnitte und, da dies oft nicht ausreicht, dadurch, daß die Spannung einer Phase, d. h. die Strangspannung, von den gelieferten 230V auf bis zu 270V durch den Steuergeräten vorgeschaltete Aufwärts-Transformatoren angehoben wird.Especially in large houses there are often considerable cable lengths required, both between infeed and brightness control advises (dimmer system, network side) as well as between dimmer system and the headlights (load side). As a result of the great to be transported currents occur on the lines, as with the problem of color shift mentioned earlier, voltage drops on that also under Performance aspects can no longer be neglected. In conventional control devices or dimmer systems are encountered Problem due to laying large conductor cross sections and, as this is often the case not sufficient because the voltage of one phase, i.e. H. the String voltage, from the delivered 230V up to 270V through the Control units upstream transformers raised becomes.

Der damit verbundene bauliche Aufwand wird häufig noch verdoppelt, um die Betriebssicherheit, d. h. die ständige Verfügbarkeit der Bühnenbeleuchtung zu garantieren. Dies gilt sowohl für große Thea ter mit teuren Produktionen wie für Foto- und Filmstudios, Zirkus arenen und ähnliches. Der Ausfall der Beleuchtungsanlage ist bei solchen Betrieben katastrophal, da die laufenden Kosten eines ein zelnen Vorstellungs- oder Produktionstages sehr hoch sind.The associated construction effort is often doubled, for operational safety, d. H. the constant availability of the To guarantee stage lighting. This applies to both large thea with expensive productions such as for photo and film studios, circus arenas and the like. The failure of the lighting system is at Such operations are catastrophic because the running costs of one individual presentation or production days are very high.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Helligkeits steuerung für Lampen von Bühnenbeleuchtungen zu entwerfen, die die erwähnten Nachteile vermeidet.The invention is therefore based on the object of brightness control for stage lighting lamps to design the avoids disadvantages mentioned.

Die Lösung der Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß jede ein zelne Lampe der Bühnenbeleuchtung dreiphasig betrieben wird und über eine an sich bekannte Drehstrombrücke angesteuert wird.The solution to the problem is characterized in that each one individual lamp of the stage lighting is operated in three phases and is controlled via a known three-phase bridge.

Drehstrombrücken, insbesondere vollgesteuerte Drehstrombrücken mit sechs Thyristoren der Bauform B6C sind an sich für andere Anwen dungsfälle bekannt, beispielsweise für die Leistungssteuerung von Schweißgeräten oder zum Erzeugen von Gleichspannungen für die Gal vanik.Three-phase bridges, especially fully controlled three-phase bridges with six B6C thyristors are in themselves for other applications known cases, for example for the performance control of Welding machines or to generate DC voltages for the gal vanik.

Der Verwendung dieser Schaltung für Zwecke der Bühnenbeleuchtung stand bisher das Vorurteil der Fachwelt entgegen, daß der im Ver gleich zum einfachen Wechselstromsteller dreifache Schaltungs- und Leitungsaufwand für die Steuerung von Lampen bzw. Bühnenscheinwer fern nicht sinnvoll oder lohnend sei.Using this circuit for stage lighting purposes previously stood the prejudice of the professional world that the ver triple circuit and equal to the simple AC power controller Management effort for the control of lamps or stage lights far from being sensible or worthwhile.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der als Last für die Drehstrombrücke geschalteten Lampe ein Entstörkonden sator (C₃) parallel geschaltet. Hierdurch wird die an der Lampe anliegende Gleichspannung weiter geglättet und die Erzeugung von Störwellen oder Störfeldern reduziert.According to a preferred embodiment of the invention, the as Load for the three-phase lamp switched an interference suppressor sator (C₃) connected in parallel. This will cause the lamp applied DC voltage smoothed further and the generation of Interference waves or interference fields reduced.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, daß jeweils ein Pumpkondensa tor zwischen Nulleiter und den gemeinsamen Anschlüssen dreier Thy ristoren geschaltet ist, um die Gleichspannung weiter zu erhöhen.Furthermore, it is preferably provided that one pump condenser each Gate between neutral and the common connections of three Thy is switched to further increase the DC voltage.

