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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Netzersatzversorgungsschaltung, insbesondere
für explosionsgeschützte Lampen als Verbraucher, bei der der Verbraucher bei Vorliegen
einer Netzspannung mit dem Netz verbunden ist und bei Netz ausfall mit Hilfe wenigstens
eines Schalters an den Ausgang eines Wechselrichters anschaltbar ist, der durch
einen Stromspeicher betreibbar ist.
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Bei dem Betrieb von explosionsgeschützten Lampen, sogenannten Einstiftsockelleuchten,
besteht die Notwendigkeit, diese-teuchtstofflampen ohne Starter zu zünden.
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Der Anschluß derartiger explosionsgeschützter Leuchtstofflampen an
ein Netzersatzversorgungssystem, das die Lampe nach einem Netzausfall weiter mit
Strom versorgt, brachte bishererheblicbeSchwierigkeiten mit sich. Die bisher bekannten
Netzersatzversorgungssysteme verwenden als Wechselrichter für den Stromversorgungsschaltkreis
bei einem Netz aus fall einen Hochfrequenzwechselrichter, der die Gefahr hoher Spitzenspannungen
mit sich bringt.
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Um auch explosionsgeschützte Leuchtstofflampen an Netzersatzversorgungssysteme
anschließen zu können, bedurfte es bisher immer besonderer Umrüstungen der explosionsgeschützten
Leuchtstofflampe,um dn bestehenden Sicherheitsvorschriften Genüge zu tun. Dies führte
dazu, daß praktisch jede explosionsgeschützte teuchtstofflampe gesondert von einer
Prüfkommission abgenommen und mit dem PGB Prüfzeichen versehen werden mußte. Solche
Umrüstungen sind natürlich teuer. Weiterhin erfordert die gesonderte Überprüfung
und Abnahme jeder solcher explosionsgeschützten Leuchtstofflampe einen zusätzlichen
Sosten- und ZeitauSwand.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
Netzersatzversorgungsschaltung anzugeben, an die explosionsgeschützte Leuchtstofflampen
ohne zusätzliche Umrüstung anschließbar sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wechselrichter
als ein unter Verwendung eines elektromagn e tischen Wandlers aufgebauter Gegentakt-Wechselrichter
ausgebildet ist und daß zu dem den Ausgang des Wechselrichters bildenden Ausgang
des elektromagnetischen Wandlers ein Kondensator parallel geschaltet ist.
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Mit einer derartigen Nersatzversorgungsschaltung kann unmittelbar
eine explosionsgeschützte Beuchtstofflampe betrieben werden, d.h. es bedarf keiner
zusätzlichen Umrüstung einer explosionsgeschützten Leuchtstofflampe, um sie an eine
solche Netzersatzversorgungsschaltung anzuschließen. Weiterhin braucht die Netzersatzversorgungsschaltung
nicht mehr in unmittelbarer Nähe der Leuchtstofflampe installiert werden sondern
die explosionsgeschützte Leuchtstofflampe kann in weitem Abstand von dem eigentlichen
Versorgungsteil installiert werden.
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Die erfindungsgemäße Netzersatzversorgungsschaltung eignet sich aber
nicht nur zum Betrieb von explosionsgeschützten Leuchtstofflampen sondern kann auch
in vorteilhafter Weise für den Betrieb von normalen Leuchtstofflampen sowie für
den Betrieb von allen Notstrom versorgten Geräten, wie etwa dem Brenner einer ölfeuerungsanlage
oder einem Motor, der sogar ein Kurzschlußläufer sein kann, verwendet werden.
