DE3112411A1 - "beleuchtungssteuersystem" - Google Patents

Description

3112411 Pateniahcväite": D:ipl.-Ing. Curt Wallach

Dipl.-lng. Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

^•5" - Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum:

Unser Zeichen: 17 143 - Fk/Vi

LUTRON ELECTRONICS CO., INC.,
P.O. BOX 154

Coopersburg, Pennsylvania
U.S.A.

Beleuchtungssteuersystem

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Beleuchtungssteuersystem mit mindestens einer Gasentladungslampe, einem mit der mindestens einen Lampe verbundenen Wechselspannungs-Vorschaltgerät mit einem hohen Leistungsfaktor und mit Wechselspannungs-Vorschaltgeräte-Eingangsanschlüssen und mit einer Steuerschaltung, die Wechselspannungs-Eingangsanschlüsse und Wechselspannungs-Ausgangsanschlüsse aufweist, von denen die Vechselspannungs-Ausgangsanschlüsse mit den Wechselspannungs-Vorschaltgeräte-Eingangsanschlüssen verbunden sind· Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine neuartige Steuerschaltung für eine Gasentladungslampe, die eine Änderung der Helligkeit von Lampen ermöglicht, die mit üblichen, nicht für eine Helligkeitsänderung vorgesehenen Vorschaltgeräten verbunden sind.

Gasentladungslampen werden in großem Umfang als Beleuchtungsquellen verwendet. Der hier verwendete Begriff "Gasentladungslampen" schließt Leuchtstoffrohren mit oder ohne getrennten Heizfäden, Hochintensitäts-Entladungslampen (HID-Lampen) und alle Entladungslampen ein, die allgemein eine negative Widerstandscharakteristik aufweisen. Derartige Gasentladungslampen benötigen Vorschaltgerate zur Erzielung eines stabilen Betriebszustandes, wenn sie mit üblichen Gleichspannungs-Leistungsquellen verwendet werden. Dies ergibt sich daraus, daß der Plasma-Lichtbogen in der Lampe eine negative Widerstandscharakteristik aufweist, die eine Serien-Vorschaltgeräte-Impedanz erfordert, um einen stabilen Betriebspunkt zu erzielen. Weitere Punktionen der Vorschaltgeräte bestehen in der

Erzeugung einer zusätzlichen Zündspannung zum anfänglichen Starten der Gasentladungslampe und, in manchen Fällen, der Betriebsleistungserzeugung für die Kathodenheizelemente der Gasentladungslampen.

Die Vorschaltgeräte sind üblicherweise in oder sehr nahe an jeder Lampenfassung oder Lampenhalterung befestigt, die die eine oder mehrere Gasentladungslampe(n) aufnimmt, mit der das Vorschaltgerät verbunden ist. Im allgemeinen betreibt jedes Vorschaltgerät lediglich eine oder zwei Gasentladungslampe^). Das Vorschaltgerät ist sehr nahe an den Gasentladungslampen befestigt und befindet sich allgemein direkt in der gleichen Lampenfassung, so daß eine vollständige Einheit gebildet wird, die während der Installation leicht verdrahtet werden kann. Entsprechend ist der Zugang an die innere Schaltung einer mit einem Vorschaltgerät versehenen Gasentladungslampenbaugruppe relativ beschränkt. Weiterhin ist die Lampenfassung häufig hoher als in Kopfhöhe und unterhalb einer Decke befestigt, so daß der Zugang an die Lampenfassung und das Vorschaltgerät weiter erschwert ist.

Es ist bekannt, daß es wünschenswert wäre, vorhandene, nicht für eine Helligkeitsänderung vorgesehene Gasentladungslampenbaugruppen so abzuändern, daß ihre Lichtausgangsleistung geändert oder verringert werden kann, wenn nicht die 1OO-%ige volle zur Verfügung stehende Lichtausgangsleistung benotigt wird. Es ist weiterhin wünschenswert, neue Lampeninstallationen mit einer Möglichkeit der Helligkeitssteuerung zu versehen, wobei jedoch im Handel erhältliche und relativ wenig aufwendige, nicht für eine Helligkeitssteuerung vorgesehene Vorschaltgeräte

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verwendet werden, sollten.

Es können erhebliche Energieeinsparungen erreicht werden, wenn die Lichtausgangsleistung von Gasentladungslampen verringert wird, wenn die Bereiche, die durch diese Lampen beleuchtet werden, teilweise durch andere Quellen, wie beispielsweise das Sonnenlicht, beleuchtet werden, das in den zu beleuchtenden Raum eintritt. Weiterhin kann Energie durch eine Verringerung der Lichtausgangsleistung einer Gasentladungslampe eingespart werden, wenn diese neu ist und ihre Lichtleistung beträchtlich großer ist als am Ende ihrer Hutzlebensdauer. Bekannte Systeme verwenden eine Lichtleistungssteuerung, die eine vorgegebene TJmgebungshelligkeit hervorruft, so daß die von der Lampe verbrauchte Energie lediglich die Energie ist, die benötigt wird, um den Helligkeitspegel in einem vorgegebenen Bereich und zu einer vorgegebenen Zeit auf den gewünschten Wert zu bringen. Hierdurch können Energiekosten und der Energieverbrauch wesentlich verringert werden.

Vorhandene Systeme können zur Ermöglichung einer Helligkeitssteuerung dadurch modifiziert werden, daß das vorhandene Vorschaltgerät in einer Lampenfassung durch ein Vorschaltgerät ersetzt wird, das einen Betrieb in einer Helligkeitssteuerbetriebsweise ermöglicht, oder dadurch, daß die Eingangsleistung in geeigneter Weise gesteuert wird. Beispielsweise kann das Gasentladungslampen-Vorschaltgerät durch eine einstellbare Serieninduktivität ersetzt werden. Diese Serieninduktivität stellt jedoch ein aufwendiges und kompliziertes Bauteil dar und kann nicht ohne weiteres nachträglich in eine übliche Lampenfassung eingebaut werden. Es ist weiterhin möglich, eine

Wechselspannungs-Eingangsleistungsquelle mit veränderbarer Amplitude vorzusehen, die beispielsweise durch einen Autotransformator gebildet ist, wobei eine feste Vorschaltgeräte-Impedanz aufrechterhalten wird. Der änderbare Autotransformator ist jedoch sehr aufwendig und weist einen großen Raumbedarf auf· Weiterhin müßte die Netzspannung in einem derartigen Bauteil wesentlich hoher als die Lampenbetriebsspannung sein, um ein Zünden der Lampen zu ermöglichen. Weiterhin müssen Einrichtungen vorgesehen werden, die eine Verringerung der Hetzspannung verhindern, wenn die Lampen ein Kathodenheizelement verwenden, weil der Betrieb der Lampen bei einer niedrigen Heizspannung ihre Lebensdauer wesentlich verringert.

Es wurden andere Anordnungen vorgeschlagen, die Serien-Vorschaltgeräte-Induktivitäten verwenden, die selektiv kurzgeschlossen werden können (US-Patentschrift 3 816 794·). Derartige Vorschaltgeräte können nicht ohne weiteres nachträglich installiert werden und sie sind sehr kostspielig, weil ihre Verwendung das Zerlegen der vorhandenen Lampenfassung und die Verlegung zusätzlicher Leitungen erfordert, die ein selektives Kurzschließen von einem oder mehreren der Induktivitäten ermöglichen.

Es sind weiterhin Helligkeitssteuer-Vorschaltgeräte bekannt, die Schaltungen vom Thyristor-Typ verwenden, um die Zuführung eines phasengesteuerten Eingangsstromes an eine Gasentladungslampe, beispielsweise eine schnell startende Leuchtstoffröhre zu steuern. Bei diesen Anordnungen ist die Primärwicklung des Helligkeitssteuer- Torschaltgerätes immer mit der vollen Netzspannung beaufschlagt, so daß die Heizspannung während des Helligkeits-

st euer zyklus hoch gehalten werden kann. Es ist jedoch sehr schwierig, eine vorhandene Gasentladungslampeninstallation so abzuändern, daß ein derartiges Helligkeitssteuer-Vorschaltgerät verwendet werden kann, weil hierzu das Vorschaltgerät in der Lampenfassung zugänglich sein muß und modifiziert werden muß, wobei weiterhin zusätzliche Leitungen zu den Fassungen geführt werden müssen.

Die Notwendigkeit einer zusätzlichen Leitungsführung für ein Helligkeitssteuer-Vorschaltgerät kann bei Verwendung einer anderen Art eines Vorschaltgerätes (US-Patentschrift 3 4-22 309) entfallen, bei dem Thyristoren in Serie mit einem Zweidraht-Helligkeitssteuer-Vorschaltgerät verwendet werden. Ss sind spezielle Schaltungen erforderlich, um die Heizspannung während der Helligkeitsverringerung auf einem ausreichend hohen Pegel zu halten, um Schäden an den Gasentladungslampen zu verhindern. Weiterhin ist der nachträgliche Einbau dieses Vorschaltgerätes in eine vorhandene, nicht für eine Helligkeitssteuerung vorgesehene Vorschaltgeräteinstallation kompliziert und aufwendig. Diese bekannte Vorschaltgeräte-Ausführung verwendet eine übliche Phasensteuerung, bei der der Zündwinkel des Thyristors in größerem oder kleinerem Ausmaß verzögert wird, um die Leitfähigkeitszeit zu steuern, während der Strom dem Vorschaltgerät zugeführt wird.

Es sind weitere Steuersysteme bekannt, die eine Art einer umgekehrten Phasensteuerung verwenden, bei der der Stromfluß zu Beginn einer Halbperiode beginnt, jedoch vor dem Ende der Halbperiode beendet wird. Durch Festlegen eines Punktes, bei dem der Stromfluß unterbrochen wird, wird ebenfalls eine Art einer Phasensteuerung verwendet. Bei

dieser Anordnung wird weiterhin die in einem Drossel-Vorschaltgerät und einem Leistungsfaktor-Korrekturkondensator gespeicherte Energie in die Gasentladungslampe abgegeben, nachdem ein transistorisierter Wechselstromschalter geöffnet wird. Dies dient dann zur Begrenzung der Entionisation der Gasentladungslampe während des Abschaltintervalls. Die Verwendung dieser Anordnung erfordert bei einer vorhandenen Installation jedoch eine komplizierte Modifikation der üblichen, nicht zur Helligkeitssteuerung vorgesehenen Vorschaltgeräte.

Die Verwendung von umgekehrt phasengesteuerten Schaltungen zur Helligkeitssteuerung von Glühlampen ist weiterhin in der Literaturstelle "I.E.E.E. Transactions on Industrial Applications", Vol. 1A-15» Nr. 5, September/ Oktober 1979, S. 579-583, unter dem Titel "Reverse phasecontrolled dimmer for incandescent lighting", von Burkhart und Ostrodaki beschrieben.

Ein weiteres Verfahren zur Erzielung eines Vorschaltgerätes für Gasentladungslampen, das eine Helligkeitssteuerung ermöglicht, besteht in der Verwendung einer elektronischen Strombegrenzungsschaltung anstelle des üblichen magnetischen Vorschaltgerätes (US-Patentschrift 3 619 716). Bei dieser Anordnung ergibt sich eine Vergrößerung des Wirkungsgrades von bis zu 25 % mit Leuchtstoffröhren und ein etwas geringerer Wert für Hochintensitäts-Entladungslampen, so daß sich sehr interessante Betriebseigenschaften ergeben. Dieses System erfordert jedoch ebenfalls eine größere Modifikation bei einer nachträglichen Änderung einer nicht zur Helligkeitssteuerung vorgesehenen Installation.

Die meisten Installationen, mit nicht zur Helligkeitssteuerung vorgesehenen Vorschaltgeräten verwenden eine Vorschaltgerätekonstruktion, die unter der Bezeichnung "Regelndes Autotransformator-Vorschaltgerät" bekannt ist. Dieses sogenannte regelnde Autotransformator-Vorschaltgerät besteht aus einem Autotransformator mit einem Primärwicklungsteil, der mit dem Wechselstromnetz verbunden ist, und einem Sekundärwicklungsteil, der in geschlossener Serienbeziehung mit einem Serienkondensator und der Gasentladungslampe oder den Gasentladungslampen zusammengeschaltet ist. Die Primär- und Sekundärwicklungen sind lose durch die Autotransformator-Streuinduktivität gekoppelt.

Keines der vorstehend beschriebenen Gasentladungslampen-Steuersysteme ergibt befriedigende Betriebseigenschaften bei Verwendung in Verbindung mit regelnden Autotransformator-Vorschaltgeräten. Die Verwendung einer Serienimpedanz oder einer Autotransformator-Schaltung führt zu einer schnellen Verringerung der Heizspannung und der Perioden-Perioden-Wiederzündspannung, was zu einem beschränkten Steuerbereich führt, unterhalb dessen die Lampen entweder ausgehen oder einer Beschädigungsgefahr aufgrund einer zu niedrigen Heizspannung ausgesetzt sind.

Übliche Phasensteueranordnungen und umgekehrte Phasenwinkel-Steuerverfahren ergeben bei Anwendung auf übliche regelnde Autotransformator-Vorschaltgeräte eine erhebliche Helligkeitssteuerung auf bis zu 40 % oder weniger der Nennlichtleistung, bevor die Lampen ausgehen. Der Netz-Leistungsfaktor verschlechtert sich jedoch sehr schnell, so daß der Netz-Effektivstrom in das System hinein

tatsächlich ansteigen kann, wenn die Lichtleistung verringert wird. Diese Vergrößerung kann bis zu 50 % über dem Netzstrom bei einer Lichtleistung von 100 % liegen, wenn die Lichtleistung bei einer Hochintensitäts-Entladungslampe auf ungefähr 30 % verringert wird. Hierdurch werden die Vorschaltgeräte- und Verteilungssystem-Verluste vergrößert und es ergibt sich ein Anstieg des Netzstroms, der so weit gehen kann, daß die Sicherungen ansprechen. Weiterhin führt das Ausmaß der Vorschaltgeräte-EingangsSpannungsverringerung, das erforderlich ist, um eine ausreichende Helligkeitsverringerung zu erzielen, zu einer derartigen Verringerung der Lampenheizspannung von Schnellstart-Leuchtstoffröhren, daß dies eine nachteilige Auswirkung auf die Lebensdauer der Lampen und der Helligkeitssteuerung aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beleuchtungssteuersystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das die Helligkeitssteuerung von üblichen Vorschaltgeräten und Gasentladungslampen in vorhandenen Installationen ermöglicht oder das bei einer Neuinstallation unter Verwendung von üblichen Vorschaltgeräten für die Gasentladungslampen verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 bzw. 5 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den TJnteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Beleuchtungssteuersystem kann mit dem Wechselstromnetz ohne Modifikation der nicht für eine

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Helligkeitssteuerung vorgesehenen üblichen Vor schalt geräte und Gasentladungslampen verbunden werden. Entsprechend kann dieses Beleuchtungssteuersystem an irgendeiner zweckmäßigen Position in einem Gebäude angebracht werden, das mit dem neuen System verbunden werden soll, ohne daß es erforderlich ist, die Verwendung des Gebäudes durch eine Neuinstallation zu unterbrechen oder zusätzliche Leitungsführungen vorzusehen.