Bei einer Strangspannung von 230V kann die Kapazität der Pumpkon densatoren bevorzugt bei 30 µF pro kW Nennleistung eines Dimmers liegen.With a string voltage of 230V, the capacity of the Pumpkon capacitors preferred at 30 µF per kW nominal power of a dimmer lie.

Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, daß in jeder der zu dem Hel ligkeitssteuergerät führenden drei Phasenleitungen eine Drossel angeordnet ist, um den Stromanstieg bei Durchschalten des Thyri stors auf einen Zeitraum auszudehnen, für den der Thyristor ausge legt ist. Weiterhin werden auch Funkstörungen durch solche Dros seln reduziert. Die Drosseln können einen Luftspalt aufweisen oder aber Toroidspulen mit Sinterkern sein.Finally, it is preferably provided that in each of the hel The three-phase line control device carries a choke is arranged to increase the current when turning on the Thyri stors to a period for which the thyristor has expired sets is. Furthermore, radio interference from such Dros reduced. The chokes can have an air gap or but be toroidal coils with sintered core.

Die Verwendung von vollgesteuerten Wechselstromstellern, insbeson dere der erfindungsgemäßen Schaltungsart mit Strangdrosseln, Pump kondensatoren und einem Ausgleichskondensator bietet viele Vortei le.The use of fully controlled AC power controllers, in particular dere the circuit type according to the invention with chokes, pump capacitors and a compensating capacitor offers many advantages le.

Die dreiphasige Ansteuerung jedes einzelnen Bühnenscheinwerfers gewährleistet unter allen Umständen eine stets symmetrische Bela stung des Drehstromnetzes. Damit kann die Niederspannungsversor gung insbesondere größerer Anlagen genau ausgelegt werden. Die Überdimensionierung von Leitern wegen der beim Stand der Technik betriebsmäßig häufig gegebenen unsymmetrischen Belastung sind nicht mehr nötig.The three-phase control of each individual stage spotlight guarantees a symmetrical Bela under all circumstances of the three-phase network. This allows the low voltage supplier especially large systems. The Oversizing of conductors because of the state of the art operationally given asymmetrical load no longer necessary.

Der Mittelpunktsleiter (Nulleiter) wird deutlich geringer belastet als bei herkömmlichen Bühnenbeleuchtungen, mit allen sich daraus ergebenden Konsequenzen, wie z. B. Reduzierung der Störung von Fremdgeräten (insbesondere Computern), die am gleichen Netz be trieben werden, sowie Reduzierungen von Betriebsstörungen der Hel ligkeitssteueranlage (Dimmeranlage) selbst.The center conductor (neutral conductor) is loaded significantly less than with conventional stage lighting, with all of them resulting consequences such. B. Reduction of interference from Third-party devices (especially computers) that are on the same network are driven, as well as reductions in operational malfunctions of the Hel maturity control system (dimmer system) itself.

Die elektro-magnetische Verträglichkeit (EMV) wird deutlich ver bessert, da die Störspannungen insbesondere auf den Lastleitern reduziert werden. Phasenanschnitt im eigentlichen Sinn findet nur noch zwischen der Niederspannungshauptverteilung bzw. dem speisen den Transformator und der Steueranlage (Dimmeranlage) statt. Die Lastleitungen führen Gleichspannung und Gleichstrom, so daß indu zierte Störungen weitgehend entfallen.The electromagnetic compatibility (EMC) is clearly ver improves, since the interference voltages in particular on the load conductors be reduced. Bleed phase in the real sense only takes place still between the low-voltage main distribution or the dining the transformer and the control system (dimmer system) instead. The Load lines carry direct voltage and direct current, so that indu ornamental disorders largely eliminated.