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Vorzugsweise wird die Netzersatzversorgungsschaltung derart ausgebildet,
daß der elektromagnetische Wandler primärseitig mit einem Nittelabgriff mit einem
Pol des Stromspeichers verbunden ist und daß der andere Pol des Stromspeichers mit
Jeweils dem Kollektor von zwei Transistoren verbunden ist, deren Emitter mit auf
getrennten Seiten des Mittelabgriffs liegenden primärseitigen Zwischenabgriffen
verbunden sind, und daß die Basen der beiden Transistoren Jeweils über Widerstände
mit den den zugeordneten Mittelabgriffen benachbarten primärseitigen Enden des elektromagnetischen
Wandlers verbunden sind. Hierdurch ergibt sich eine äußerst einfache und nbuste
Schaltung. Als zweckmässig hat es sich weiterhin erwiesen bei der erfindungsgemäßen
Netzersatzversorgungsschaltung, wobei ein von dem Netz gespeister Gleichrichter
vorgesehen ist, die Schaltung derart auszugestalten, daß mit dem Ausgang des Gleichrichters
ein Relais verbunden ist, und daß ein Kontakt des Relais im betätigten Zustand des
Relais einen der beiden Transistoren kurzschließt. Hierdurch wird in einfacher Weise
sichergestellt, daß der Wechselrichter erst bei einem Netz ausfall in Tätigkeit
gesetzt wird.
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Vorzugsweise wird zu dem Relais ein Speicherkondensator parallel geschaltet.
Hierdurch wird erreicht, daß das Relais erst mit einer gewissen Zeitverzögerung
nach einem Netzausfall abfällt, sodaß sichergestellt ist, daß der andere, nicht
kursgeschlossene Transistor den elektromagnetischen Wandler bereits in einen Sättigungszustand
gebracht hat, bevor der Betrieb des zweiten Transistors freigegeben wird. Hierdurch
wird ein exakter und sicherer Start des Wechselrichters gewährleistet.
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Im folgenden soll die Erfindung näher anhand eines in der einzigen
Figur dargestellten Ausführungsbeispiels erlautert werden.
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In der Zeichnung sind mit M der Mittelpunktsleiter und R der Phasenleiter
eines üblichen Netzes bezeichnet, an der etwa eine Spannung von 220 V und 50 Hz
anliegt. In den Phasenleiter R ist ein Netzschalter 3 eingeschaltet. Hinter dem
Netzschalter 3 ist die als Verbraucher vorgesehene Leuchtstofflampe 4 über ihren
Eingang L2 mit dem Phasenleiter R verbunden.
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Weiterhin ist der Eingang L2 über eine Leitung 5 mit einem Ende der
Sekundärwicklung eines elektromagnetischen Wandlers 6 verbunden, auf den noch weiter
unten eingegangen wird. Ein zwgter Eingang Lq der Leuchtstofflampe 4 ist über eine
Leitung 7 mit einem Kontakt a eines Relais A verbunden. Im unbetätigten Zustand
des Relais A bildet der Kontakt a eine Verbindung zwischen der Leitung 7 und einer
Leitung 8, die mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung des elektromagnetischen
Wandlers 6 verbunden ist. Im erregten Zustand des Relais A schafft der Kontakt a
eine Verbindung zwischen der Leitung 7 und der mit dem Mittelleiter M verbundenen
Leitung 9. Über die Abgriffe 10 und 11 ist ein zweiter elektromagnetischer Wandler
12 mit dem Phasenleiter R bzw. dem Mittelleiter M vor dem Netzschalter 3 verbunden.
Parallel zu dem Ausgang des zweiten elektromagnetischen Wandlers ist ein Doppelweggleichrichter
13 geschaltet. Das Relais A ist über eine Diode 14 einerseits mit einem Ende der
Sekundärwicklung des zweiten elektromagnetischen Wandlers 12 und andererseits mit
einem Ausgang des Doppelweggleichrichters 13 verbunden. Parallel zu dem Relais A
ist ein Elektrolytkondensator K1 geschaltet. Mit dem negativen Pol des Doppelweggleichrichters
13 ist eine Leitung 15 verbunden, die zu einem Mittelabgriff an der Primärwicklung
17 des elektromagnetischen Wandlers 6 führt. Mit dem positiven Pol des Doppelweggleichrichters
13 3 ist die Leitung 18 verbundenX die über eine Diode 19 zu einem Anschlag 20 eines
Kontaktes c eines Relais G führt. Wenn das Relais C nicht erregt ist, liegt der
Kontakt c an einem Anschlag 21 an, der mit einer Leitung 22 verbunden ist. Der umlegbare
Kontakt
c ist mit dem positiven Pol eines Stromspeichers 23 verbunden,
dessen negativer Pol mit der Leitung 15 in Verbindung steht.