Entsprechend einem ersten Grundgedanken der Erfindung wird die Schwingungsform der einer oder mehreren Vorschaltgeräte- und Lampenbaugruppe(n) zugeführten Energie derart moduliert, daß sich ein oder mehrere Bereich(e) mit einer Energie von im wesentlichen Null in jeder Halbperiode ergeben. Damit ergeben sich praktisch eine oder mehrere "Kerbe(n)" in der Schwingnngsform. Vorzugsweise nehmen diese Kerben oder Nuten die gleichen Winkel in den positiven und negativen Halbperioden ein. Die Breite dieser Eierben kann elektronisch gesteuert werden, um die der Lampe während irgendeiner Halbperiode zugeführte Gesamtenergie zu steuern, was vorzugsweise dadurch erfolgen kann, daß die Lage der Hinterkante der Serbe oder Nut eingestellt wird. Durch eine derartige Modulation der Halbschwingung ist im Gegensatz zu der bekannten Modulation (übliche Fhasensteuerung und umgekehrte Phasensteuerung) die momentane, von dem Vorschaltgerät an die Lampen selbst bei der Helligkeitsverringerung relativ hoch, und die Heizspannung kann auf einem hohen Wert gehalten werden. Daher wird die Lebensdauer von Lampen, die mit üblichen, nicht für eine Helligkeitssteuerung vorgesehenen Vorschaltgeräten verwendet werden, selbst bei einer Verringerung der Helligkeit nicht verkürzt. Weiterhin kann

die erfindungsgemäße Steuerschaltung mit einer vorhandenen Verkabelung an einer von den Lampenfassungen entfernten Stelle verbunden werden, so daß die Lampenfassungen bei einem nachträglichen Einbau nicht entfernt oder modifiziert werden müssen.

Die Verwendung einer eine Kerbe oder Unterbrechung aufweisenden Energieschwingung für die elektrischen Schaltungen, insbesondere für Wechselstrom-Zerhacker, ist bekannt, wurde jedoch niemals vorher in Verbindung mit einer Steuerschaltung für eine Gasentladungslampe verwendet. Derartige, mit einer Unterbrechung der Schwingungsform arbeitende Schaltungen sind aus den folgenden Literaturstellen bekannt:

"AC Power Control of an E-L Load" von Kirshnamurty, Dubey und Revankar, I.E.E.E. !Transactions on Industrial Electronics and Control Instrumentation, Volume IECI-24, ITr. 1, Februar 1977, Seiten 138 bis 141;

"Symmetrically pulsed Width Modulated AC Chopper" von Revankar und Trasi, I.E.E.E. Transactions on Industrial Electronics and Control Instrumentation, Volume IECI-24-, Ur. 1, Februar 1977, Seiten 39 bis 44;

¹¹A Pulse-Width Controlled AC to DC Converter to Improve Power Factor and Waveform of AC Line Current" von Kataoka, Mizumachi, Conference Record, 1977 IEEE/IAS International Semiconductor Power Converter Conferences, Seiten 333 bis 339.

Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird eine spezielle Schaltung zur Erzeugung dieser neuartigen

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Schwingungsform geschaffen. Diese Steuerschaltung schließt einen elektronischen Serienschalter, der in Serie mit der Wechselspannungsquelle und dem Vorschaltgerät geschaltet ist, und einen elektronischen Nebenschlußschalter ein, der parallel zum Vorschaltgerät angeschaltet ist. Die Serien- und Nebenschlußschalter können von irgendeiner gewünschten Art von eine steuerbare Leitfähigkeit aufweisenden Bauelementen sein und beispielsweise die Form von Schalttransistoren, Thyristoren, Triacs und dergleichen aufweisen, die zum Durchführen eines Wechselstrom-Schaltens angeordnet sind. Der Serienschalter wird zu einem bestimmten Zeitpunkt geöffnet, wenn es erwünscht ist, die Halbperioden-Schwingungsform der dem Vorschaltgerät zugeführten Energie zu unterbrechen. Die Lange der Zeit, über die der Serienschalter offen bleibt, bestimmt die Breite der Unterbrechung und die dem Vorschaltgerät und der Lampe in irgendeiner Halbperiode zugeführte Gesamtenergie. Diese Zeitdauer wird in geeigneter Weise gesteuert, wie dies noch näher erläutert wird.

Der Nebenschlußschalter ist so angeordnet, daß er beim Offnen des Serienschalters schließt und öffnet, wenn der Serienschalter schließt. Auf diese Weise entlädt sich die in dem Vorschaltgerät gespeicherte Energie während des Intervalls durch die Lampe, während dessen der Serienschalter geöffnet ist. Weil die Energie durch die Lampe während der Zeit zirkuliert, während der der Serienschalter offen ist, entionisiert sich die Lampe bei geöffnetem Serienschalter nicht und die in dem Vorschaltgerät gespeicherte Energie betreibt die Lampe während des Intervalls, während dessen das Vorschaltgerät von dem Netz getrennt ist. Der Nebenschlußschalter verringert weiterhin

Spannungsstöße an dem Serienschalter. Alternativ kann die Funktion der Nebenschlußschalter auch durch andere geeignete Energieableiteinrichtungen erfüllt werden, beispielsweise durch passive Drosselelemente, wenn der Serienschalter in geeigneter Weise gesteuert wird«

Die Verwendung von zusammenwirkenden Serien- und Nebenschlußschaltern ist in Verbindung mit Wechselrichtern bekannt und in der Literaturstelle "Triacs - Possible Uses and Their Future" von Eevankar und Trasi, Volume III, Nr. 3, 1975» Electrical and Electronics World, beschrieben· Die Verwendung eines kombinierten Serien- und Nebenschlußschaltelementes wurde jedoch niemals in Verbindung mit einer Schaltung zur Steuerung der Helligkeit von Gasentladungslampen beschrieben.

Ein dritter Grundgedanke der Erfindung betrifft eine neuartige Anordnung von Schutz- und Steuerschaltungen, die es der Schaltung ermöglichen, entweder unter manueller Steuerung oder in Abhängigkeit von Fehlern an dem Netz zu starten oder abzuschalten, ohne daß Schäden an den Lampen, an der Steuerschaltung oder der Netzspannungsquelle auftreten.

Diese Schutzschaltungen schließen folgende Teile ein:

(a) ein Überbrückungsrelais für den Hauptserienschalter, das den Serienschalter während des Ein- und Abschaltens des Systeme schützt. Das Schließen des Beiais während des Einschaltens des Systems verhindert Schaden an dem Serienschalter der Schaltung aufgrund des hohen Eingangsstromes an das Vorschaltgerät und

verhindert Schaden an den Lampen, die sich aus dem Starten unter möglicherweise verringerten Spannungsbedingungen ergeben konnten. Das Schließen des Relais während des Abschaltens schützt den Serienschalter gegen Schaden aufgrund von Kontaktprellvorgangen;

(b) eine Abschalt-Schaltanordnung, die das System bei Auftreten vorgegebener Uetzfehlerbedingungen oder Überspannungs- oder Unterspannungsbedingungen abschaltet, wobei sich ein automatischer Wiederstart des Systems ergibt, wenn der Fehler nach einer vorgegebenen Zeit verschwindet;

(c) eine automatische Lichtleistungs-Regelschaltung zur Regelung der der Gasentladungslampen zugeführten Energie durch Einstellen der Breite der Unterbrechung der Halbschwingungen bei .Änderungen der Netzspannung;

(d) einen Eingangskondensator zur Absorption von Hochspannungsspitzen, die während des Betriebs des Serienschalters auftreten;

(e) Logikschaltungen mit einer zugehörigen Leistungsversorgung, die eine Symmetrie der Lage und Breite der Unterbrechung oder Unterbrechungen in positiven und negativen Halbperioden sicherstellen, so daß die Gleichspannungskomponente der den Vorschaltgeraten zugeführten Spannung so weit wie möglich verringert wird;

(f) Änderungsgeschwindigkeits-Begrenzungsschaltungen, die

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ein Verlöschen der Lampe während schneller Änderungen der Lichtleistung dadurch verhindern, daß eine ausreichende Zeit für den Gasentladungslampen-Plasmalichtbogen zur Verfügung gestellt wird, damit sich dieser bei einer Änderung der Lichtleistung stabilisieren kann.

Obwohl die erfindungsgemäße Schaltung in vorteilhafter Weise zur Helligkeitssteuerung von Gasentladungslampen mit üblichen Vorschaltgeräten verwendet werden kann, kann sie genau so gut in einem System verwendet werden, das keine Helligkeitssteuerung erfordert. Es kann eine erfindungsgemäße Schaltung für Anwendungen ohne Helligkeitssteuerung verwendet werden, bei der die neuartige unterbrochene Schwingungsform in einer Schaltung angewandt wird, die Serien- und Nebenschlußschalter und die beschriebenen Schutzschaltungen aufweist. Dieses System ergibt den Vorteil, daß die Größe der üblichen Vorschaltgerät e verringert werden kann und daß eine verringerte effektive Vorschaltgeräte-Eingangsspannung die gleiche Lichtleistung ergibt. Damit kann durch diese Schaltung die Verwendung eines kleineren Vorschaltgerätes in einer vorgegebenen Installation ermöglicht werden, weil die Schaltung in der Lage ist, die effektive Vorschaltgeräte-Eingangsspannung gegenüber üblichen Netzspannungspegeln auf das Minimum zu verringern, das erforderlich ist, um eine Lampenentladungsstabilität aufrechtzuerhalten, wobei dann ein Vorschaltgerät von einem relativ einfachen und niedrige Verluste aufweisenden Serien-Drosseltyp verwendet werden kann. Weiterhin können normale Änderungen der Versorgungs-Wechselspannung durch die erfindungsgemäße Schaltung beseitigt werden, so daß dem Vorschaltgerät

eine konstante Spannung zügeführt wird. Dies fuhrt zu einer weiteren Verringerung der Vorschaltgerätegroße und -kompliziertheit, weil es nicht mehr erforderlich ist, daß das Vorschaltgerät Spannungsänderungen kompensiert.

Der Betrieb von Gasentladungslampen mit dem erfindungsgemäßen Beieuchtungssteuersystem ergibt eine Vielzahl von Vorteilen, für die die folgenden nur Beispiele darstellen:

1. Bas erfindungsgemäße Beleuchtungssteuersystem ergibt neuartige Anwendungen für Gasentladungslampensysteme und kann zur Helligkeitssteuerung verwendet werden, wodurch Energie unter kontinuierlicher .änderung der Lichtleistung gespart werden kann (die eingesparte Energie ist proportional zur Verringerung der Lichtleistung, so daß Energieeinsparungen von 50 % ohne weiteres erzielt werden können).

2. Sas erfindungsgemäße Beleuchtungssteuersystem kann bei vorhandenen Installationen verwendet werden, ohne daß ein Zugang an die Lampenfassungen, die einzelnen Lampen oder die Vorschaltgeräte-Verdrahtung erforderlich ist.

3. Bas erfindungsgemäße Beleuchtungssteuersystem beruht auf einer elektronischen Steuerung und kann daher leicht mit einer automatischen Energieversorgungs- und -Verteilungssteuerung verbunden werden.

4. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Beleuchtungssteuersystems besteht darin, daß es mit

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einer großen Vielzahl von verschiedenartigen Lampen ■und Vorschaltgeräten verwendet werden kann. Weiterhin kann es in Verbindung mit irgendeiner gewünschten Anzahl von Lampen- und Vorschalt gerät elcombinationen ohne jede Einstellung betrieben werden.

5. Die Energiemenge, die von dem Vorschaltgerät gespeichert und von diesem übertragen wird, wenn der Serienschalter geöffnet ist, wird bei einer Verringerung der Lichtleistung verringert, so daß die Vorschaltgeräte-Verluste entsprechend verringert werden.

6. Die in dem Vorschaltgerät gespeicherte Energie wird als Nutzleistung verbraucht und von der Gasentladungslampe in Lichtleistung umgewandelt.

7* Eine Entionisation des Gasentladungslampen-Lichtbogens wird während des Intervalls, während dessen der Serienschalter abgeschaltet ist, dadurch verhindert, daß die in dem Vorschaltgerät gespeicherte Energie zur Lampe hin abgeleitet wird. Hierdurch werden Beanspruchungen der Gasentladungslampe stark verringert, die sich sonst daraus ergeben wurden, daß es erforderlich ist, den Lichtbogen bei jeder Halbperiode der Wechselspannungsschwingungsform erneut zu zünden, wobei sich der zusätzliche Vorteil ergibt, daß eine Verringerung der Lichtleistung auf einen niedrigen Pegel möglich ist, bevor die Lampe nicht mehr leitet und damit erlischt.

8. Die gespeicherte Energie in dem Vorschaltgerät kann aufgrund des geöffneten Serienschalters nicht in das ffetz'zurückgespeist werden, so daß sich eine gute

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Leiatungsfsktorcharakteristik über den gesamten Steuerbereich ergibt.

9. Elektronische Serien- und Nebenschlußschalter oder passive Energieableitelemente weisen sehr geringe Energieverluste auf, so daß in der Steuerschaltung nur sehr wenig Energie verbraucht wird.

10. Ein öffnen des Serienschalters zu einer geeigneten Zeit beseitigt Spitzenwerte des Lampenstromes und verringert das Verhältnis des Spitzenstroms zum Effektivstrom und damit den Lampenleistungsfaktor.

11. Der Nebenschlußschalter oder das passive Energieableitelement verringert weitgehend Spannungsstoße längs des Serienschalters und anderer Schaltungsbauteile und verringert Energiemomenteneffekte, wie beispielsweise eine induktive Bückschlagspannung dadurch, daß diese Energie durch das Vorschaltgerät abgeleitet und in der die Last bildenden Gasentladungslampe verbraucht wird.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal ergibt sich dadurch, daß es möglich ist, unterschiedliche Gruppen von Gasentladungslampen aus einer einzigen Steuerschaltung der vorstehend beschriebenen Art zu betreiben, wobei einzelne Gruppen unabhängig voneinander abgeschaltet und eingeschaltet werden können.