Das eingangs angesprochene "Lampensingen" wird eliminiert oder zumindest deutlich reduziert. Da auf den Lastleitungen keinen Pha senanschnitt im eigentlichen Sinne stattfindet, kann das Filament der Lampe (der Glühfaden) auch nicht durch magnetostriktive Vor gänge zu mechanischen Schwingungen angeregt werden, die sonst un ter Umständen zu erheblichen akustischen Störungen führen, was insbesondere bei klassischen Konzerten o. ä. sehr störend ist. Das erfindungsgemäße Helligkeitssteuergerät bietet die Möglichkeit, dieses Phänomen bereits auf der Steuergerätseite zu eliminieren.The "lamp singing" mentioned at the beginning is eliminated or at least significantly reduced. Since there is no Pha on the load lines The filament can be cut in the true sense the lamp (filament) also not by magnetostrictive pre gears are excited to mechanical vibrations, which otherwise un under certain circumstances lead to considerable acoustic interference, which is very annoying, especially at classical concerts or the like. The Brightness control device according to the invention offers the possibility of to eliminate this phenomenon on the ECU side.

Die in großen Häusern wegen der erheblichen Leitungslängen häufig verwendeten Transformatoren zum Hochtransformieren der Strangspan nung von 230V auf bis zu 270V können entfallen. Die Schaltung B6C ist vom Prinzip her in der Lage, eine maximale Ausgangsspannung bereitzustellen, die weit über der Nennspannung der eingesetzten Leuchtmittel (Bühnenscheinwerfer) liegt. Diese ideelle Gleichspan nung V_do errechnet sich nachThe transformers frequently used in large houses due to the considerable cable lengths for stepping up the string voltage from 230V to up to 270V can be omitted. The circuit B6C is in principle able to provide a maximum output voltage that is far above the nominal voltage of the lamps used (stage spotlights). This ideal DC voltage V _{do is} calculated

mit V_v = 400V als Strangspannung zuwith V _v = 400V as phase voltage

V_do = 400V _* 1,35 = 540V.V _do = 400V _* 1.35 = 540V.

Auf diese Weise wird es ohne Aufwärts-Transformatoren möglich, selbst bei schwachem Netz und knapp ausgelegten Lastleitungen eine stets ausreichende Betriebsspannung bereitzustellen, so daß die eingangs erwähnten Probleme entfallen.This way, without step-up transformers, even with weak networks and tightly designed load lines Always provide sufficient operating voltage so that the Problems mentioned at the beginning are eliminated.

Auch die Betriebssicherheit wird gewährleistet, ohne alle Kompo nenten doppelt ausführen zu müssen. Selbst bei Totalausfall einer Netzphase ist eine erfindungsgemäße Anlage noch voll betriebsbe reit. Dies gilt selbstverständlich um so mehr, wenn nur einzelne Lampenkreise betroffen sind. Auch der Vorteil einer Überhöhung der Betriebsspannung ist noch voll verfügbar, da die erzielbare maxi male Ausgangsspannung als Gleichspannung immer nochOperational safety is also guaranteed without all the compos having to double Even in the event of total failure Network phase, a system according to the invention is still fully operational riding. Of course, this applies all the more, if only a few Lamp circles are affected. The advantage of increasing the Operating voltage is still fully available, as the achievable maxi male output voltage as DC voltage still

beträgt.is.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is illustrated below with reference to one in the drawing presented embodiment explained in more detail. In the drawing demonstrate:

Fig. 1 den prinzipiellen Schaltplan einer vollgesteuerten Drehstrombrücke, erfindungsgemäß verwendet zur An steuerung eines Bühnenscheinwerfers, und Fig. 1 shows the basic circuit diagram of a fully controlled three-phase bridge, used according to the invention for controlling a stage spotlight, and

Fig. 2 den prinzipiellen Schaltplan eines Wechselstrom stellers gemäß dem Stand der Technik. Fig. 2 shows the basic circuit diagram of an AC power controller according to the prior art.

Fig. 2 zeigt in an sich bekannter Weise zwei antiparallel ge schaltete Thyristoren 1 und 2, die die Leistung und damit Hellig keit einer zwischen eine Phase L eines Drehstromnetzes und den Nulleiter (Mittelpunktsleiter) geschaltete Lampe steuern. Fig. 2 shows in a known manner two antiparallel ge switched thyristors 1 and 2 , the speed and brightness of a phase between a phase L of a three-phase network and the neutral conductor (center conductor) switched lamp.