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Über die Leitung 24 ist das Relais C in einem Verbindungspunkt 25
mit der Leitung 18 verbunden, während es andererseits über Dioden 26 mit der Leitung
15 in Verbindung steht.
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Ein Relais D steht einerseits über die Leitung 27 mit der Leitung
22 und andererseits über die Leistung 28 mit der Leitung 15 in Verbindung. Ein Kontakt
d des Relais D ist zwischen den Anschlägen 29 und 30 umschaltbar, von denen der
Anschlag 29 mit der Leitung 22 in Verbindung steht.
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Der Kontakt d selbst ist über eine Leitung 31 mit dem Kollektor eines
ersten Transistors Tr1 verbunden.
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Mit der Leitung 18 ist andererseits in dem Verbindungspunkt 25 eine
Leitung 32 verbunden, die über ein Relais B mit der Leitung 15 in Verbindung steht.
Parallel zu dem Relais B ist ein Elektrolytkondensator K2 geschaltet. Ein Kontakt
b des Relais B ist mit der Leitung 31 verbunden und zwischen Anschlägen 33 und 34
umschaltbar. Der Anschlag 33 ist über einen Widerstand R mit dem Emitter eines zweiten
Transistors r2 verbunden. Der Emitter ist andererseits mit einem Zwischen'abgriff
35 der Primärwicklung 17 des elektromagnetischen Wandlers 6 verbunden. Der Kollektor
des Transistors r2 ist mit der Leitung 31 verbunden. Die Basis des Transistors Tr2
ist über einen Widerstand 36 mit einem Ende der Primärwicklung-17 verbunden.
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Der Emitter des ersten Transistors Trr ist mit einem zweiten Zwischenabgriff
37 der Primärwicklung 17 verbunden, während die Basis des ersten Transistors Tr1
über einen Widerstand 38 mit dem anderen Ende der Primärwicklung 17 verbunden ist.
Parallel zu dem Ausgang der Sekundärwicklung 39
des elektromagnetischen
Wandlers 6 ist ein Kondensator E3 geschaltet.
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Die Netzersatzversorgungsschaltung arbeitet wie folgt: In der Zeichnung
sind die Relais AX B, C und D jeweils im nicht erregten Zustand dargeste)3t In diesem
Zustand liegt der Kontakt a an dem Anschlag 40,der Kontakt b an dem Anschlag 34,
der Kontakt c an dem Anschlag 21 und der Kontakt d an dem Anschlag 30 an.
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Liegt zwischen den Leitern M und R eine Netzspannung an, so wird das
Relais A über den eleRtromagretischen Wandler 12 und die Diode 14 mit einem gleichgerichteten
Strom erregt, der durch den Kondensabr E1 geglättet wird. Durch die Erregung des
Relais A wird der Kontakt a zu dem Anschlag 41 umgeschaltet, wodurch der Eingang
t1 der Leuchtstofflampe 4 über die Leitungen 7 und 9 mit dem Mittelleiter M verbunden
wird. Wird nunmehr der Netzschalter 3 geschlossen, so wird die Leuchtstofflampe
4 mit Strom versorgt.
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Ebenso wird sobald eine Netzspannung an den Leitern M und R anliegt,
der Doppelweggleichrichter 13 betrieben, zu dessen Ausgängen das Relais C über die
Leitungen 18, 24, die Dioden 26 sowie die Leitung 15 parallel geschaltet ist.
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Das Relais C wird hierdurch erregt, wodurch der Kontakt c zu dem Anschlag
20 umgeschaltet wird. Sobald diese Umschaltung erfolgt ist, wird der Stromspeicher
23 über einerseits die Leitung 15 und andererseits die Leitung 18 und den Kontakt
c mit dem Ausgang des Doppelweggleichrichters 13 verbunden, sodaß der Stromspeicher
23 während des Vorhandenseins einer Netzspannung aufgeladen wird.