Eine einzige Steuerschaltung kann in Form einer Schaltungseinheit so bemessen werden,' daß eine vorgegebene

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Anzahl von Lampen gesteuert wird, typischerweise 90 Schnellstart-Leuchtstoffröhren mit 40 W. Diese 90 Lampen können jedoch auf verschiedene Bereiche verteilt werden, die unabhängig voneinander durch örtlich angebrachte Schalteranordnungen ab- und eingeschaltet werden können. Die zur Verringerung der Lichtleistung dienende Schwingungsform-Ausgangsspannung ist jedoch nicht zum anfänglichen Zünden der Gasentladungslampen der Gruppe geeignet, die abgeschaltet war. Dies ergibt sich daraus, daß die Unterbrechungen den Energieinhalt so weit verringern, daß ein übliches Vorschaltgerät keine ausreichende Spitzenspannung und/oder Heizleistung mehr erzeugen kann, die für ein zuverlässiges Zünden einer Gasentladungslampe ausreicht, die über irgendeine erhebliche Zeitperiode (d. h. mehr als einige Sekunden) vollständig abgeschaltet war. Entsprechend diesem Merkmal der Erfindung sind Einrichtungen vorgesehen, die den Energieinhalt der Ausgangsschwingungsform vorübergehend vergrößern, wenn der örtlich angeordnete Schaltermechanismus zu Anfang betätigt wird, um ein zuverlässiges Starten der Gasentladungslampen sicherzustellen. Diese Energievergrößerungseinrichtung kann eine Vielzahl von Formen aufweisen, und beispielsweise durch einen Aufwärts-Transformator gebildet sein, um vorübergehend die Spannung an der gerade eingeschalteten Gruppe von Gasentladungslampen zu vergrößern. Weiterhin kann eine Schaltung verwendet werden, die während des Unterbrechungsintervalls für eine kurze Zeit nach dem Einschalten Energie liefert, oder dergleichen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein übliches regelndes Vorschaltgerät,

Pig. 1a ein weiteres übliches regelndes Vorschaltgerät für Gasentladungslampen mit Heizwicklungen,

Fig. 2 ein Schaltbild einer grundlegenden Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerschaltung,

Fig. 2a und 2c zweite bzw. dritte Ausführungsformen von Steuerschaltungen des Beleuchtungssteuersystems,

Fig. 2c eine Ausführungsform der Steuerschaltung für eine Leuchtstoffröhre mit niedriger Leistung,

Fig. 2d eine Ausführungsform der Steuerschaltung für eine Hochintensitäts-Entladungslampe,

Fig. 3a eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der unterbrochenen Schwingungsform zur Zuführung von Energie in gesteuerter Weise an eine Gasentladungslampen- und Vorschaltgerätekombination unter Verwendung einer einzigen, in der Mitte angeordneten Unterbrechung in der Schwingungsform,

Fig. 3b eine abgeänderte Schwingungsform, bei der die Unterbrechung gegenüber dem Mittelpunkt der Schwingungsform versetzt ist,

Fig. 3c eine weitere abgeänderte Schwingungsform mit

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einer Anzahl von Unterbrechungen,

Pig. 3d bis 3f weitere typische Ausführungsformen von Schwingungsformen, die bei der erfindungsgemäßen Steuerschaltung Verwendung finden können,

Fig. 4- ein ausführlicheres Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Schaltung des Beleuchtungssteuersystems, wobei die verschiedenen Schutzschaltungen erkennbar sind,

fig. 5a und 5b Teile von ausführlichen Schaltbildern einer bevorzugten Ausführungsform der Steuerschaltung,

Fig. 6, 7 und 8 Ausführungsformen der Erfindung, bei denen ein getrenntes Schalten von örtlichen Gruppen von Lampenfassungen durchgeführt wird.

In Fig. 1 ist ein regelndes Autotransformator-Vorschaltgerät gezeigt, wie es am häufigsten bei Gasentladungslampen-Installationen verwendet wird. Fig. 1a zeigt diese Schaltung in modifizierter Form, bei der Kathodenheizwindungen zum Heizen der Heizfäden einer Leuchtstoffröhre vorgesehen sind, wenn die Gasentladungslampe von diesem Typ ist.

Sas Vorschaltgerät nach den Fig. 1 und 1a besteht aus einem Autotransformator 10 mit einer Primärwicklung 11 und einer Sekundärwicklung 12, wie dies schematisch dargestellt ist. Ein Streu-TTebenschluß ist schematisch

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gezeigt, tun anzudeuten, daß die Wicklungen 11 und 12 nicht fest gekoppelt sind. Die Primärwicklung 11 ist mit den Wechselstrom-Netzleitungen 13 und 14 verbunden. Die Wicklung 12 ist in Serie mit einem Serienkondensator 15 und zwei in Serie geschalteten Gasentladungslampen 16 geschaltet. Ein Startkondensator 15a ist längs einer Lampe 16 angeschaltet.

In Fig. la sind die Lampen 16 mit Heizfäden gezeigt, die durch eine Verbindung mit den Sekundärwicklungen 12a und 12b und einer Wicklungsanzapfung 11a der Wicklung 11 in der gezeigten Weise geheizt werden.

Die Gasentladungslampen 16 können von irgendeinem gewünschten Typ sein und können beispielsweise Schnellstart-Leuchtstoffröhren (Fig. 1a), Sofortstart-Leuchtstoffröhren, Hochintensitäts-Entladungslampen, Hochintensitäts-Lampen und dergleichen sein. Üblicherweise sind die Vorschaltgerätebauteile 10 und 15 in der gleichen Fassung mit den Lampen 16 zusammengebaut, um eine kompakte Bauform zu erzielen und die Notwendigkeit einer zusätzlichen Verdrahtung bei der Installation zu vermeiden.

Bei dem Vorschaltgerät der in Fig. 1 gezeigten Art wird die grundlegende Vorschaltgeräte-Impedanzfunktion des Lampenlichtbogens durch die Serienkombination der Autotransformator-Streuinduktivität und des Serienkondensators 15 erzielt. Die resultierende Vorschaltgeräte- oder Ballastimpedanz ist die Differenz zwischen den kapazitiven und den induktiven Reaktanzen bei der Netzfrequenz, die üblicherweise 50 bis 60 Hz beträgt. Der Autotrans-

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formator 10 ergibt eine hohe Leerlaufspannung, die zum anfänglichen Zünden des Lichtbogens in der Gasentladungslampe 16 erforderlich ist, und die angezapfte Primärwicklung 11 ergibt eine Impedanzanpassung zwischen den Netzleitungen 13 und 14 und den Lampen 16, um eine gute Leistungsfaktorcharakteristik und eine gute Regelcharakteristik der Lampenleistung zu erzielen.

Wenn für den Autotransformator 10 eine geeignete Sättigungscharakteristik vorgesehen wird, so ergibt sich ein hohes Ausmaß einer automatischen Kompensation von Netzspannungsänderungen, so daß die Lichtleistung der Gasentladungslampen relativ unabhängig von kleinen Netzspannungsänderungen ist. Der Serienkondensator 15 verhindert das Fließen von Gleichströmen während der anfänglichen Zündphase der Gasentladungslampen 16. Dies ist insbesondere bei Hochintensitäts-Entladungslampen wichtig, weil hierdurch große Stromstöße vermieden werden, die bei Drosselvorschaltgeraten derartiger Lampen üblich sind. Das regelnde Vorschaltgerät ermöglicht weiterhin die Erzielung eines kleineren als des normalen Netzstromes während der Anheizphase, die bei vielen Gasentladungslampen üblich ist. Das gleiche Vorschaltgerät wird häufig mit Leuchtstofflampen verwendet, bei denen im Pail der Fig. 1a die Kathodenheizfäden mit geeigneten Anzapfungen an den Transformatorwicklungen 11 und 12 verbunden sind.

Aufgrund dieser Eigenschaften wird das regelnde Autotransformator-Vorschaltgerät nach Pig. 1 bei den meisten Gasentladungsl ampen-Inst allationen verwendet·

Lampenfassungen in vorhandenen Gebäuden sind üblicher-

weise in der Decke befestigt und nicht ohne weiteres zugänglich· Wenn eine vorhandene, nicht für eine Helligkeitssteuerung vorgesehene Installation so modifiziert werden soll, daß eine Helligkeitssteuerung oder Verringerung der Helligkeit möglich wird, so ist üblicherweise eine Abänderung der Vorschaltgeräte und ihrer Verdrahtungen erforderlich, was einen erheblichen Aufwand und Umzüge zur Folge hat· Wie dies weiter unten zu erkennen ist, kann das erfindungsgemäße Beleuchtungssteuersystem zur Helligkeitssteuerung der Gasentladungslampen 16 unter Beibehaltung der üblichen Vorschaltgeräte nach Pig. 1 verwendet werden, ohne daß die Betriebsweise der Gasentladungslampe verschlechtert wird oder der Leistungsfaktor des Systems wesentlich beeinflußt wird.

Die vorliegende Erfindung ergibt eine neuartige Steuerschaltung zur Ansteuerung der Gasentladungslampen 16 nach den Pig. 1 und 1a. Die grundlegende Schaltung ist in Pig. 2 für Lampen 16 und deren Vorschaltgerät 17 gezeigt, wobei dieses Vorschaltgerät von der in den Pig. 1 und 1a gezeigten Art sein kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Vorschaltgerät 17 einen hohen Leistungsfaktor auf, d. h. einen Leistungsfaktor von mehr als 0,9. Bei anderen Anwendungen kann jedoch auch ein Vorschaltgerät mit niedrigerem Leistungsfaktor verwendet werden. Bei der Ausführungsform nach Pig. 2 ist ein Hochgeschwindigkeits-Serienschalter 18 in Serie mit der Netzleitung 13 und dem Vorschaltgerät 17 eingeschaltet, während ein Hochgeschwindigkeits-Nebenschlußschalter 19 längs des Vorschaltgerätes 17 angeschaltet ist, wobei ein Anschluß dieses Schalters mit dem Serienschalter 18 verbunden ist, während sein anderer Anschluß mit der

Netzleitung 14- verbunden ist.

Zur Betätigung der Schalter 18 und 19 ist eine neuartige Schalterbetätigungsschaltung vorgesehen, die weiter unten ausführlich beschrieben wird und die selektiv den Serienschalter 18 öffnet und im wesentlichen gleichzeitig den Nebenschlußschalter 19 schließt. Nach einer vorgegebenen einstellbaren Verzögerung schließt der Schalter 18 erneut, während der Schalter 19 wieder zum gleichen Zeitpunkt geöffnet wird. Der Serienschalter 18 wird vorzugsweise so betätigt, daß er sich symmetrisch bei positiven und negativen Halbperioden öffnet, um zumindest ein Intervall mit einer Energie von im wesentlichen ITuIl während jeder Halbperiode der von den Leitungen 13 und 14 an das Vorschaltgerät 17 und die Lampen 16 zugeführten Energie zu bilden. Mit Schwingungsformen der der Lampe und dem Vorschaltgerät zugeführten Energie ist hierbei die Schwingungsform der Spannung und/oder des Stromes oder ihres Produktes gemeint, die bzw. der dem Vorschaltgerät oder den Lampen zugeführt wird. Typische Ausführungsbeispiele von Vechselspannungs-Schwingungsformen sind in den Pig. 3a bis 3f gezeigt, die weiter unten beschrieben werden. Sie Intervalle mit einem Leistungsfluß von im wesentlichen Null werden im folgenden als "Unterbrechung" in der Vechselspannungs-Schwingungsform bezeichnet. Mit "Unterbrechung" ist ein Intervall der Verringerung der Energie oder Leistung, ausgehend von irgendeinem Momentanwert auf im wesentlichen Null zwischen Nulldurchgängen der Halbschwingung, jedoch unter Ausschluß dieser Nulldurchgänge gemeint. Die Bezeichnung "Unterbrechung" ist speziell dazu bestimmt, eine Unterscheidung gegenüber Anordnungen mit üblicher

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Phasensteuerung oder umgekehrter Phasensteuerung zu erzielen, bei denen der Leistungsfluß ausgehend vom Beginn einer Halbperiode verzögert wird, wobei bei voller Leistung der Leistungsfluß am Anfang dieser Halbperiode beginnt, bzw. bei denen der Leistungsfluß gegen das Ende einer Halbperiode hin unterbrochen wird, wobei eine volle Leistung dann erzielt wird, wenn der Leistungsfluß erst beim Ende der Halbperiode unterbrochen wird.

Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann in manchen Fällen eine Steuerschwingungsform verwendet werden, die Perioden einer Leistungsübertragung von im wesentlichen Null an einem oder beiden Nulldurchgangspunkt(en) in Kombination mit einer neuartigen Energieableiteinrichtung verwendet, um eine Eezirkulation der in dem Vorschaltgerät gespeicherten Energie an die Lampenlast zu ermöglichen· In diesen Fällen unterscheidet die neuartige Energieablenkeinrichtung in Kombination mit den Perioden einer Leistungsübertragung von im wesentlichen Null die erfindungsgemäßen Schaltungen von üblichen phasengesteuerten oder umgekehrt phasengesteuerten Anordnungen.

Es kann eine Vielzahl von Unterbrechungen verwendet werden, und die Lage dieser Unterbrechungen kann über die gesamte Halbperiodenschwingungsform verteilt sein. Die Breite der Unterbrechungen kann gesteuert werden, um die Gesamtleistung zu steuern, die von der Netzleitung an die Gasentladungslampe übertragen wird, wie dies weiter unten beschrieben wird. Vorzugsweise wird die Breite der Unterbrechung durch Steuern der Hint er flanke oder des Endes dieser Unterbrechung gesteuert. Unter bestimmten Bedingungen kann es jedoch vorteilhaft sein, den Beginn oder

die Vorderflanke dieser Unterbrechung oder sowohl die Vorderflanke als auch die Hinterflanke zu steuern. Weiterhin müssen die Gesamthöhe und die Inderungsgeschwindigkeiten beider Flanken nicht notwendigerweise gleich sein.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 und unter Verwendung eines Steuerschemas mit einer einzigen Unterbrechung gemäß der Pig. 3a, ist, während die Netzspannung zwischen den Leitungen 13 und 14 vom Zeitpunkt tQ zum Zeitpunkt ty. ansteigt, der Serienschalter 18 geschlossen und der Nebenschlußschalter 19 geöffnet, so daß Leistung von den Leitungen 13 und 14 zum Vorschaltgerät 17 und den Gasentladungslampen 16 übertragen wird. Zum Zeitpunkt t^ wird der Serienschalter 18 geöffnet, während der Nebenschlußschalter 19 geschlossen wird. In der Reaktanz des Vorschaltgerätes gespeicherte Energie kann dann in die Lampenlast 16 abgegeben werden. Biese gespeicherte Energie betreibt daher die Lampe während des Intervalls zwischen den Zeitpunkten t* und tp nach Fig. 3a· Zum Zeitpunkt t₂ schließt der Serienschalter 18 erneut, während der Nebenschlußschalter 19 sich wieder öffnet. Dies erfolgt vorzugsweise nachdem die gespeicherte Energie in dem Vorschaltgerät auf einen geeigneten Pegel abgesunken ist, und dann fließt wiederum Leistung von der Netzleitung zur Lampe 16.

