DE2306450A1 - Steuervorrichtung, insbesondere fuer eine notbeleuchtungsanlage - Google Patents

Description

STEUERVORRICHTUNG, INSBESONDERE FÜR EINE NOTBELEUCHTUNGSANLAGE

Die Erfindung betrifft Steuervorrichtungen, die bei einei* anormalen Spannungsänderung in Tätigkeit treten, insbesondere Notbeleuchtungsanlagen, in denen eine Akkumulatorenbatterie in Aktion tritt, wenn die normale Stromquelle ausfällt.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt und werden insbesondere in der französischen Patentschrift 1 588 711 und in deren Zusatz 95 539 beschrieben; für bestimmte Anwendungszwecke weisen sie jedoch nicht die erforderliche Betriebsgenauigkeit auf. Insbesondere gewährleisten sie nicht, dass eine Auslösungsschwelle zwischen zwei bestimmten Grenzwerten eingehalten wird, und arbeiten andererseits nicht mit variablen Schwellenwerten

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ohne Austausch irgendwelcher Schaltungsbauteile; dies ist von • besonderem Interesse und Vorteil bei der Beleuchtung 'mit Hilfe von Leuohtstofflampen, die schnell erlöschen, wenn die Spannung, unter einen bestimmten Wert fällt.

Es sind ebenfalls Notstromversorgungsanlagen bekannt, die mit einer Batterie arbeiten (belgische Patentschrift 691.642) und mit denen eine Änderung des Auslöseschwellenwerts mit Hilfe eines mit der. Ba&feßg-y^ parallelgeschalteten Potentiometers möglich ist. Der Hauptnachteil einer derartigen Vorrichtung besteht in dem Energieverlust aufgrund der ständigen Belastung des Potentiometers. Dieser Energieverlust macht sich insbesondere während des Ruhezustands der Vorrichtung bemerkbar, in dem sich die Nbtbeleuchtungsanlage meistens befindet, und erfordert Einrichtungen zur ständigen Wiederaufladung, um den Ladezustand der Batterie aufrechtzuerhalten. ...

Ziel, der Erfindung ist es,, diese Nachteile bekannter Vorrichtungen zu beseitigen, ...

Gegenstand der Erfindung ist eine Steuervorrichtung für die Stromversorgung eines Verbrauchers durch eine Akkumula-. torenbatterie, die einen Schalter zur Herstellung der Stromversorgung des Verbrauchers durch die Batterie aufweist und durch die Herabsetzung der Spannung einer Stromquelle gesteuert wird; sie^ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter innerhalb der erforderlichen Spannungsgrenzwertθ durch eine Vergleichsschaltung gesteuert wird, die eine der Spannung' dar-Stromquelle pro-

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portionale Spannung und eine von einem Teil der Batterie abge-, gebene Bezugsspannung empfängt.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung wird der Verbraucher über den Schalter durch die normale Stromquelle gespeist, wenn die dieser proportionale Spannung höher als die Bezugsspannung ist.

Bei einer besonderen Ausführungsart der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht die Verbindung zwischen der Vergleichsschaltung und'der Akkumulatorenbatterie aus einem lösbaren Leiter, mit Hilfe dessen die Bezugsspannung geändert werden kann. Ferner ist vorzugsweise eine eine Hysteresis erzeugende Vorrichtung dem Schalter derart zugeordnet, dass die Stromversorgung durch die Batterie bei einem Wert der der Spannung der norma3-en Stromquelle proportionalen Spannung unterbrochen wird, der höher als der Bezugsspannungswert ist.

Weitere Merkmale enthält die Beschreibung von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen Vorrichtung an Hand der Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemässe Vorrichtung ;

Fig. 2 zeigt eine Fluoreszenz-Beleuchtungsanlage, deren Steuerung durch die erfindungsgemässe Vorrichtung erfolgt;

Fig. 3 zeigt eine Steuervorrichtung einer Fluoreszenz-Beleuchtungsanlage au^chliesslich für Notbetrieb, die nur in Tätigkeit tritt, wenn die Netzspannung zu gering ist;

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Fig. 4 zeigt eine Steuervorrichtung einer Beleuchtungsanlage für Dauerbetrieb, die ihre Energie entweder vom Netz oder, wenn die Netzspannung nicht ausreicht, von einer Akkumulatorenbatterie empfängt.