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In diesem Zustand wird auch das Relais B erregt, da auch dieses Relais
über die Leitungen 18,32 und 15 parallel zu dem Ausgang des Doppelweggleichrichters
13 geschaltet ist.
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Wenn das Relais B erregt wird, wird der Kontakt b zu dem Anschlag
33 umgeschaltet. Da weiterhin der Kondensator E2 parallel zu dem Relais B geschaltet
ist, wird dieser Kondensator über den Ausgang des Doppelweggleichrichters 13 aufgeladen.
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Allein das Relais D wird während eines normalen Netzbetriebes nicht
erregt, da der Kontakt c des Relais C zu dem Anschlag 20 umgeschaltet ist, sodaß
die Strom leitung zu diesem Relais unterbrochen ist. Der Kontakt d liegt deshalb
an dem Anschlag 30 an.
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Tritt nunmehr ein Netzausfall auf, so kann die Leuchtstofflampe 4
durch die folgenden Umschaltungen weiterbetrieben werden: Durch den Netzausfall
fällt die Spannung zwischen den Leitern M und R fort. Dadurch verschwindet auch
die Ausgangsspannung des elektromagnetischen Wandlers 12, wodurch das Relais A abfällt.
Der Kontakt a kommt dadurch mit dem Anschlag 40 in Kontakt. Auf diese Weise wird
eine für den Betrieb der Leuchtstofflampe 4 vorbereitende Verbindung zwischen dem
Eingang L1 über die Leitung 7 und die Leitung 8 mit einem Ende der Sekundärspule
39 des zweiten elektromagnetischen Wandlers 6 hergestellt.
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Die Relais 3 und C bleiben zunächst noch erregt, da der Kondensator
E2 zunächst noch aufgeladen ist, sodaß von diesem Kondensator noch ein Strom durch
das parallel geschaltete Relais B bzw. das Relais C über die Leitungen 32,24, die
Dioden 26 und die Leitung 15 fließen kann. Aufgrund des an den Dioden 26 auftretenden
Spannungsabfalls liegt an dem Relais C eine geringere Spannung als an dem Relais
B, sodaß bei einer Erniedrigung der Spannung bei einer entladung des Kondensators
E2 das Relais 0 zeitlich vor dem Relais B abfällt. Wenn das Relais C entregt wird,
kommt
der Kontakt c an dem Anschlag 21 zur Anlage, wodurch nunmehr ein Stromkreis von
dem positiven Pol des Stromspeichers 23 über den Kontakt c, die Leitungen 22 und
27, das Relais D, die Leitung 28 und dz leitung 15 zu dem negativen Pol des Stromspeichers
geschlossen wird.
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Hierdurch wird das Relais D nunmehr erregt. Dadurch kommt der Kontakt
d zur Anlage an dem Anschlag 29, wodurch der positive Pol des Stromspeichers 23
über den Kontakt c, die Leitung 22 und den Kontakt d mit der Leitung 31 verbunden
wird. Der negative Pol des Stromspeichers 23 bleibt mit der Leitung 15 und damit
mit dem Mittelabgriff 16 der Primärwicklung 17 des elektromagnetischen Wandlers
6 verbunden. Da nunmehr ein positives Potential an dem Kollektor des Transistors
Tr1 anliegt, kommt der Transistor in den leitenden Zustand. Hierdurch fließt ein
Strom durch den Transistor,einen Teil der Primärwicklung 17 zurück über die Leitung
15 zu dem Stromspeicher 23. Der Transistor r1 wird wieder in den nicht leitenden
Zustand geschaltet, sobald sich der Kern des elektromagnetischen Wandlers 6 im gesättigten
Zustand befindet. Während dieser ganzen Zeit, ist das Relais B weiterhin erregt,
sodaß sich der Kontakt b in Anlage an dem Anschlag 33 befindet. Hierdurch wird sichergestellt,
daß der Transistor Tr2 uber seine Kollektor-Emitterstrecke kurzgeschlossen ist,
da der Kollektor über die Leitung 31, den Kontakt b, den Anschlag 33 und den Widerstand
R mit dem Emitter des Transistors verbunden ist.