Veil der Leistungs- oder Energiefluß von den Wechselspannungsleitungen 13 und 14 für einen beträchtlichen Teil während jeder Heizperiode unterbrochen wurde, wird die der Lampe zugeführte resultierende Leistung verringert. Dies führt zu einer Verringerung sowohl der Lichtleistung

(Verdunklung der Gasentladungslampe) als auch der Eingangsleistung des Vorschaltgerät es« TJm das Ausmaß der Helligkeitsverringerung zu steuern, ist es lediglich erforderlich, die Breite der Unterbrechung beispielsweise durch Indern der Zeit to zu ändern, bei der der Schalter 18 erneut geschlossen wird. Selbstverständlich könnte die Breite auch durch Ändern des Zeitpunktes t^ geändert werden, zu dem der Schalter 18 geöffnet wird, während dann der Zeitpunkt tp festgelegt würde, oder es können beide Zeiten t^ und t2 geändert werden.

In der nächsten Halbperiode erfolgt gemäß Fig. 3a ein symmetrischer Vorgang zu den entsprechenden Zeiten t«, ty. und tp.

Die vorstehend beschriebene Betriebsweise weist viele Vorteile auf. Beispiele dieser Vorteile schließen die Möglichkeit der Helligkeitssteuerung ohne die Notwendigkeit eines direkten Zugangs an das übliche Vorschaltgerät 17 oder der die Lampe 16 und das Vorschaltgerät 17 enthaltenden Lampenfassung ein. Weiterhin kann eine einzige Steuerschaltung eine Vielzahl von Vorschaltgerate- und Lampenkombinationen betreiben.

Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Ausführungsform und der Verwendung der Schwingungsform mit zumindest einer einzigen unterbrechung besteht darin, daß der Lichtbogen in der Lampe während der Zeit, während der der Serienschalter 18 abgeschaltet ist, nicht entionisiert. Dies verringert sehr stark die Beanspruchung der Lampe, weil es nicht mehr erforderlich ist, den Lichtbogen während jeder Halbperiode der Vechselspannungs-Schwingungs-

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form vollständig neu zu zünden, wodurch die Lebensdauer der Lampe unverändert bleibt und eine Helligkeitssteuerung auf geringere Lichtleistungen ermöglicht wird, was Energieeinsparungen vergrößert.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung nach Pig. 2 besteht darin, daß, wenn die Gasentladungslampe 16 von dem Torschaltgerät 17 gespeiste Heizfäden aufweist (wie in Fig. 1a), die Heizspannung im Gegensatz zu üblichen Helligkeitssteueranordnungen auf einem hohen Wert gehalten wird, selbst wenn die Lichtleistung verringert wird, weil der Effektivwert der dem Vorschaltgerät 17 zugeführten Eingangsspannung hoch bleibt. Die beschriebene Ausführungsform ermöglicht es weiterhin, daß das Vorschaltgerät einen guten Leistungsfaktor cos ψ beibehält, weil die Momentanspannung und der Momentanstrom in Phase bleiben.

Es ist weiterhin zu erkennen, daß die elektronischen Hochgeschwindigkeitsschalter 18 und 19 einen relativ geringen Spannungsabfall, verglichen mit der Betriebsspannung, aufweisen, so daß in der Schaltung selbst nur sehr wenig Energie verbraucht wird.

Die mit einer Unterbrechung versehene Schwingungsform, die jeweils ausgewählt wird, kann die Form nach einer der Fig. 3a bis 3f oder irgendeine andere Schwingungsform aufweisen, die sich aus diesen Beispielen als Abänderung ergibt.

Wie dies in Fig. 3b gezeigt ist, kann die Position der Unterbrechung mehr zum Anfang der Schwingungsform hin verschoben werden.

In Fig. 3c ist eine größere Anzahl von Unterbrechungen vorgesehen, die symmetrisch in den positiven und negativen Halbperioden der Schwingungsform angeordnet sind.

Gemäß Fig. 3d kann die Schwingungsform durch eine in der Mitte angeordnete Unterbrechung und zusätzlich an den Nulldurchgangspunlcten unterbrochen werden, wo relativ wenig Energie an die Lampe übertragen wird. Entsprechend geht nur sehr wenig Lichtausgangsleistung verloren, wenn der Schalter 18 zu Zeiten geöffnet wird, die den Zeiten t, und t^ nach Fig. 3d entsprechen, wobei diese Bereiche Bereiche mit geringer Leistungsübertragung sind, die Systemverluste jedoch andererseits stark verringert werden, so daß zusätzliche Energie eingespart wird.

Vie dies in Fig. 3e gezeigt ist, kann die Schwingungsform weiterhin den Anfangsteil der Halbperiode beibehalten, der in Fig. 3d unterdrückt wurde, und die Zeiten t,- und tg, zu denen der Schalter 18 geöffnet wird, können so geändert werden, daß sich eine Helligkeitssteuerung ergibt. Selbstverständlich können irgendwelche geeigneten Einrichtungen zur .Änderung der "Abschalt-Zeit" des Schalters 18 verwendet werden.

Als letztes Beispiel der Schwingungsform ist in Fig. 3f eine weitere Schwingungsform gezeigt, bei der lediglich die Energie im unmittelbaren Bereich der Nulldurchgangspunkte unterdrückt ist, wobei die Steuerung dadurch erzielt wird, daß die Zeit tg geändert wird, zu der der Schalter 18 geöffnet wird.

Pie spezielle Auswahl einer bestimmten Schwingungsform

kann dem Konstrukteur überlassen werden. Er kann es vorziehen, eine große Anzahl von Unterbrechungen oder Kerben in jeder Halbperiode vorzusehen, um den Vorteil eines Betriebs der Gasentladungslampe bei einer relativ hohen Frequenz mit einem sehr guten Leistungsfaktor zu erzielen. Dies könnte jedoch harmonische Anteile höherer Ordnung in dem Netzstrom hervorrufen, die ausgefiltert werden müßten. Weiterhin können die Einrichtungen zur Modulation der voreilenden oder nacheilenden Planken der Unterbrechungen oder Kerben in der vorstehend beschriebenen Weise modifiziert werden. Umgekehrt kann die Breite der Unterbrechungen konstant gehalten werden, während die Anzahl der Unterbrechungen pro Halbperiode geändert werden kann, um eine Helligkeitssteuerung zu erzielen, oder es kann eine Kombination verschiedener Verfahren verwendet werden.

Das für die Verwendung der bevorzugten Ausfiihrungsform ausgewählte Schema der Schwingungsform ist das in Fig. 3a gezeigte. Die Verwendung einer einzigen Unterbrechung, die ungefähr mit dem Spitzenwert der Wechselspannung ausgerichtet ist, trägt dazu bei, die Neigung eines induktiven Vorschaltgerätes zu verringern, eine Spitzen aufweisende Lampenstrom-Schwingungsform zu erzeugen. Diese Lampenstromspitze ist ebenfalls angenähert mit der Spitze der Wechselspannung unter normalen Betriebsbedingungen bei voller Ausgangsleistung ausgerichtet. Durch Unterbrechung der dem Vorschaltgerät zugeführten Spannung in dieser Weise wird die Vorschaltgeräte-Eingangsspannung zum gleichen Zeitpunkt verringert, zu dem der Lampen-Spitzenstrom normalerweise auftreten würde, mit dem Ergebnis, daß die Gesamtstromspitze aufgrund der Lampen- und

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Vorschaltgerateeffekte beträchtlich verringert wird« Daher wird die Helligkeitssteuerung mit einem minimalen Gesamt Spitzenstrom, einem verringerten Lampenstrom-Scheitelfaktor und einem verringerten Netzstrom-Effektivwert durchgeführt, so daß die Lebensdauer der Gasentladungslampe und der Netzleistungsfaktor so groß wie möglich gemacht werden·

Obwohl das Vorschaltgerät nach Fig. 2 von dem in Fig. 1 gezeigten Typ sein kann, sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung in keiner Weise auf die Verwendung mit einer bestimmten Art von Vorschaltgerät beschränkt ist und in wirkungsvoller Weise mit irgendeinem niederfrequenten magnetischen Vorschaltgerät arbeiten kann, beispielsweise auch mit Vorschaltgeräten vom Drossel-Typ mit niedrigem Leistungsfaktor.

Vorzugsweise sollte das Vorschaltgerät jedoch keinen großen parallelen Leistungsfaktor-Kompensationskondensator längs der Eingangsleitung aufweisen, weil dies äußerst hohe Spitzenströme hervorrufen könnte, wenn der Serienschalter geschlossen wird. In einem derartigen Fall könnte eine kleine Serieninduktivität hinzugefügt werden, um den Strom zu begrenzen. Alternativ könnte der Leistungsfaktor-Korrekturkondensator zur Wechselspannungsnetz-Seite der Schalter hin verlegt werden.

Die genaue Lage der Abschaltperiode oder Unterbrechung oder der Unterbrechungen in jeder Wechselspannungs-Halbperiode ist wesentlich, um optimale Betriebseigenschaften zu erzielen. Diese genaue Lage ist jedoch eine Funktion der speziellen Charakteristik der Gasentladungslampe und des Vorschaltgerätes·

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Im allgemeinen sollten die Abschaltperioden während des Teils der Schwingungsform auftreten, wenn das Vorschaltgerät normalerweise die größte Energiemenge speichert und überträgt. Dies ermöglicht die Erzielung der gewünschten Verringerung der Lampen-Lichtleistung bei einer minimalen gesamten Abschaltzeit. Dies ist wünschenswert, weil sich hierbei eine minimale Lampen-Entionisation ergibt und der Iiichtbogenstrom-Scheitelfaktor so klein wie möglich gemacht wird. Weiterhin wird eine Verzerrung des Netz-Wechselstroms so weit wie möglich verringert und im Falle von Schnellstart-Leuchtstofflampen wird die Heizleistung bei Betriebszuständen mit verringerter Helligkeit so groß wie möglich gemacht. Als Ergebnis führt die richtige Lage der Abschaltperioden zu einem maximalen Netzleistungsfaktor und minimaler Beanspruchung der Lampenelektroden.

Von Vorschaltgerät zu Vorschaltgerät auftretende Bauteiländerungen scheinen die geringste Auswirkung zu haben, wenn die Abschaltperioden in einem allgemein mittleren Bereich der Wechselstrom-Schwingungsform angeordnet sind, so daß eine Nachführung der Lampen in einem Vielfach-Vorschaltgeräte-System optimiert ist.

Eine h3a?zu in Beziehung stehende Betrachtung hinsichtlich der Lage der Abschaltperiode oder Abschaltperioden bzw. Unterbrechungen besteht darin, daß, wenn die Lichtleistung der Gasentladungslampe verringert wird, die Impedanz dieser Gasentladungslampe ansteigt, weil die Spannung des Lichtbogens relativ konstant bleibt, während der Strom verringert wird. Diese Vergrößerung der Widerstandskomponente der Last verschiebt den relativen Phasenwinkel zwischen der Vorschaltgeräte-Eingangsspannung und dem

Strom. In einem regelnden Autotransformator der in Pig. 1a gezeigten Art wird diese Verschiebung beispielsweise dazu führen, daß der Eingang stärker induktiv erscheint, wobei der Strom der Spannung nacheilt. Zur Erzielung bester Ergebnisse ist es ebenfalls vorzuziehen, den Hittelpunkt der Abschaltperiode oder Unterbrechung auf Punkte in einer späteren Position in der Wechselspannungs-Halbperiode zu verschieben.

Bei der bevorzugten Ausführungsform und bei einer Netzspannung von 277 V und 60 Hz beginnt die Unterbrechung bei ungefähr 3»2 ms nach dem Nulldurchgang der Schwingungsform, und die Breite der Unterbrechung ändert sich von 0 ms (keine Regelung) auf ungefähr 2 ms. Bei einer Breite von 2 ms für die Unterbrechung ergibt sich ein Lichtausgang von 20 % bei der typischen Leuchtstoffröhre,

Wenn die Unterbrechung in einen früheren Teil der Wechselspannungs-Halbperiode verlegt wird und bei speziellen Gasentladungslampen und Vorschaltgeräten, ist die Kurve in der Lichtleistung gegenüber den Abschaltzeiten nicht sehr gleichförmig, sondern enthält Bereiche mit sehr unterschiedlicher Steigung. Dies macht es schwierig, die Lichtausgangsleistung auf vorgegebene Werte einzustellen.

Wie dies weiter unten noch näher zu erkennen ist, wird die Steuerschaltung zur Betätigung des Serienschalters vorzugsweise so ausgebildet, daß die Gasentladungslampen immer zu Anfang ohne Jede Helligkeitsverringerung gezündet werden, wobei die volle Netzspannung an dem

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Yorschaltgerät anliegt. Auf diese Weise erreichen die Gasentladungslampen ihre Betriebstemperatur sehr schnell und können dann zur Helligkeitssteuerung geregelt werden. Durch Zünden der Lampen mit der vollen Netzspannung und derartige Ansteuerung, daß sie die Betriebstemperatur vor der Helligkeitsverringerung erreichen, wird die Lampenlebensdauer vergrößert. Wenn die Lampen im Zustand mit verringerter Helligkeit gezündet werden, so ist es möglich, daß die Lampen beschädigt werden und ihre Lebensdauer verringert wird, weil sich ein übermäßiger Betrieb in der Kaltkathoden-Entladungsbetriebsart ergibt, die so lange vorliegt, bis die Lampen ihre volle Betriebstemperatur erreicht haben.