Bei der in Fig. 1 schematisch gezeigten Vorrichtung speist eine Akkumulatorenbatterie 1 über einen Schalter 9 einen Verbraucher 10, wenn die Spannung der normalen Quelle, also beispielsweise des Netzes 2, unzureichend ist« Hierzu liefert eine Schaltung 6 eine der Netzspannung entsprechende Spannung an eine Vergleichsschaltung 7· Diese Vergleichsschaltung 7, die im übrigen eine Bezugsspannung von einem Teil der Batterie 1 empfängt, der als Zwischenanzapfung 5 bezeichnet ist, tätigt einen Schaltkreis 8. Dieser Schaltkreis steuert den Schalter 9, über den der Verbraucher entweder durch die Batterie gespeist wird oder nicht. Ferner kann der Verbraucher .10 über den Schalter mit Hilfe einer gestrichelt eingezeichneten Verbindung aus dem Netz gespeist werden, wenn dessen Spannung ausreicht.

Bei einer mit Leuchtstofflampen versehenen Notbeleuchtungsanlage besteht der Verbraucher 10 aus der in Flg. 2 gezeigten Beleuchtungseinheit. Diese wird von einer Vorrichtung nach Fig. 3 bzw. Fig. 4 gesteuert und ist an diese durch die Klemmen A, B und C angeschlossen. Die Beleuchtungseinheit besteht aus einem Transformator 11 mit vier Wicklungen El,. E2, E3 bzw. E4. Die Wicklungen El und E2 bilden mit einem Transistor T5 einen Schwingkreis. Die Basis des Transistors T5 ist über eine Diode D2 an die Wicklung E2 angeschlossen, und der Kollektor des

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Transistors T5 liegt an einer Mittelanzapfung der Wicklung El, sein Emitter an der Klemme B. Die Wicklung E2 ist andererseits mit der Klemme C über einen Widerstand Rl 4 und die Wicklung El mit der Klemme A verbunden. Ein Kondensator C3 verbindet diese beiden Wicklungen miteinander. Durch einen mit der Wicklung El parallel geschalteten Kondensator C4 erhalten die Signale im wesentlichen Sinusform.

Die Wicklungen E3 und E4 steuern die Zündung der

Leuchtstofflampe 12, und die Wicklung E3 ist mit dem metallischen Reflektor D der Lampe verbunden, während zwei äussere Teile der Wicklung E4 mit den Wendeln der Lampe verbunden sind.

Die Vorrichtung nach Fig. 3 dient zur Verwendung im Notbetrieb. Von der Akkumulatorenbatterie 1 wird die Beleuchtungsanlage nur dann gespeist, wenn die Netzspannung unter einen bestimmten Bruchteil ihres normalen Werts absinkt. Diese Spannung wird an die Klemmen 2 eines Transformators 3 angelegt,- der einerseits zur Wiederaufladung der'Batterie 1 über eine Gleichrichterbrücke 4 und einen, Belastungswiderstand Rl dient und andererseits eine der Netzspannung proportionale Spannung abgibt, die über einen Widerstand R2 auf einen Kondensator Cl gegeben wird. ,

Die Vergleichsschaltung 7· empfängt einerseits die" Spannung des Kondensators Cl_v dief-der Netzspannung proportional ist, und andererseits ein an der Zwischenanzapfung 5 der Batterie 1 abgegriffenes Bezugspotential. Diese Vergleichsschaltung 7 weist einen Transistor Tl auf, dessen Emitter über einen Wider-

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stand R5 mit dem Kondensator Cl verbunden ist und dessen Basis über .einen Widerstand R4 und eine Diode Dl an der Anzapfung % liegt. Ein Widerstand R3 versorgt eine Diode Dl mit Strom, so dass diese eine Schwellenspannung erzeugt. Ein mit der Basis, und dem Emitter des Transistors Tl verbundener Kondensator/C2 dient zum Aussieben von störenden Wechselspannungskomponenten.

Das von dem Kollektor des Transistors Tl abgegebene Si^^^-r^^ui^deja,;Schaltkreis. 8 gegeben, der einen Transistor T2.-enthält, dessen Basis über eine Widerstandsbrücke R6. bzw. R? das Signal empfängt. Der Kollektor dieses Transistors T2 und ein Vorspannungswiderstand R8 liegen an der Baals eines zweiten . ,„ Transistors T3, welcher über-eine Widerstandsbrücke RIO, RIl . einen dritten Transistor T4 steuert. Die Steuerklemmen A und C der Beleuchtungsanlage sind mit dem Emitter bzw. mit dem Kollektor des Transistors T4 verbunden. ' , ..