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Die Zeitverzögerung, mit der das Relais B nach einem Netzausfall abfällt,
wird allein durch die Kapazität des Kondensators E2 bestimmt. Die Größe dieses EonEnsators
sollte so gewählt sein, daß sich der erste Transistor Tr1 wieder im nichtleitenden
Zustand befindet, nachdem der Kern des elektromagnetischen Wandlers 6 in den magnetischen
Sättigungszustand gebracht worden ist, bevor die Spannung an dem Kondensator K2
soweit gesunken ist, daß das Relais B
abfällt. Sobald das Relais
B entregt wird, wird der Kontakt b von dem Anschlag 33 auf den Anschlag 34 umgeschaltet,
wodurch die Verbindung des Emitters des Transistors Tr2 mit der Leitung 31 über
den Widerstand R unterbrochen wird. Hierdurch kann nunmehr der Transistor Tr2 in
den leitenden Zustand gelangen, wodurch ein Strom derart durch den Kern des elektromagnetischen
Wandlers 6 fließt, daß dieser ummagnetisiert wird. Damit ist ein Wechselrichter
geschaffen, der gezielt durch die Entregung des Relais B in Betrieb gesetzt worden
ist. An dem Ausgang der Sekundärwicklung 39 des elektromagnetischen Wandlers6erscheint
nunmehr eine Wechselspannung, die einerseits über die Leitung 8 und die Leitung
7 an dem ersten Eingang L1 und über die Leitung 5 an dem zweiten Eingang L2 der
Leuchtstofflampe 4 anliegt. Wie sich herausgestellt hat, kann gerade aufgrund der
Parallel schaltung des Kondensators K3 zu dem Ausgang der Sekundärwicklung 39 auch
eine explosionsgeschützte Leuchtstofflampe sicher erneut gezündet werden, selbst
wenn sie für kurze Zeit nach dem Netz ausfall erloschen war.
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Sollte die Netzspannung für längere Zeit ausfallen, so wird durch
das Relais D vernindert, daß der Stromspeicher 23 übermässig entladen wird. Das
Relais D bildet somit einen Tiefentladeschutz für den Stromspeicher 23. Denn sinkt
die Spannung des Stromspeichers 23 soweit, daß das Relais D entregt wird, so wird
der Kontakt d von dem Anschlag 29 zu seinem Anschlag 30 umgeschaltet. Dadurch wird
die Verbindung des positiven Pols des Stromspeichers 23 mit der Leitung 31 und damit
mit den Kollektoren der Transistoren Tr1 und r2 unterbrochen.Der Wechselrichter
ist damit nicht mehr funktionsfähig. Die Leuchtstofflampe kann hiernach erst dadurch
wieder in Betrieb gesetzt werden, daß die Netzspannung wieder an den Leitern M und
R auftritt.
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Wie sich herausgestellt hat, ermöglicht die Verwendung des zu dem
Ausgang des elektromagnetischen Wandlers 6 parallel
geschaltete
Kapazität K3 die Zündung und den Betrieb einer Leuchtstofflampe und insbesondere
die Zündung und den Betrieb einer explosionsgeschützten Leuchtstofflampevohne daß
hierzu ein Starter notwendig wäre.
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Die Kapazität des Kondensators K3 wird in Abhängigkeit vom Verbraucher
4 gewählt. Hierbei in Betracht zu ziehen sind die Leistung der Leuchtstofflampe
sowie die ihr vorgeschaltete Drossel sowie die Kompensation bei einer explosionsgeschützten
Leuchtstofflampe. Die Kapazität des Kondensators K3 wurde gemäß einem speziellen
Ausführungsbeispiel bei einer explosionsgeschützten Leuchtstofflampe von 40 Watt
nach der Schaltung Steinmetz zwischen 3 /uF und 4,5 /uF gewählt.
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Als fur die gewunschte Zeitverzögerung ausreichend erwies sich eine
Kapazität von 2200 /uF für den Kondensator K2.
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Die vorstehend beschriebene Netzersatzversorgungsschaltung stellt
ein Versorgungssystem nach dem Einzelbatteriesystem dar. Die Schaltung kann jedoch
auch in sogenannten Gruppenversorgungen Verwendung finden.