DE19734107A1

DE19734107A1 - Dimmer

Info

Publication number: DE19734107A1
Application number: DE1997134107
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Schmid; Dirk Dipl Ing Goldyn; Bang Bui
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 1999-02-11

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dimmer zur Steuerung einer Last, insbesondere zur Helligkeitssteuerung von Beleuchtungseinrichtungen.

Solche Dimmer sind allgemein bekannt. Sie ermöglichen den Betrieb von Beleuch tungseinrichtung an einer Netzwechselspannung, wobei ein vorgebbarer Helligkeits wert genutzt ist zur Steuerung wenigstens eines steuerbaren Halbleiterschalters. Mit dieser Steuerung wird entweder durch Phasenanschnitt oder Phasenabschnitt ein ge wünschter Effektivwert der Spannung eingestellt.

Sowohl zur Steuerung nach dem Phasenanschnitt- wie auch nach dem Phasenab schnitt-Verfahren wird der jeweilige Nulldurchgang der Netzwechselspannung detek tiert und zur Steuerung herangezogen.

In realen Niederspannungsnetzen kann eine solche zum Nulldurchgang synchrone Steuerung durch gesteuerte Antriebe oder sonstige Einflüsse gestört werden. Bei spielsweise werden in elektrischen Energieversorgungsnetzen oftmals Rundsteuersi gnale, z. B. zur Tarifumschaltung auf die Netzspannung aufmoduliert. Durch das Rundsteuersignal verschiebt sich der Nulldurchgang der Netzspannung und damit auch in gleichem Maß der Schaltpunkt des Halbleiterschalters. Damit ändert sich auch der Stromflußwinkel für den Strom durch die Beleuchtungseinrichtung. Als Folge ändert sich die Helligkeit der Leuchtmittel. Die Helligkeitsänderung erfolgt mit der Schwe bungsfrequenz der beiden überlagerten Spannungen; dies verursacht ein störendes Flimmern oder Flackern der Leuchtmittel. Durch zusätzliche Maßnahmen, wie Filter oder PLL-Schaltungen für den Synchronisationseingang kann ein konstanter Strom flußwinkel erreicht werden. Dies reduziert zwar die Störungen, beseitigt sie jedoch nicht völlig. Besonders bei kleinem Stromflußwinkel, also bei geringer Helligkeit führt die aufmodulierte Spannung zu einer Änderung des Effektivwerts der Ausgangsspan nung und damit auch zu störenden Helligkeitsschwankungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dimmer anzugeben, bei dem der Ef fektivwert der Ausgangsspannung nicht von der Höhe der Netzspannung und auch nicht von einer exakten Detektion des Nulldurchgangs abhängt.

Diese Aufgabe wird durch einen Dimmer mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkma len gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

Der Dimmer enthält Mittel zur Regelung des Effektivwerts der Ausgangsspannung. Da durch wird nicht nur Unabhängigkeit von Überlagerungen auf der z. B. 50 Hz-Netz spannung erreicht, sondern auch eine von der jeweiligen Höhe der Netzspannung un abhängige Speisespannung für Beleuchtungseinrichtungen.

Eine weitere Beschreibung der Erfindung erfolgt nachstehend anhand eines in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschema des Dimmers, und die

Fig. 2 bis 4 Flußschemata zur Erläuterung der Arbeitsweise des Dimmers.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der ein Dimmer 1 auf Grund eines an einem Sollwertgeber 2 vorgebbaren Sollwerts oder Helligkeitswerts ein Beleuchtungsmittel oder eine sonstige Last 3 speist.

Der Dimmer 1 enthält einen Controller 4 und einen Leistungsteil 5.

Anstelle eines Controllers 4 kann auch eine andere entsprechende elektronische Schaltung verwendet sein. Dem Controller 4 sind als Eingangssignale die Netzspan nung und ein vom Sollwertgeber 2 oder über ein Installationsbussystem gelieferter Sollwert zugeführt. Außerdem sind am Dimmerausgang erfaßte, dem Ausgangsstrom 1 proportionale Meßwerte zurückgeführt.

Der Controller 4 steuert den Leistungsteil 5 des Dimmers 1. Der Leistungsteil 5 enthält wenigstens einen steuerbaren Halbleiterschalter, z. B. einen Triac. Der Leistungsteil 5 hat außer einem Steuereingang zur Ansteuerung durch den Controller 4 einen Lei stungseingang, der mit dem Phasenleiter L des Niederspannungsnetzes verbunden ist.

Der Dimmer 1 kann als sogenanntes Zweidraht- oder Dreidrahtgerät ausgeführt sein, also mit oder ohne Nulleiteranschluß.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung stellt einen Regelkreis dar mit dem Controller 4 als Regler, dem Leistungsteil 5 als Stelleinrichtung und der Last 3 als Regelstrecke. Als Regelgröße wird der Laststrom erfaßt, aus dem sich der Effektivwert berechnen läßt.