... ^: Ein Widerstand R13. und: eine Diode D3, liegen, zwischen dem Emitter des ,Transistors -Tl und· dem Kollektor des. Trans ist. or s T3 j. hierdurch wird der Transistor Tl gesperrt. Eine Zener-Diode DZl und, ein Widerstand R12 liegen zwischen der Basis des Transistors T-3- und dem Kollektor des Transistors T4.

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Wenn die Netzspannung unter einem bestimmten Wert absinkt, fällt die Klemmenspannung des Kondensators Cl unter den Spannungswert, der für die Leitfähigkeit des Transistors Tl erforderlich ist, d.h. der Summe der als Bezugswert dienenden Batterieteilspannung zwischen der Klemme 5 und dem negativen Bezugspol, der Polarisationsspannung des Transistors Tl und der Spannung über den Widerstand R5.

Infolge der Sperrung des Transistors Tl erfolgt die Sperrung des Transistors T2. Durch den im Widerstand R8 fliessenden Strom wird der Transistor T3 vorgespannt und leitend, und über die Widerstände RIO und RIl wird auch der Transistor T4 leitend. Dadurch erfolgt die Einschaltung der Notbeleuchtungsanlage .

Wenn die an den Klemmen des Kondensators Cl liegende Spannung ganz zusammenbricht, wird die Vorspannung des Transistors T3 durch den durch den Transistor T4, die Zener-Diode DZl und den Widerstand R12 flicssenden Strom aufrechterhalten.

Der übergang in den Betriebszustand wird erleichtert durch die Zwischenschaltung des Widerstands R13 und der Diode D3 zwischen dem Emitter des Transistors Tl und dem Kollektor des Transistors T3. Sobald nämlich der Transistor T3 zu leiten beginnt, werden der Widerstand R13 und die Diode D3 von einem Strom durchflossen, der ebenfalls durch den Widerstand R5 fliesst; der Spannungsabfall an dessen Klemmen nimmt zu und verstärkt die Sperrung des Transistors Tl.

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Der plötzliche Ausfall der Netzspannung ist wie de,r weiter oben erwähnte langsame Spannungsabfall zu werten, wobei der Polariaationsstrom des Transistors T3 nicht mehr vom Transformator 3 geliefert wird, sondern zunächst durch den Kondensator Cl über den Widerstand E8, und dann durch die Batterie 1 über den leitenden Transistor T4, die Zener-Diode DZl und den Widerstand Rl2. . . '

Die Zener-Diode DZl gewährleistet auch dann die Sperrung des Transistors T3, wenn die Bätteriespännting zu schwach ist, nämlich am Ende der Entladung, wenn die Batterie keinen Strom mehr abgibt, Infolgedessen sperrt der Transistor T4, und die Beleuehttingsajalage wird ausgeschaltet«

Wenn die Netzspannung günimmt, nimmt ebenfalls die Klemmenspannung des Kondensators Öl zu " und erreicht einen Wert, bei dem der Transistor fi leitend wiM. Dadüi*öh ergibt sldh der ■ beriits oben definierte Zustand 6©i normaler Spannung* Die Se*- ieüchtüngsanlage wird ausgeschaltet* .

Aufgrund des Vöfhandeiiseinsi. d§» Diödi .D3 und deä Wi«. derstands E13 steigt die^Spaiiniing^ die dii? Köniensator Cl 2Ui* " Iforspännung des Transistovä Tl effeiehöri ftiuig^ auf einen Wert^" der über demjenigen liegt, weiöfrii* Me Zöndurig äüägöiSst hat, tmd zwar infolge der Zunahme des S|jannunisaMalls an den Kleöi*' men des Widerstands R#* Dadurch iötiteht eine bistimöite Hysterese ι die das Äuftreteii von legöltmgsiöhwingütigin tefhindiert«

Die in Pig« 4 gezeigte Vo^löhtung gewahileistet einen

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Dauerbetrieb, d.h. die Beleuchtungsanlage bleibt ständig in Betrieb; entweder wird sie vom Netz betrieben oder aber durch die Akkumulatorenbatterie, wenn die Netzspannung nicht ausreicht, In Fig. 4 sind sämtliche bereits erwähnten Bauteile mit den gleichen Bezeichnungen versehen, und deren Betriebsweise ist die gleiche. Der Unterschied besteht darin, dass durch eine bestimmte Auslegung der Anlage die Speisung der Beleuchtungsanlage durch das Netz erfolgen kann« Hierzu weist der Transformator 3^f eine zweite Sekundärwicklung auf, die eine Gleichrichterbrücke 14 speist, welche an die Klemmen A und C der Beleuchtungsanlage eine durch einen Kondensator C? gesiebte Spannung abgibt.