Die Fig. 2a und 2b zeigen gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 2 abgeänderte Ausführungsformen von Schaltungen, bei denen der Nebenschlußschalter 19 durch eine Energieableiteinrichtung 19a ersetzt ist, die entweder in geschlossener Serienbeziehung mit dem Serienschalter 18 oder dem Vorschaltgerät 17 angeschaltet ist, wie dies gezeigt ist. Diese Energieableiteinrichtung 19a erfüllt die gleiche Funktion wie der Nebenschlußschalter 19 und ermöglicht die Rezirkulation von in dem Vorschaltgerät gespeicherter Energie durch die Lampenlast zu den Zeitperioden, zu denen der Serienschalter 18 offen ist, und diese Einrichtung schützt weiterhin den Serienschalter 18 gegen übermäßige elektrische Beanspruchungen aufgrund von Energiemomenteneffekten der in dem Vorschaltgerät gespeicherten Energie. Der Vorteil einer Energieablenkeinrichtung gegenüber einem Nebenschlußschalter besteht darin, daß die Energieableiteinrichtung 19a ein passives Schaltungsbauteil sein kann, während der Nebenschlußschalter

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ein aktives Element ist. Als Ergebnis für die Verwendung einer Energieableiteinrichtung allgemein zu einer weniger komplizierten Schaltung, die besser in der Lage ist, irgendwelchen ungewöhnlichen Beanspruchungen zu widerstehen, wie sie beispielsweise aufgrund von Netz- oder Last-Spannungs- oder LeistungsSprüngen oder überraschenden Pehlerbedingungen, wie beispielsweise Fehlverdrahtung oder Überlastung, entstehen können.

Die vorstehend verwendete Bezeichnung "Energieableiteinrichtung" soll sowohl Schalterelemente als auch passive Schaltungsbauteile wie Kondensatoren, Induktivitäten und Widerstände sowie Kombinationen von Schalterelementen und passiven Schaltungsbauteilen umfassen.

Geeignete Energieableiteinrichtungen schließen sowohl Blindleistungselemente als auch Wirkleistungselemente ein. Wirkleistungs-Energieableiteinrichtungen wie beispielsweise Widerstände oder Zener-Dioden ergeben zwar einen geeigneten Schutz für den Serienschalter 18, ermöglichen jedoch im allgemeinen nur die Eückführung eines kleinen Teils der in dem Vorschaltgerät 17 gespeicherten Energie an die Lampen. Daher ist das Betriebsverhalten von verlustbehafteten Energieableiteinrichtungen hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Lampenionisation während der Zeit, während der der Serienschalter 18 offen ist, im allgemeinen schlecht. Weil weiterhin verlustbehaftete Elemente die Energie dadurch ableiten, daß sie sie in Wärme umwandeln, ist der Wirkungsgrad der Steuereinrichtung relativ schlecht, wenn verlustbehaftete Energie ableit einrichtungen verwendet werden. Blindleistungs-Energie ableit einrichtungen, wie beispielsweise

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Induktivitäten oder Kapazitäten, leiten die Energie dadurch ab, daß sie vorübergehend diese Energie als Magnetfluß oder elektrische Ladung speichern und dann den größten Teil der gespeicherten Energie zu irgendeinem späteren Funkt der Betriebsweise des Steuerschemas wieder zurückführen. Im allgemeinen führt die Verbindung einer derartigen Energieableiteinrichtung längs des Vorschaltgerätes dazu, daß eine maximale Energiemenge an die Lampen gemäß Fig. 2a zurückgeführt wird. Es ist jedoch auch möglich, eine Verbindung gemäß Fig. 2b vorzusehen, wobei in diesem Fall die Energie sowohl zur Lampe als auch zur Vechselspannungs-Versorgung hin abgeleitet wird. In diesem Fall ist während der Unterbrechungsintervalle der Leistungs- oder Energiefluß durch den offenen Serienschalter im wesentlichen Null, wie dies bei allen vorher beschriebenen Ausführungsformen ebenfalls der Fall war. Der Energiefluß von der Wechselspannungs-Leistungsversorgung ist zwar beträchtlich verringert, jedoch nicht vollständig unterdrückt, weil die Energieableiteinrichtung einen alternativen Stromkreis zwischen den Vorschaltgeräten und der Vechselspannungsversorgung bildet, wenn der Serienschalter offen ist. Im allgemeinen führt eine Ausführungsform gemäß Fig. 2 zu einer stärkeren Lampen-Entionisation und zu einem schlechteren Netzleistungsfaktor, es ergibt sich jedoch der Vorteil, daß keine Verbindung zur ßückführungsleitung (Leitung 14·) der Wechselspannungs-Versorgung erforderlich ist, was bei bestimmten Anwendungen das System vereinfacht. Fig. 2a und 2b weisen beide eine geschlossene Serienverbindung auf, wobei in Fig. 2a die geschlossene Serienverbindung die Netzspannungsquelle einschließt. Sie Verwendung von passiven Blindleistungsableiteinrichtungen ist besonders dann vor-

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teilhaft, wenn die Steuerschwingungsform eine große Anzahl von Unterbrechungen in jeder Halbperiode aufweist, weil die Hochfrequenzkomponenten, die in der Schwingungsform vorhanden sind, die Verwendung von kleineren Werten der passiven Ablenkeinrichtungs-Bauteile ermöglichen.

Fig. 2c zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einer einzigen ^-W-Leuchtstofflampe. Das Vorschaltgerät für die Leuchtstofflampe 16 ist ein einen niedrigen Leistungsfaktor aufweisendes Vorschaltgerät.

Fig. 2d zeigt eine Ausführungsform der Steuerschaltung für eine Hochintensitäts-Entladungslampe (HID) 16, die eine 400-W-Metallhalogenlampe oder eine Quecksilberdampflampe sein kann. Das Vorschaltgerät 17 ist in diesem Fall durch strichpunktierte Linien umgeben.

Ein ausführliches Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Beleuchtungssteuersystems ist in Fig. 4 gezeigt. In Fig. 4 sind wiederum die Vechselspannungs-Eingangsleitungen 13 und 14 nach Fig. 2 gezeigt. Der Ausgang des Blockschaltbildes ist mit dem Vorschaltgerät und der Lampe verbunden, wobei diese Teile aus dem Vorschaltgerät 17 und der Lampe 16 nach Fig. 2 bestehen können, oder es kann irgendeine andere geeignete Vorschaltgeräte- und Lampenkombination verwendet werden. Der Serienschalter 18 und der Nebenschlußschalter 19 sind ebenfalls in der gezeigten Weise vorgesehen.

Der Serienschalter 18 kann irgendein gewünschter Schalter sein, er ist jedoch vorzugsweise ein elektronischer Schalter und könnte typischerweise einen Hochleistungs-

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transistor, wie beispielsweise einen Transistor vom Typ MJ10016 der Firma Motorola in einer Zweiweg-Brückengleichrichterschaltung sein, wie dies in Pig. 5a zu erkennen ist. Der Schalter 18 ist ein Schalttransistor und weist eine sehr niedrige Impedanz im eingeschalteten Zustand auf, während er im abgeschalteten Zustand im wesentlichen einen offenen Kreis oder eine Unterbrechung darstellt. Der Serienschalter 18 wird unter der Steuerung einer Basisansteuerschaltung 31 ein- und ausgeschaltet, die weiter unten beschrieben wird.

Der Schalter 19 kann in Form von entgegengesetzt gepolten Thyristoren oder in Form irgendeiner anderen gewünschten Schalteinrichtung ausgeführt sein.

Ein Eingangskondensator 30 ist direkt zwischen die Wechsel Spannungsleitungen 13 und 14 geschaltet. Der Kondensator 30 sollte verwendet werden, weil, wenn große Ströme durch den Serienschalter 18 während jeder Halbperiode unterbrochen werden, in der Transformator-Streuinduktivität oder der Netzleitungsinduktivität des Wechselspannungs-Verteilungssystems gespeicherte Energie aufgefangen werden muß, um zu verhindern, daß eine große Spannungsspitze am Eingang der Schaltung auftritt, die die Schaltungsbauteile beschädigen könnte. Der Eingangskondensator 30 ergibt einen Speicher für diese Energie und läßt lediglich einen kleinen ungefährlichen Anstieg der Netzspannung zu. Typischerweise kann der Kondensator 30 einen Wert von 10 Mikrofarad für eine Netzwechselspannung von 277 V aufweisen.

Die normale Strombelastbarkeit des Wechselstrom-Serien-

schalter 18 reicht aus, um den. normalen Vollast-Ausgangsstrom des Vorschaltgerätes und der Gasentladungslampe mit einem ausreichenden Sicherheitszuschlag zu verarbeiten. Wenn die Netzwechselspannung jedoch zu Anfang angelegt wird, so kann die erste Halbperiode des Stromes in das Vorschaltgerät das Zehnfache des momentanen Wertes aufgrund der momentanen Sättigung der magnetischen Bauteile des Vorschaltgerätes erreichen. Um Schaden an dem Wechselstrom-Serienschalter 18 durch diesen momentanen hohen Anfangsstrom zu verhindern, ist ein Überbrückungsrelais 32 vorgesehen, das diesen Anfangsstrom aufnimmt.

Das Relais 32 kann ein normalerweise geschlossenes elektromagnetisches Relais oder irgendein anderes Schaltelement gewünschter Art sein. Wenn die Netzwechselspannung angelegt wird, fließt ein Strom unmittelbar über das Überbrückungsrelais 32 zum Vorschaltgerät, wobei keine Regelung des Stromes durch den Serienschalter 18 erfolgt. Das Überbrückungsrelais 32 öffnet nach irgendeiner •vorgegebenen Zeitverzögerung, um es dem Serienschalter zu ermöglichen, die dem Vorschaltgerät und den Lampen zugeführte Energie zu steuern. Entsprechend übernimmt der Serienschalter 18 die Steuerung des Stromes erst nach dem Abklingen des anfänglichen starken Anfangsstroms, wobei dann der Netzstrom den normalen Wert erreicht hat.

Das öffnen des Überbrückungsrelais 32 wird weiterhin lange genug verzögert, um sicherzustellen, daß die volle Netzspannung an das Vorschaltgerät und die Gasentladungslampen für eine ausreichende Zeit nach jedem Starten angelegt wird, um sicherzustellen, daß die Entladungslampen einen Betriebszustand erreicht haben, bei dem sich eine

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Gasentladung mit heißer Kathode ergibt. Dies beseitigt die Gefahr eines unmittelbaren Betriebs der Lampen mit verringerter Spannung und mit unzureichender Kathodenheizung, was die Lebensdauer der Lampen beträchtlich verringern würde. Typischerweise öffnet sich das Relais 32 erst 30 Sekunden nach dem Anlegen einer Spannung an die Leitungen 13 und 14.

Der Wechselspannungs-Nebenschlußschalter 19 ist funktionell ähnlich zum Serienschalter 18 und weist einen sehr niedrigen Einschaltwiderstand und einen sehr hohen Ausschaltwiderstand auf. Der Schalter 19 kann jedoch aus entgegengesetzt gepolten Thyristoren bestehen, die parallel geschaltet sind und die beispielsweise vom Typ 2N6405 sein können, die in Serie mit jeweiligen Dioden geschaltet sind, um eine vergrößerte Sperrspannungs-Sperrcharakteristik zu erzielen. Der jeweils richtig gepolte Thyristor wird während der entsprechenden Halbperiode gezündet. Der jeweilige Schaltzustand des Nebenschlußschalters 19 kann leicht dadurch hervorgerufen werden, daß die Polarität der Netzwechselspannung überwacht und das die richtige Polarität aufweisende Nebenschlußelement angesteuert wird. Diese Steuerung erfolgt mit Hilfe der Torelektroden-Ansteuerschaltung 33» die direkt mit den Vechselspannungsleitungen 13 und 14 verbunden ist.

Die Basisansteuerschaltung 31, die den Serienschalter 18 steuert, arbeitet in Abhängigkeit von Signalen, die von einer monostabilen Zeitsteuerschaltung 34 erzeugt werden. Die Basisansteuerschaltung 31 ergibt weiterhin eine Isolation der mit einer relativ niedrigen Spannung betriebenen Steuerschaltungen gegenüber den relativ hohen

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Netzspannungen, die an dem Wechselspannungs-Serienschalter 18 anliegen. Entsprechend kann die Niederspannungs-Steuerschaltung in geeigneter Weise geerdet werden, um eine Sicherheit für den Benutzer zu erzielen.

Die übrigen, in dem Blockschaltbild nach Fig. 4 gezeigten Schaltungen ergeben die richtige Abschaltperiode in dem Unterbrechungsbereich, der weiter oben erläutert wurde, und sie ergeben ein sicheres Einschalten und Abschalten, wenn die Netzwechselspannung an die Schaltung angelegt oder von dieser entfernt wird.

Den Steuerschaltungen wird die Betriebsleistung über einen Zweiweg-Gleichrichter 35 zugeführt, der eine zweiweg-gleichgerichtete Form der Netzwechselspannung an die monostabile Verzögerungsschaltung 36 und eine Netzstörungs-Detektorschaltung 37 liefert. Die Verwendung des Zweiweg-Gleichrichters 35 "und üblicher Steuerschaltungen für jede Halbperiode ermöglicht eine sehr genaue Bestimmung des Zeitpunktes eines Nulldurchganges der Netzwechselspannung.

Nach jedem Nulldurchgang der Netzwechselspannung erzeugt die monostabile Verzögerungsschaltung 36 eine feste Pause vor dem Beginn der Abschaltperiode. Dies ist die Verzögerung beispielsweise zwischen der Zeit tQ und der Zeit t^. nach Fig. 3a. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Zeitverzögerung 3,2 ms in einem 60-Hz-System.

Nach dem Ende dieser Pause bewirkt die monostabile Zeitsteuerschaltung 34 das öffnen des Vechselspannungs-

Serienschalters 18 für eine Zeitperiode, die durch die Einstellung eines Steuersignals bestimmt ist, das mit dem Anschluß 40 über ein Kompensationsnetzwerk 41 verbunden ist. Die Länge dieser zweiten Pause, die sich von O bis 2 ms ändern kann, ergibt die gewünschte Regelung der Ausgangslichtleistung der Gasentladungslampen, die durch die Schaltung nach Fig. 4 betrieben werden.

Das Steuersignal 40 kann in irgendeiner gewünschten Weise erzeugt werden, beispielsweise durch ein manuell einstellbares Potentiometer, das Ausgangssignal eines Lichtmeßfühlers, der in einem beleuchteten Bereich angeordnet ist, dessen Helligkeit konstant gehalten werden soll, oder durch irgendein anderes gewünschtes außerhalb erzeugtes Steuersignal. Sobald die monostabile Schaltung 34 zum Zeitpunkt tp nach Fig. Ja zurückkippt, schließt der Serienschalter 18 erneut. Die Zeit %2 ^³* ^-ⁿ veränderlicher Weise einstellbar, wie dies durch den Pfeil 42 angedeutet ist. Es sei bemerkt, daß eine Vielzahl von Abschaltperioden oder Unterbrechungen verwendet werden könnte, wenn dies erwünscht ist.