Die Arbeitsweise des Dimmers 1 wird anhand der Fig. 2 bis 4 weiter erläutert. Fig. 2 zeigt das im Controller 4 ablaufende Gesamtprogramm mit einer Leitphase, einer Sperrphase und einer Synchronisation. Die Sperrphase des Leistungsteils ist in Fig. 3 und die Leitphase in Fig. 4 detaillierter dargestellt.

Die Synchronisation kann auf unterschiedliche Weise, am einfachsten durch Erfassung des Spannungsnulldurchgangs erfolgen. Verschiebungen oder Sprünge bei der Detek tion des Nulldurchgangs sind dabei jedoch ohne Auswirkung auf die Regelgröße, da die Abschaltung des Leistungshalbleiters im Leistungsteil nicht in Abhängigkeit vom Stromflußwinkel, sondern genau dann erfolgt, wenn der gewünschte Effektivwert der Ausgangsspannung erreicht ist. Dazu wird in jeder Halbwelle der Netzspannung wäh rend der Stromflußzeit der Effektivwert der Ausgangsspannung errechnet und mit dem Sollwert verglichen.

Fig. 3 zeigt die Vorgänge während der Sperrphase des Leistungshalbleiters. In dieser Phase wird vom Controller 4 die Sollwertvorgabe gelesen, die Höhe der Netzspannung ermittelt und daraus ein Zielwert des Effektivwerts der Ausgangsspannung errechnet.

Fig. 4 zeigt Vorgänge während der Leitphase. Die Ansteuerung des Leistungshalblei ters kann dabei in üblicher Weise von der Art der Last abhängig nach dem Prinzip der Abschnitt- oder Anschnittsteuerung erfolgen. Nachdem der Leistungshalbleiter einge schaltet ist und somit Laststrom fließt, wird der Laststrom 1 erfaßt. Diese Erfassung er folgt mit einer geeigneten Abtastraste, die im wesentlichen von der Arbeitsgeschwin digkeit des Controllers 4 abhängt. Die Abtastrate muß jedoch so klein sein, d. h. mit Zeitabständen von weniger als 25 µs, daß eine Varianz von einem Bit in der Abtastrate nicht zu Flackereffekten am Beleuchtungsmittel führt. Der Laststrom I kann z. B. durch Abgriff einer dazu proportionalen Spannung an einem Meßwiderstand im Lastkreis er faßt werden. Nach jeder Abtastung des Signals an diesem Shunt wird der Meßwert quadriert und zur Summe der Quadrate addiert.

Grundlage dieser Berechnung ist die nachstehende Formel zur Berechnung des Effek tivwerts:

I² = (1/(2π)).∫i²sin²αdα

mit:
dα = Abtastrate
2π = Periodendauer
I = Effektivwert
i = aktueller Stromwert.

Sobald der so als Istwert berechnete Quasi-Effektivwert dem von einem Bediener ein gestellten Sollwert entspricht, wird die Ansteuerung der Last beendet. Sichtbare schnelle Helligkeitsänderungen der Leuchtmittel werden auf diese Weise wirkungsvoll ausgeregelt. Langsame Schwankungen der Netzspannung werden ebenfalls ausgere gelt. Zusätzlich ist es möglich, bei Netzspannungen zwischen z. B. 230 Volt und 253 Volt die Ausgangsspannung auf maximal 230 Volt zu begrenzen.

Claims

1. Dimmer (1) zur Steuerung einer Last (3), insbesondere zur Helligkeitssteue rung von Beleuchtungseinrichtungen, wobei die Last (3) unter Zwischenschaltung ei nes Leistungsteils (5) des Dimmers (1) an ein Niederspannungsnetz anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung des Leistungsteils (5) eine Regelein richtung,insbesondere ein Controller (4) vorhanden ist und der Regeleinrichtung au ßer einem Sollwert dem Ausgangsstrom (1) des Leistungsteils 5 proportionale Meßsi gnale zugeführt sind.

2. Dimmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeleinrichtung (4) außerdem die Netzwechselspannung zugeführt ist und die Regeleinrichtung (4) dafür eingerichtet ist, den Nulldurchgang der Netzwechselspannung zu detektieren.

3. Dimmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (4) dafür eingerichtet ist, den Effektivwert der Ausgangsspan nung des Dimmers (1) zu regeln, wobei in jeder Halbwelle der Netzwechselspannung nach dem Einschalten des Leistungsteils jeweils eine Abtastung des dem Aus gangsstrom (I) proportionalen Meßsignals mit einer geeigneten Abtastrate erfolgt, eine Effektivwertberechnung auf der Basis der erfaßten Strommomentanwerte durchgeführt wird und eine Abschaltung des Leistungsteils erfolgt, wenn der berechnete Effektivwert mit einem vorher auf Grund der Sollwertvorgabe und der aktuellen Höhe der Netzspan nung ermittelten Soll-Effektivwert übereinstimmt.

4. Dimmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (4) dafür eingerichtet ist, die Einschaltung des Leistungsteils (5) nach dem Prinzip der Phasenanschnitt- oder der Phasenabschnittsteuerung durchzu führen.