Ein Transistor T6 liegt an der Klemme B und der negativen Leitung, und zwar über seinen Emitter bzw. seinen Kollektor; die Basis des Transistors liegt an einer Widerstandsbrücke R18 und R19; diese Widerstände sind mit dein Kollektor des Transistors T4 verbunden. Ein Kondensator C5 ist zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors T6 angeordnet, um die Vorspannung des Transistors zu erhöhen.

Wenn am Netz eine ausreichende Spannung liegt, wird die Beleuchtungsanlage durch die Gleichrichterbrücke 14 gespeist, und die Batterie 1 ist infolge Sperrung vom Transistor T6 getrennt.

Im Falle eines Ausfalls oder eines Absinkens der Netzspannung unter den genannten Grenzwert wird der Transistor T4 leitend, spannt den Transistor T6 vor, so dass dieser auch

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leitend wird, und gewährleistet die Speisung der Beleuchtungsanlage durch die Batterie. ,

Weitere Einzelheiten der Schaltung nach Fig. 4 können ebensogut auf die Vorrichtung in-Fig« 3 angewendet werden, E₁S handelt sich hierbei um Kurz ze it druckt asten 16 und 17, mit «denen von Hand das Aus- und wieder Einschalten der Beleuchtungsanlage vorgenommen werden kann* sowie um eine aus einer Diode D5, aus einem Widerstand R15 und einem Kondensator G6 gebildeten Baueinheit, mit der durch Anlegen einer Gleichspannung an die Klemmen 18 der Beleuchtungsanlage bei Ausfall der Netzspannung das Aus- und Einschalten der Beleuchtungsanlage ferngesteuert wird. Wenn der Strom durch die Diode D5 und den Widerstand Rl5 fliesst, sperrt der Transistor T3 und die Beleuchtungsanlage erlischt. In umgekehrter Richtung gelangt der Strom durch den Widerstand R15 und.denBasis-Emitter-Ubergang des Transistors T3, der leitend wird und die Beleuchtungsanlage einschaltet.

Parallel zum Widerstand Rl kann eine Lampe L geschaltet werden, die aufleuchtet, sobald durch den Widerstand ein Strom fliesst, d.h.» wenn das Netz die Batterie wieder auflädt.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich auch für andere Verwendungszwecke als die beschriebenen. Zur""Steüerung einer Beleuchtungsanlage ist sie jedoch besonders geeignet und von besonderem Interesse«, ^;

Mit Hilfe der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es insbesondere möglich, den Grenzspanntingswert zu ändern, bei dem

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die Umschaltung des Stromversorgungsnetzes auf die Batterie erfolgt· Hierzu genügt es, die Diode Dl an den einen oder anderen der einzelnen Akkumulatoren der Batterie 1 anzuschliessen, wodurch die Bezugsspannung geändert wird. Im übrigen ist es möglich, ein und dieselbe "Vorrichtung unterschiedlichen Anwendungsbedingungen anzupassen, ohne Bauteile auszuwechseln; dies gestattet vor allem die "Verwendung von integrierten Schaltungen. ·

- Patentansprüche 309835/0442

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE ·

   / 1. Steuervorrichtung für die Stromversorgung eines Verbrauchers durch eine Akkumulatorenbatterie, die einen Schalter zur Herstellung der Stromversorgung des Verbrauchers durch die Batterie aufweist und durch die Herabsetzung der Spannung einer Stromquelle gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (9) innerhalb der erforderlichen Spannungsgrenzwerte durch eine Vergleichsschaltung (7) gesteuert wird, die eine der Spannung der Stromquelle (2) proportionale Spannung und eine von einem Teil der Batterie (1) abgegebene Bezugsspannung empfängt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch .gekennzeichnet,, dass über den Schalter (9) die Stromquelle den Verbraucher mit Energie versorgt, wenn die proportionale Spannung höher als die Bezugsspannung ist.
3. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2,

   dadurch gekennz.eich.net, dass die Verbindung zwischen der Vergleichsschaltung (7) und der Batterie (1) aus einem lösbaren Leiter besteht, der die Änderung der Bezugsspannung leicht ermöglicht.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hysterise-Schaltung (D3, R13) dem Sehaltkreis derart zugeordnet ist, dass die Stromversorgung durch die Batterie bei.einem Wert der pro—

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   portionalen Spannung unterbrochen wird, der höher als derjenige der Bezugsspannung ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbraucher Leuchtstofflampen verwendet werden (Fig. 2).

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   Leersei'te