Durch die Verwendung einer in einem Zweiweg-Gleichrichter gleichgerichteten Schwingungsform von dem Gleichrichter 35 und die Verwendung der gleichen Verzögerungs- und Zeitsteuerschaltungen für jede Halbperiode ist die Abschaltperiode in den positiven und negativen Halbperioden identisch. Dies ist wichtig, weil 3ede Unsymmetrie zwischen positiven und negativen Halbperioden eine Gleichstromkomponente in der Ausgangsschwingungsform hervorruft. Wenn induktive Vorschaltgeräte verwendet werden, kann eine Gleichstromkomponente dazu führen, daß in dem

Vorschaltgerät große Ströme fließen, wodurch dieses Vorschaltgerät überhitzt werden kann oder ein Flackern der Lampen hervorgerufen wird. In schwerwiegenden Fällen könnte der Strom auf einen derart hohen Wert ansteigen, daß die Schaltungsbauteile beschädigt werden oder daß Sicherungen auslösen.

Die beschriebene Ausführungsform der Schaltung könnte ohne den Zweiweg-Gleichrichter 35 "und die gemeinsamen Zeitsteuereinrichtungen für jede Periode ausgebildet werden, doch können Einrichtungen erforderlich sein, um einen Gleichstrom in dem Vorschaltgerät festzustellen, und es müssen gegebenenfalls Einrichtungen vorgesehen sein, um den Ausgangsstrom zu korrigieren. Eine Gleichstromdetektorschaltung kann auch in der Anordnung nach Fig. 4· zweckmäßig sein, um in einfacher Weise den Ausgangsstrom auf eine Gleichstromkomponente zu überwachen und dann die Unterbrechungsbreite beispielsweise lediglich in den positiven Halbschwingungen so abzugleichen, daß diese Gleichstromkomponente beseitigt wird.

Bei der gerätemäßigen Ausführung der monostabilen Zeitsteuerschaltung 34- "und des Kompensationsnetzwerkes 4-1 sollten die Schaltungen so ausgebildet werden, daß die Abschaltperiode geringfügig verringert wird, wenn die Netzwechselspannung absinkt, während diese Periode geringfügig vergrößert wird, wenn diese Netzspannung ansteigt. Auf diese Veise wird die Lampenlichtleistung bei Änderungen der Netzwechselspannung relativ konstant gehalten. Dieses Merkmal des Kompensationsnetzwerkes 41 ist wünschenswert, weil, wenn die Lampen-Lichtleistung auf dnen minimalen Pegel eingestellt ist, bei dem die

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Lampenlebensdauer gerade noch annehmbar ist, eine kleine Verringerung der Netzspannung eine ausreichende Verringerung der Lichtleistung hervorrufen könnte, bei der die Lebensdauer der Lampe stark verringert wird. Durch Verwendung des vorstehend beschriebenen Kompensationsschemas ist es möglich, den maximalen Lampensteuerbereich auszunutzen, ohne daß eine Gefahr eines Schadens an der Lampe aufgrund von normalen Änderungen der Netzwechselspannung entsteht.

Die monostabile Zeitsteuerschaltung 34- wird durch eine geeignete Abkling-Schaltung 52 gesteuert, um schnelle Änderungen der Lichtleistung zu verhindern, wenn die Lampen zu Anfang von der vollen Lichtausgangsleistung auf den gewünschten Wert abgedunkelt werden, nachdem das System eingeschaltet oder nach einer Netzstörung wieder zurückgesetzt wurde.

Der Netzstörungsdetektor 37 überwacht dauernd die Netzwechselspannung für Abweichungen oberhalb eines vorgegebenen Bereiches von normalen Spannungsänderungen. Venn eine über dem normalen liegende Abweichung festgestellt wird und für mehr als eine Halbperiode andauert, so liefert der Netzstörungsdetektor ein Signal an eine Abschalt-Schalteinrichtung 38, die die monostabile Zeitsteuerschaltung 34· überbrückt und übersteuert und direkt die Basisansteuerung des Serienschalters 18 ansteuert, um diesen Serienschalter für eine vorgegebene Zeit, beispielsweise 50 ms, abzuschalten und dann das Relais 32 zu schließen. Wenn die Netzspannung am Ende des 50-ms-Intervalls auf einen normalen Wert zurückkehrt, so kann die Schaltung automatisch den normalen Einschaltvorgang

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durchlaufen, wodurch das System erneut in sicherer Weise eingeschaltet wird. Wenn die Netzwechselspannung vor Ablauf dieser Periode nicht auf einen normalen Wert zurückkehrt, so bleibt das System einfach abgeschaltet, bis es zurückgesetzt wird.

Die Ausbildung der eine Halbperiode dauernden Wartezeit für die Abschaltung in dem Detektor 37 stellt sicher, daß die Lampen nicht im Zustand verringerter Helligkeit neu gestartet werden, wenn ein Spannungsausfall während des Zustandes mit verringerter Helligkeit auftritt und die Lampen ausgehen, die Netzspannung jedoch sofort wiederkommt, um die Lampe neu zu starten. Wenn dies nicht der Fall wäre, müßten die Lampen im Zustand verringerter Helligkeit neu gestartet werden, was möglicherweise Schaden an den Gasentladungslampen hervorrufen könnte. Dadurch, daß die Schaltung so ausgebildet wird, daß sie für zumindest eine vorgegebene Zeit abschaltet und dann in normaler Weise wieder startet, werden die Lampen unter voller Netzspannung (das Relais 34- ist geschlossen) erneut gezündet, so daß die Lampen in geeigneter Weise wieder gestartet werden.

Der Netzstörungsdetektor bewirkt weiterhin, daß die Schaltung abschaltet, wenn die Netzspannung zu niedrig ist, so daß ein Lampenschaden aufgrund einer zu niedrigen Heizspannung vermieden wird, wenn Schnellstart-Leuchtstofflampen verwendet werden. Es sei weiterhin bemerkt, daß das Überbrückungsrelais 32 außerdem für 30 Sekunden nach dem anfänglichen Schließen geschlossen gehalten wird, damit die Lampenheizfäden in geeigneter Weise aufgeheizt werden können, bevor die Schaltung in der

Helligkeitssteuer-Betriebsweise betrieben werden kann.

Der normale Start- oder Einschaltvorgang erfolgt über die eine Verzögerung von 30 Sekunden ergebende Zeitsteuerverzögerungseinrichtung 50 und eine geeignete Schnittstellenschal tung 51» die das Uberbrückungsrelais 32 in der vorstehend beschriebenen Weise steuert.

Die Schnittstellenschaltung 51 bewirkt weiterhin, daß das Überbrückungsrelais 32 während des Abschaltens der Schaltung offen gehalten wird. Entsprechend bewirkt die Abschalt-Schalteinrichtung 38 ein unmittelbares Abschalten des Serienschalters 18, wenn die Spannung an den Leitungen 13 und 14 beseitigt wird, beispielsweise durch öffnen eines Schalters. Dadurch, daß das Relais 32 in offenem Zustand gehalten wird, ist die Schaltung gut gegen möglicherweise schädliche SpannungsSprünge geschützt, die durch prellende Schalterkontakte der Schalter hervorgerufen werden, die in den Leitungen 13 und 14 angeordnet sind. Es ist sehr wichtig, daß die Schaltung gegenüber Schaden durch Spannungsstöße beim Ein- und Ausschalten gut geschützt ist, weil bei nachträglichen und anderen Installationen die Vechselspannungsleitung zu dem Beleuchtungssteuersystem allgemein durch einen Wandschalter oder einen anderen Schalter geschaltet wird, der eine große Anzahl von Spannungssprüngen bei jedem Schaltvorgang erzeugen kann.

Es ist zu erkennen, daß eine Vielzahl von Modifikationen an der beschriebenen Ausführungsform durchgeführt werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise könnte das Überbrückungsrelais 32 fortgelassen

werden, wenn der Wechselstrom-Serienschalter 18 eine ausreichende Spitzenstrombelastbarkeit aufweist, um den Anfangsstrom des Vorschaltgerätes in sicherer Weise zu verarbeiten. In ähnlicher Weise könnte die aus der monostabilen Zeitsteuerkette und dem Zweiweg-Gleichrichter bestehende Anordnung durch einen digitalen phasenstarren Generator ersetzt werden. Weiterhin könnten entsprechende Äquivalente in der Steuer- und Betriebsschaltung verwendet werden. Die bevorzugte Ausführungsform des Beleuchtungssteuersystems gemäß Fig. 4 ergibt jedoch eine einfache, zuverlässige und reproduzierbare gerätemäßige Ausführung des Beieuchtungssteuersystems mit befriedigenden Betriebseigenschaften bei einem nachträglich eingefügten Gasentladungslampen-Steuersystem.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform einer Anordnung, bei der ein einziges Leistungssteuersystem, wie das nach Fig. 4 oder irgendeine andere geeignete Steuereinrichtung, eine Vielzahl von Gasentladungslampen steuert, die in Gruppen angeordnet sind, die selektiv aus- und eingeschaltet werden müssen. Beispielsweise kann eine Schaltung der in Fig. 4 gezeigten Art neunzig Schnellstart-Leuchtstofflampen mit 40 W betreiben, die in zwei oder mehr Gruppen mit jeweils zugeordneten Schaltern angeordnet sind.

In Fig. 6 kann die Steuerschaltung 300 die Steuerschaltung gemäß Fig. 4 sein und die Lampenfassungen mit den Gasentladungslampen und Vorschaltgerät en sind in einer Vielzahl von Bereichen angeordnet, die als Bereiche I und II bezeichnet sind und die jeweils ihre eigenen manuell betätigbaren Beiteichsschalter 301 bzw. 302 aufweisen.

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Relais mit Kontakten 303 und 304 und Relaiswicklungen bzw. 306 sind mit geeigneten Zeitverzögerungs-Betätigungsschaltungen 307 "bzw. 308 verbunden. Die Schaltung nach Pig. 6 arbeitet derart, daß die Schalter 301 und unabhängig voneinander geschlossen werden können, um zu Anfang die Wechselspannungsleitung 13 direkt mit den Lampenfassungen im Bereich I oder im Bereich II zu verbinden, wodurch die Steuerschaltung 300 überbrückt wird und sichergestellt wird, daß die volle Spannung an die Lampenfassungen in diesem Bereich angelegt wird, um die Gasentladungslampen in zuverlässiger Weise zu starten und auf Betriebstemperatur aufzuheizen. Nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung, beispielsweise nach 30 Sekunden, die durch die Zeitverzögerungsschaltungen 307 und 308 eingestellt ist, werden die Kontakte 303 oder 304 oder beide durch die Wicklungen 305 bzw. 306 betätigt, um die Steuerschaltung 300 mit den Lampenfassungen zu verbinden.

Das System nach !Fig. 6 benötigt eine zusätzliche Leitung 309, die zu jedem örtlichen Bereich geführt werden muß. Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform einer Anordnung, bei der dieser zusätzliche Draht oder die zusätzliche Leitung nicht benötigt wird. Fig. 7 zeigt lediglich die Lampenfassungen des Bereiches I nach Fig. 6, es ist jedoch zu erkennen, daß irgendeine beliebige Anzahl von Bereichsgruppen vorgesehen sein kann. Ein Aufwärts-Transformator ist für jeden Bereich vorgesehen und in Fig. 7 als Transformator 320 gezeigt. Wenn daher der Schalter 301 geschlossen wird, vergrößert der Aufwärts-Transformator die Ausgangsspannungsamplitude der Steuerschaltung um ungefähr 10 bis 20 % für eine Zeitverzögerung von 30 Sekunden, worauf der Relaiskontakt 303 so betätigt wird, daß

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die Verbindung zum Ausgangswicklungsteil des Transformators 320 unterbrochen wird und die Ausgangsspannung der Steuerschaltung 3OO direkt an die Lampenfassungen des Bereiches I angelegt wird. Es ist zu erkennen, daß jeder der anderen Bereiche einen ähnlichen Transformator 320 aufweist und daß alle Transformatoren unabhängig voneinander arbeiten.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die verwendet werden kann, wenn die Steuerschaltung 300 gemäß Pig. 4- ausgebildet ist. Ein Kondensator 330 wird beim Einschalten seines jeweiligen Bereiches längs des Ausgangs der Schaltung 300 angeschaltet. Der Kondensator 330 speichert in Intervallen, in denen das Ausgangssignal der Steuerschaltung 300 einen hohen Pegel in jeder Halbperiode aufweist, die empfangene Energie und führt diese Energie der Last zu, wenn die Schaltung 3500 abschaltet. Im Ergebnis füllt die gespeicherte Energie des Kondensators 300 die Unterbrechungen der Ausgangsschwingungsform der Schaltung 300 während des Einschaltintervalls auf; Auf diese Weise wird erreicht, daß das Ausgangssignal der Schaltung 300 stärker der Netzspannung angenähert ist, so daß sich ein zuverlässiges Zünden ergibt. Diese Anordnung ist am günstigsten, wenn eine Vielzahl von Unterbrechungen verwendet wird, so daß die Kondensatorgröße auf einem praktisch verwendbaren Wert gehalten wird.

Selbstverständlich können äquivalente Bauteile in den Schaltungen nach den Fig. 6, 7 und 8 ohne Änderung des Grundgedankens eingesetzt werden. So können beispielsweise Festkörperschalter anstelle der dargestellten Heiais verwendet werden, es können andere Energiespeicher-

einrichtungen verwendet werden, und die Zeitverzögerung könnte durch manuelle Schalter oder irgendwelche anderen geeigneten Anordnungen zum Umschalten von der Start-Betriebsweise zur normalen Betriebsweise .ersetzt werden.

Das ausführliche Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des Beleuchtungssteuersystems ist aus Vereinfa chungsgründen in Fig. 5» und 5*> unterteilt. Die Ausführungsform nach den Pig. 5a und 5b weist einen Netzleitungseingangs anschluß auf, der mit der Leitung 13 verbun den ist, sowie einen neutralen Anschluß, der mit der Lei tung 14- verbunden ist. Die Eingangsspannung längs der Leitungen 13 und 14 ist eine Wechselspannung von 277 V-Der Kondensator 30 nach Fig. 4- ist in Fig. 5a als Kondensator Cy. gezeigt und ein Metalloxidvaristor M^ ist parallel zum Kondensator 0,, geschaltet.