Zur Begrenzung des Stromanstiegs in den Thyristoren ist eine Dros sel Dr vorgesehen, weiterhin ist ein Störschutzkondensator C parallel zur die Last bildenden Lampe geschaltet.A Dros is used to limit the current rise in the thyristors sel Dr provided, also a noise protection capacitor C connected in parallel to the lamp forming the load.

Die Fig. 2 gezeichnete Schaltung wird gemäß dem Stand der Technik innerhalb einer Bühnenbeleuchtung mehrfach auf die drei Phasen eines Drehstromnetzes verteilt verwendet. Die damit verbundenen Nachteile sind in der Beschreibungseinleitung ausführlich disku tiert worden.The circuit shown in FIG. 2 is used according to the state of the art multiple times distributed over the three phases of a three-phase network within a stage lighting. The associated disadvantages have been discussed in detail in the introduction to the description.

Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen Vorschlag, eine Lampe mit ei ner Leistung zwischen 0,1 kW und 10 kW auf allen drei Phasen eines Drehstromnetzes gleichzeitig zu betreiben und eine vollgesteuerte Drehstrombrücke mit sechs Thyristoren Th1 bis Th6 als Steuergerät zu verwenden. Fig. 1 shows the proposal according to the invention to operate a lamp with egg ner power between 0.1 kW and 10 kW on all three phases of a three-phase network simultaneously and to use a fully controlled three-phase bridge with six thyristors Th1 to Th6 as a control unit.

Zusätzlich sind drei Drosseln Dr1 bis Dr3 in jeweils einen Strang bzw. eine jeweils eine Phase führenden Leitung L₁ bis L₃ geschal tet, um die Stromanstiegsgeschwindigkeiten jeweils eines Thyristo renpaares zu begrenzen.In addition, three chokes Dr1 to Dr3 are in one strand each or a phase leading line L₁ to L₃ schal tet to the current rise rates of a thyristo limit renpaares.

Zusätzlich sind zwei Pumpkondensatoren C₁ und C₂ vorgesehen, die zur Erzeugung einer höheren Gleichspannung dienen und deren Kapa zität bei einem herkömmlichen Drehstromnetz, d. h. 230V Strangspannung, ca. 30 µF pro kW Nennleistung des betreffenden Dimmers beträgt.In addition, two pump capacitors C₁ and C₂ are provided serve to generate a higher DC voltage and their Kapa in a conventional three-phase network, d. H. 230V String voltage, approx. 30 µF per kW nominal power of the concerned Dimmers.

Claims

1. Brightness control device for a stage lighting with at least one incandescent lamp with a power in the kW range, characterized in that the at least one incandescent lamp is connected to a three-phase network via a three-phase bridge.

2. Brightness control device according to claim 1, characterized net that the three-phase bridge is a fully controlled three-phase bridge (B6C).

3. Brightness control device according to one of the preceding claims che, characterized in that the as a load for the rotation current bridge lamp an interference suppression capacitor (C₃) is connected in parallel.

4. Brightness control device according to one of the preceding claims with a three-phase bridge with six thyristors (Th1 to Th6), characterized in that between the merged switched cathode sides of three thyristors (Th1, Th3, Th5) and the neutral conductor (N) a pump capacitor (C₁) is connected and / or that between the interconnected anode sides three thyristors (Th2, Th4, Th6) and the neutral Pump capacitor (C₂) is switched.

5. Brightness control device according to claim 4, characterized net that with a string voltage of 230V the capacity of the Pump capacitors each between 10 µF and 50 µF per kW Nominal power.

6. Brightness control device according to one of the preceding claims che, characterized in that in each of the Hellig keitssteuergerät leading three phase lines (L₁, L₂, L₃) a throttle (Dr1, Dr2, Dr3) is arranged.

7. Brightness control device according to claim 6, characterized net that with a string voltage of 230V and a Netzfre frequency of 50 Hz, the inductance of the line chokes each 1 is up to 5 mH.

8. Brightness control device according to claim 3, characterized net that the capacitance of the interference suppression capacitor (C₃) at a String voltage of 230V between 10 µF and 50 µF per kW nominal performance is.

9. Using a fully controlled three-phase bridge (circuit form B6C) as a brightness control device for a lamp Stage lighting with an individual output between 0.1 kW and 10 kW.