Der Wechselstromschalter 18 nach Fig. 4- besteht aus dem Schalttransistor Qo» ^der zwischen den Gleichspannungsanschlüssen einer Einphasen-Zweiweg-Gleichrichterbrücke 62 angeschaltet ist. Die Wechselspannungsanschlüsse der Brücke 62 sind mit einer Dämpfungsschaltung verbunden, die einen Widerstand Rp und eine Diode D^ einschließt, die mit einem Kondensator Cp in Serie geschaltet sind. Längs der Gleichspannungsanschlüsse der Brücke 62 ist eine Begrenzungsschaltung eingeschaltet, die den Transistor Q₂ S^gen Überspannungen schützt und einen gesteuerten Gleichrichter Q,. einschließt, dessen Anoden- und Kathodenanschlüsse direkt längs der Gleichspannungsanschlüsse der Brücke 62 angeschaltet sind. Eine Steuerschaltung mit einem Widerstand R^ und Zener-Dioden D^, D und D, sowie mit einem Widerstand E^ ist mit der

Torsteuerelektrode des gesteuerten Gleichrichters Q- verbunden.

Der Nebenschlußschalter 19 der vorhergehenden Figuren besteht in Fig. 5a aus gesteuerten Gleichrichtern Q, und Q^,, die entgegengesetzt gepolt sind, und die in Serie mit jeweiligen Dioden Dq und D^₀ geschaltet sind.

Eine Dämpfungsschaltung ist ebenfalls für den Nebenschlußschalter 18 vorgesehen und besteht aus 100-Mikrohenry-Drosseln L^ und L₂, die mit einem Widerstand IU, einem Metalloxid-Varistor M₂ und einem Kondensator C^ verbunden sind. Die Ausgangsleitungen zum Vorschaltgerät schließen die Ausgangsleitungen 65 und 66 ein, die längs der Nebenschlußschalteranordnung angeschaltet sind.

Die dem Torsteuer-Ansteuerblock 33 nach Fig. 4 entsprechenden Torsteuer-Ansteuerschaltungen leiten ihre Betriebsleistung direkt von den Leitungen 13 und 14 ab. Die Leitungen 13 und 14 sind mit der Primärwicklung eines Transformators Ty. verbunden, der ein Windungsverhältnis von 277 zu 24 zwischen seiner Primärwicklung 67 und seiner Sekundärwicklung 68 aufweisen kann. Ein zweiter Transformator T₂ mit einem zum Transformator T^ identischen Aufbau ist zusätzlich vorgesehen.

Der Ausgang der zweiten Wicklung des Transformators T^ ist mit dem Torsteuerkreis des gesteuerten Gleichrichters Q, über eine 12-V-Zener-Diode D*₂i eine Diode D^, einen Widerstand R,-, einen Kondensator C,- und einen Widerstand ^R66 ^verl:)unden·· ^Der Torsteuerkreis für den gesteuerten Gleichrichter Q^, des Nebenschlußschalters 19 ist

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identisch zu dem des gesteuerten Gleichrichters Q, und schließt eine 12-V-Zener-Diode D,.^, eine Diode D/ic» einen Widerstand Rg^, einen Widerstand R^, einen Kondensator C, und einen Widerstand R^ ein. Es ist zu erkennen, daß die Torsteuer-Ansteuerschaltungen für den Schalter 19 derart arbeiten, daß, wenn der Serienschalter 18 leitend ist, der Nebenschlußschalter abgeschaltet ist.

Im folgenden werden die Basis-Ansteuerschaltungen zur Ansteuerung der Basis des Serienschalters mit dem Transistor Q₂ beschrieben. Der Basis-Emitter-Kreis des Transistors Qo ist mit einem 10-Ohm-Widerstand überbrückt, der mit dem Emitter-Kollektor-Kreis eines Haupt-Basis-Ansteuertransistors Qc verbunden ist. Wie dies zu erkennen ist, wird der Transistor Qc eingeschaltet, um den Transistor Qo abzuschalten und eine Unterbrechung in der Schwingungsform hervorzurufen, die den Ausgangsleitungen 65 und 66 zugeführt werden soll. Es ist weiterhin zu erkennen, daß die Steuerung des Transistors Qc schließlich von dem Signal von einem Widerstand R^o in einen Opto-Koppler IC, abgeleitet wird.

Das Basis-Steuersignal des Transistors Qc wird durch einen Verstärker gesteuert, der die Widerstände Rg, Rr₇ und Rg, eine Diode D^, einen Transistor Q₆ und den Transistor des Opto-Kopplers IC, einschließt. Die integrierte Schaltung IC, ist ein elektrooptischer Koppler, der auf das Lichtsignal einer Leuchtdiode D^₁-, anspricht, die den photogesteuerten Ausgangstransistor der Schaltung IC, steuert. Ein kleiner Widerstand R_Q8 ist parallel zur Diode D^r₇ des Opto-Kopplers angeschaltet.

Die Betriebsleistung für den Basis-Ansteuerverstärker wird von einem Transformator T* mit einer Primärwicklung von 50 Windungen und einer Sekundärwicklung mit 40 Windungen abgeleitet, wobei der Transformator einen Ferrit-Kern verwendet. Die Sekundärwicklung des Transistors ist mit den Dioden D.g und D.g verbunden, und die Dioden D.q und D^n sind in Serie mit Filterdrosseln L, und L^ geschaltet.

Die Primärwicklung des Transformators T, ist mit einem stromgesteuerten Wechselrichter zur Umwandlung der ungeregelten Gleichspannung von 17 V am Anschluß +17 in ein Wechselspannungs-Eingangssignal für die Primärwicklung des Transformators T^ verbunden. Der stromgesteuerte Wechselrichter besteht aus Widerständen R₂Q» ^29» ^R30* %1* ^R34» ^R35» ^R36» ^R37 ^¹¹⁰ ^38» Kondensatoren C^q und C.., Zener-Dioden D₃₂ (2,4 V) und D₂, (68 Y), einem Transistor Qq und einem Teil der integrierten Schaltung IC₂, die vom Typ LM339 ist. Andere Teile der integrierten Schaltung IC₂ werden in anderen Teilen der Schaltung nach den Fig. 5a und 5^> verwendet, wie dies noch näher erläutert wird.

Bezüglich des Zweiweg-Gleichrichters zur Speisung der Steuerschaltung ist im unteren linken Bereich der Fig. 5b zu erkennen, daß ein Transformator T₂^ vorgesehen ist, der ein Abwärts-Transformator mit einer Primärwicklung, die mit den Leitungen 13 und 14 verbunden ist, und einer Sekundärwicklung ist, die mit einem Einphasen-Zweiweg-Brückengleichrichter 195 verbunden ist. Das Windungsverhältnis des Transformators T^, ist derart, daß sich eine Transformation der Spannung von 277 V auf 12 V ergibt.

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Wie dies weiter oben beschrieben wurde, ergibt die Verwendung der neuartigen Zweiweg-Gleichrichterschaltung einen symmetrischen Betrieb zwischen den positiven und negativen Halbperioden-Amplituden der Schwingungsform, die dem Vorschaltgerät an den Leitungen 65 und 66 zugeführt wird.

Ausgangswiderstände R,g und H^ sind mit dem positiven Ausgangsanschluß des Zweiweg-Gleichrichters 195 verbunden.

Der Ausgang des Zweiweg-Gleichrichters 195 ist in eine ungeregelte Leistungsversorgungsschaltung, bei der sich die Ausgangsspannung mit der Eingangsspannung an den Anschlüssen 13 und 14 ändert, und in einen geregelten Ausgangskreis zur Steuerung einiger der Schaltungsbauteile aufgeteilt. Die Bauteile der ungeregelten Leistungsversorgung schließen einen Widerstand Egg, eine Diode D24. und Kondensatoren C^ und G^ ein. Diese Kondensatoren sind jeweils mit dem Anschluß +17 verbunden, der eine ungeregelte Ausgangsspannung von 17 V liefert. Andere Anschlüsse innerhalb der gesamten Schaltung, die mit dieser ungeregelten Spannung verbunden sind, sind ebenfalls als +17-Anschlüsse bezeichnet.

Die geregelte LeistungsVersorgung wird durch Bauteile gebildet, die einen Widerstand Ε^λ» eine 12-V-Zener-Diode D2Q und Kondensatoren C-,- und C.g einschließen. Diese Bauteile sind mit dem mit +12 V bezeichneten Anschluß verbunden, wobei die von diesem Anschluß gelieferte Spannung eine geregelte Spannung ist und dieser Anschluß mit anderen +12-V-Anschlüssen verbunden ist, die über das

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Schaltbild nach den Fig. 5 a und 5b verteilt sind, und die verwendet werden, wenn eine geregelte Spannungsquelle benötigt wird.

Der Netzspannungs-Störungsdetektor nach Fig. 4 ist in Fig. 5b unmittelbar rechts von dem Zweiweg-Gleichrichter gezeigt und besteht aus einer Diode D,q, einer 5i6-V-Zener-Diode D^, einem Widerstand R^* ^β^^ηβπι Widerstand R^, einem Widerstand R^» einem Kondensator C^r₇ und einem Teil der integrierten Schaltung IC^, der die Anschlußstifte 2, 4- und 5 dieser integrierten Schaltung einschließt. Der Widerstand R^, ist mit der geregelten Spannung +12 V verbunden, während der Widerstand R^ mit der ungeregelten Spannung +17 V verbunden ist. Der Widerstand R^2 und äer Kondensator C^n der vorstehenden Schaltung dienen als der Halbperioden-Zeitgeberteil des Netzstörungsdetektors.

Der NetζStörungsdetektor arbeitet derart, daß der Vergleicher der integrierten Schaltung ICp auslöst, wenn die Netzspannung für mehr als eine halbe Periode unterbrochen oder unter irgendeine vorgegebene Größe verringert wird.

Das Ausgangssignal des Netzstörungsdetektors wird einer 30-Sekunden-Zeitsteuerschaltung (Fig. 5b) zugeführt, die einen Transistor Q^₁ einen Kondensator C^g, Widerstände R^c, R^r, und Rq₁-J und einen Teil der integrierten Schaltung IC₁ einschließt, der die Ansch+ußstifte 5, 6 und 7 dieser integrierten Schaltung verwendet. Die integrierte Schaltung IC,, ist vom Typ LM324-. Die 30-Sekunden-Zeitsteuerschaltung liefert ein Ausgangssignal für 30

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Sekunden nach dem Auftreten eines Signals an Q^ von dem Netzstörungsdetektor. Der Zweck der 3O-Sekunden-Zeitsteuerschaltung besteht darin, dem System genügend Zeit zur Verfügung zu stellen, damit sich dieses in geeigneter Weise stabilisieren kann, bevor eine Steuerung versucht wird. Ein Ausgang der 30-Sekunden-Zeitsteuerschaltung wird einer Schnittstellenschaltung zugeführt, die eine Schnittstelle zum Überbrückungsrelais darstellt.

Diese Schnittstellenschaltung (Fig. 5b) schließt Widerstände R₄₉, R₅₀, R₅₁, R₅₂, R₅₅, R₉₀ und R₉₄ ein. Weiterhin weist diese Schaltung einen Kondensator C^q, ein Triggerelement Q^ und Transistoren Q^₂, Q₁^, Q^c und Q^₉ auf.

Das Überbrückungsrelais selbst ist in Fig. 5b als elektromagnetisches Ruhekontakt-Relais mit einem normalerweise geschlossenen Kontakt 200 gezeigt, der durch eine Wicklung 201 betätigbar ist. Eine Diode D₅₂ ist parallel zur Wicklung 201 angeschaltet. Der Kontakt 200 ist direkt längs der Wechselspannungsanschlüsse des Wechselspannungs-Serienschalters 18 nach Fig. 5a angeschaltet.

Weiterhin ist in Fig. 5b eine neuartige Schnittstellenschaltung gezeigt, die eine automatische Änderung der Unterbrechungsbreite der dem Vorschaltgerät zugeführten Schwingungsform zur Kompensation von Änderungen der Netzspannung hervorruft. Die Netzspannung an den Anschlüssen 13 und 14 ändert sich bei Jedem Leistungssystem zwischen normalen Grenzwerten und es ist wesentlich, daß die Unterbrechungsbreite automatisch geändert wird, um zu verhindern, daß die dem Vorschaltgerät zugeführte Spannung

unter irgendeinen absoluten Minimalwert aufgrund der normalen Änderung der Eingangsspannung absinkt. Es ist weiterhin wünschenswert, eine derartige Netzspannungsregelung durch automatische Änderung der Unterbrechungsbreite hervorzurufen, damit eine konstante Lichtleistung von der Lampe aufrechterhalten wird. Bei der neuartigen Schnittstellenschaltung ist ein mit der ungeregelten Spannung von 17 V gespeister Eingangsanschluß vorgesehen, der mit einer Diode D^₆ verbunden ist. Das Ausgangssignal dieser Schnittstellenschaltung steuert schließlich den Strom in dem Widerstand R^^ ^er ^das Eingangssignal an die vorstehend beschriebene Basis-Ansteuerschaltung bildet.

Die neuartige Schnittstellenschaltung schließt Widerstände Ry^, Rr₇₈, Rr₇Cj, Rg₀, Rq₁, R₃₃, Rg^, Rg^, Rg^ und ein. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Widerstand ein Einstellwiderstand für den Abgleich des unteren Bereiches ist. Zusätzlich ist darauf hinzuweisen, daß ein Anschluß Vj** vorgesehen ist, der mit dem Widerstand Rg₁ verbunden ist und als Eingangs-Steueranschluß dienen kann, der bewirkt, daß die Schaltung auf irgendeine Eingangsspannung anspricht, die beispielsweise von einer Photozellen-Schnittstelleneinrichtung oder irgendeiner anderen Signalquelle abgeleitet werden kann, von der gewünscht ist, daß sie eine Steuerung der mit dem Vorschaltgerät verbundenen Gasentladungslampe hervorruft. Zusätzlich ist ein manueller Steuereingang vorgesehen, der aus einem Widerstandsteiler unter Einschluß der Widerstände Rq₁, R92 "UB-d ^R5o ^Des"k^elrb· ^Der Widerstand R^q ist ein Einstellwiderstand, der zur manuellen Einstellung des Ausgangs des Systems dienen kann.

Die Schnittstellenschaltung schließt weiterhin Kondensatoren C24.» ^C6* ^C25» β*¹¹⁶¹¹ Transistor Q^r₇ und Teile der integrierten Schaltung IC^ und der integrierten Schaltung ICo mit den in Fig. 5b gezeigten Anschlüssen ein.

Das Ausgangssignal von dem Zweiweg-Gleichrichter 195 ist weiterhin mit einem Nulldurchgangsdetektor (Fig. 5a) verbunden, der seinerseits eine eine feste Verzögerung aufweisende monostabile Verzögerungsschaltung ansteuert. Der Nulldurchgangsdetektor schließt Widerstände R₂₂, ^23» ^R24 und R₂C ein. Der Nulldurchgangsdetektor schließt weiterhin einen Teil der integrierten Schaltung IC^ mit den Anschlußstiften 1, 2 und 3 ein. Die Stifte 4 und 11 der integrierten Schaltung IC,, sind Erdverbindungen. Der Kondensator C^₂ist ein Hochfrequenz-Uberbrückungskondensator, der verhindert, daß Störungen von der Quelle Ycc in die integrierte Schaltung IC,, eindringen. Der Nulldurchgangsdetektor liefert ein Signal zu dem Zeitpunkt, zu dem die Schwingungsform an das Vorschaltgerät, die durch den Zweiweg-Gleichrichter überwacht wird, durch Null hindurchgeht .

Der Nulldurchgangsdetektor betätigt dann die monostabile Verzögerungsschaltung nach den Fig. 4 und 5a. Die monostabile Verzögerungsschaltung ist in Fig. 5a gezeigt und schließt Widerstände R^o₁ ^E?6* ^69' ^β^^ηβΙ1 Kondensator Cg, eine Diode D₂^ und einen Teil der integrierten Schaltung IC₂ mit den Stiften 8, 9 und 14 dieser integrierten Schaltung ein. Die monostabile Verzögerungsschaltung beginnt die Zeitsteuerung für eine feste Zeitverzögerung von 3»2 ms nach einem Impuls von dem Nulldurchgangsdetektor. Im einzelnen ist das Ausgangssignal der

integrierten Schaltung IC2 für 3,2 ms auf einem hohen Wert, worauf es einen niedrigen Pegel annimmt und eine Spannung am Ausgangskondensator C₁-, der monostabilen Zeitsteuerschaltung erzeugt, die die Form einer nach unten gerichteten Spitze aufweist.

Die monostabile Zeitsteuerschaltung nach Fig. 5a schließt einen Widerstand R/inj Dioden D^e "und D^ und einen Teil der integrierten Schaltung IC^ mit den Anschlußstiften 12, 13 und 14- ein. Die monostabile Zeitsteuerschaltung ruft ein Ausgangssignal am Anschlußstift 14 der integrierten Schaltung IC. hervor, das einen hohen Pegel annimmt, wenn die Gleichspannung über die Ausgangsspannung der nach unten gerichteten Spitze des Ausgangssignals des Kondensators Cr₇ ansteigt, so daß ein Ausgangssignal am Widerstand R^ erzeugt wird, das die Leuchtdiode D^r₇ einschaltet. Hierdurch wird das Schalten des Transistors Qc und damit die gewünschte Unterbrechung durch den Serienschalter 18 hervorgerufen.

Eine Abklingschaltung ist vorgesehen, die in Fig. 5a zwei Abschnitten (A) und (B) gezeigt ist. Der erste Teil der Abklingschaltung, der als Abklingschaltung (A) bezeichnet ist, schließt Widerstände Roq, R7* und &7?> einen Kondensator C^* und einen Transistor Q„.g ein.

Der zweite Abschnitt der Abklingschaltung, der als Abklingschaltung (B) bezeichnet ist, besteht aus Widerständen Hn,, Rr₇₂J. und einem Transistor Q*g· ^^e Abklingschaltung bewirkt eine Verzögerung einer schnellen Änderung des Ausgangssignals der monostabilen Zeitsteuerschaltung, wenn der 30-Sekunden-Zextgeber während der Einschaltfolge

abläuft, wie dies weiter "unten noch näher erläutert wird.

Fig. 5a weist weiterhin eine Abschalt-Schaltungseinrichtung auf, die aus Widerständen Rq,-, Rq₆ und Rgo sowie aus Transistoren Q^q und Q₂,, besteht. Diese Abschalt-Schaltungseinrichtung bewirkt ein zwangsweises Abschalten des Wechselspanmings-Seriensch alters 18 unter bestimmten Bedingungen durch Übersteuern des Signals der monostabilen Zeitsteuerschaltung.

Im Betrieb der Schaltung nach den Pig. 5a und 5b ist zu erkennen, daß jedesmal dann, wenn der Transistor Qc durchgeschaltet ist, eine Unterbrechung durch den Wechselspannungs-Serienschalter 18 in der dem Vorschaltgerät zugeführten Ausgangsschwingungsform hervorgerufen wird. Der Transistor Qc wird durchgeschaltet, wenn ein Lichtsignal von der Leuchtdiode D^r₇ in dem Opto-Koppler IC, erzeugt wird. Ein Signal wird von der integrierten Schaltung IC^ (Anschlußstift 14) erzeugt, um den Opto-Koppler so lange einzuschalten, wie ein Ausgangssignal unterhalb eines vorgegebenen Pegels am Kondensator G„ erscheint. Dieses Signal an dem Kondensator G„ weist die Form einer nach unten gerichteten Spitze auf, die eine Zeitdauer aufweist, die durch die Lage der Spitze bezüglich einer Bezugsspannung festgelegt ist. Durch Anheben oder Absenken der Bezugsspannung kann die Länge der Zeit, über die ein Signal zur Ansteuerung des Opto-Kopplers erzeugt wird, gesteuert werden.

Dieser Spannungspegel wird seinerseits durch die Spannung gesteuert, der auf den Widerstand Rr,Q von der ungeregelten

+17-V-Versorgung aufgeprägt wird. Wenn die Netzspannung ansteigt, steigt auch das Signal der +17-V-Versorgung an und die Unterbrechung in dem dem Vorschaltgerät zugeführten Signal wird breiter. Wenn die Fetzspannung absinkt, sinkt auch die Ausgangsspannung der +17-V-Versorgung ab und die Unterbrechung wird schmaler.

Die beschriebene Änderung der Impulsbreite mit der Eingangsspannung führt zu einer im wesentlichen konstanten Licht-Ausgangsleistung über den normalen Bereich von Eingangsspannungen, die bei einer typischen Wechselstrom— netzleitung auftreten.

Im folgenden wird nunmehr die Einschalt- und Ausschaltfolge für die Schaltung nach den Fig. ^a. und 5b beschrieben. Beim Einschalten werden die Netzleitungsanschlüsse 13 und 14· zunächst durch Schließen irgendeines geeigneten Kontaktes in Serie mit der Leitung zum Netz Hn mit Leistung versorgt. Dieses Einschalten der Leistung erzeugt die Steuerleistung, die zur unmittelbaren Betätigung der Torsteuer-Ansteuerschaltung erforderlich ist. Der Transistor Q2 ^³* ^ZVL Anfang durch die geschlossenen Selaiskontakte 200 kurzgeschlossen, so daß ein Stromstoß, der in das Vorschaltgerät fließt, nicht über den Transistor Q~» sondern über die Relaiskontakte 200 fließt.

Beim Einschalten der Netzleistung beginnt die Zeitsteuerung der 30-Sekunden-Zeitsteuerschaltung. Dies bedeutet, daß, wenn die Netzspannung erscheint, die Vergleicherschaltung IC2 den Transistor Q^ abschaltet und mit der Zeitsteuerung der Schaltung unter Einschluß des Kondensators C^g und des Widerstandes Egn beginnt.

Nach 30 Sekunden nimmt der Ausgang der integrierten Schaltung IC,, am Anschluß 7 einen niedrigen Pegel an. Der Transistor Qp wird dann eingeschaltet, während der Transistor Q^, abschaltet, der Transistor Q^q einschaltet und der Kontakt 200 durch die Ansteuerung der Helaiswicklung 201 geöffnet wird.

Der Transistor Qo ^³* nunmehr vollständig eingeschaltet (es existiert keine Unterbrechung) und die Lampe war für 50 Sekunden bei der vollen Betriebsleistung eingeschaltet. Wenn die Steuerschaltung eine vorgegebene Unterbrechungsbreite erfordert, um die Ausgangsleistung an die Lampe zu verringern, so verringert sich die Lichtleistung graduell auf den gewünschten Wert. Dies wird durch die Wirkung der vorstehend beschriebenen Abklingschaltung erreicht. Die Einstellung des Wertes des Potentiometers Rg₀ in der Schnittstellenschaltung zur Kompensation von Netzspannungsänderungen ergibt das Bauteil, das für einen speziellen Ausgangspegel verantwortlich ist. Es können jedoch auch andere Steuereingangssignale, wie beispielsweise Eingangssignale von Lichtmeßfühlern oder dergleichen, verwendet werden.

Der von dem Widerstand RgQ eingestellte Gleichspannungspegel wird dem Anschlußstift 9 der integrierten Schaltung IC,, zugeführt und eine Dreieck-Signalschwingungsform wird dem Anschluß 10 der integrierten Schaltung IC₂ zugeführt. Solange die Spannung am Anschluß 9 höher ist als die am Anschluß 10, schaltet der Transistor Q^r₇ ab und liefert ein Ausgangssignal längs des Widerstandes Rr₇Q in Abhängigkeit von dem +17-V-Pegel an das RC-PiIter, das aus dem Widerstand Rr₇C "und dem Kondensator C 04. besteht.

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Dieses Ausgangssignal ist das Gleichspannungssignal, das die monostabile Zeitsteuerschaltung und die Uhterbrechungsbreite der Schwingungsforin steuert, die dem Vorschaltgerät und der Lampe zugeführt wird. Die Schaltung befindet sich nunmehr im normalen eingeschalteten Zustand.

Zum Einschalten der Schaltung läuft eine neuartige Folge ab, bei der die Netzleistung als erstes abgeschaltet wird. Wenn die Netzleistung abgeschaltet wird, verschwindet die Torsteuer-Ansteuerung und die Netzstörungsdetektor schaltung löst aus.

Der Haupttransistor Qo wird unmittelbar abgeschaltet, weil die 30-Sekunden-Zeitsteuerschaltung unmittelbar rückgesetzt wird und die Abschalt-Schalteinrichtung aktiviert, um die Schaltung zu übersteuern, die die unterbrochene Schwingungsform liefert, wobei die Leuchtdiode D^r₇ eingeschaltet wird, wodurch der Transistor Qc durchgeschaltet wird. Hierdurch wird andererseits der Transistor Qp abgeschaltet.

Die Kondensatoren C,., und C^ in der ungeregelten Leistungsversorgung sind vorzugsweise Elektrolytkondensatoren, die eine ausreichende Leistung speichern können, damit dieser Vorgang selbst dann noch erfolgen kann, wenn die Netzleistung abgeschaltet wurde.

Danach, und wenn die in Serie mit den Leitungen 13 und 14· geschaltete Schalteinrichtung ein Prellen während des Abschalt ens ergibt, schließt die Begrenzungsschaltung mit dem gesteuerten Gleichrichter Q^, um den Transistor

vor Schäden zu schützen. Der Relaiskontakt 200 schließt dann vollständig, um den Transistor Q^ ^^e^ ^er nächsten Einschaltfolge zu schützen.

Es sei insbesondere darauf hingewiesen, daß, wenn die Relaiskontakte 200 unmittelbar bei Abschalten der Netzleistung und vor dem Verbrauch der Energie geschlossen würden, die in den verschiedenen Blindleistungskomponenten der Schaltung gespeichert sein kann, die gesteuerten Gleichrichter Q, und Q^ sich in der Schaltung ohne jede Torsteuer-Ansteuerung befinden würden. Entsprechend könnte ein sehr schnell ansteigender Stromstoß den in Vorwärtsrichtung vorgespannten gesteuerten Gleichrichter beschädigen. Aus diesem Grund werden die Relaiskontakte für eine kurze Zeit nach dem Abschalten der Netzleistung in offenem Zustand gehalten. Diese Verzögerung wird durch den Kondensator C^o und den Widerstand Rqq erzielt, die als Zeitverzögerung wirken und das Abschalten der Wicklung 201 und das Schließen der Kontakte 200 verzögern.

Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß sich das Bauteil Q^ zum Zeitpunkt des Abschaltens auf O V befindet. Entsprechend zirkuliert ein Strom durch die Schaltung, die die Transistoren Q^c "und Q^q einschließt, und der Kondensator C^q entlädt sich für eine vorgegebene Zeitperiode. Dies hält darm den Transistor Q^c ^d den Transistor Q^n für die notwendige Zeitverzögerung eingeschaltet.

Bei der praktischen Ausführung der Ausführungsform der Schaltung nach den Fig. 5a und 5b wurden gute Ergebnisse unter Verwendung der folgenden Werte für die Schaltungsbauteile erzielt:

WIDERSTÄNDE

XvI ——·—·— — —·» — — — — — — ———— — ——-— — — ____.—— oyu Ά—-

^Kla "

R₃ 10

IL ^t -β _»_v — — _v -«· ^ -— — — —. — ·^ .^—· — — — ^- — na — _· .α. ._· ·_ _ mm .^ —

R₇ 390./V-

R₈ ' 1OK

lOOK

R₂₂ 68K

100Κ

470K

R26 ^220K

R₂₇ 4.7K

22K.

22^

3.9K

R₃₅ 6.8K

R₃₆ 15Κ

R₃₇ 2.7K

R₃₈ 0.75

R₃₉ IK

IK

R₄₂ 450K

^R43 ^10K

150K 330K

R₅₁ 18Κ

R₅₂ . 4.7Κ

"53 "2Κ

R₅₄ 100 ^-

"00 100Κ

R₆₆ 10OyT-

R₆₇ 100 ^

100 ^

3.9Κ

1.8Κ

R₇₁ 4.7Κ

10Κ

100Κ

__ 47Κ

. 100Κ

R₇₃ 10Κ

(einstellbar )

R₇₉ 1OK

R₈₀ IOOK

R₈₁ IOOK

R₈₂ 47Κ

R83 47Κ

RS4 ³·^9Κ

R₈₅ 47K

R₈₆ 47K

R₈₈ 1OK

R90 1. 8K

R₉₁ IOOK '

R92 ^100K

R₉₄ 2.7Κ

R₉₅ IOOK

R₉₇ IOOK

^R98 0.33

KONDESATOREN

C₂ 0.44 jifd

C₃ 0.47 ,μία

C₄ 1 jifd

C₅ 0.47 jifd

C₆ 22 jufd

C₇ — .047 jifd

C₈ .022 .ufd

0.1 jif d

1000 jif d

1000 ufd

Ci₅ 100 ufd

0.1 ufd

.022 jifd

22 jufd

100 jufd

C₂3 ■ 22 jifd

C₂₄ 0.1 ufd

^C2ö "" 0.022 ,ufd

TRANSISTOREN

Q₂ : MJ10016

Q₃ 2N6504

Q₄ 2N6405

Q₅ 2N6288

Q₆ MPSA56

Qg D44E3

Q₁₁ 2N4123

Q₁₂ 2N4123

Q₁₃ 2N4123

Ql5 2N4125

2N4125

2N4123

Q₁₈ 2N4123

Q₁₉ MJH-17U

Q20 2N4123

2N4123

DIODEN

D₄ MR756

D₉ MR756

DlO MR756

D₁₁ MR750

IN4001

IN4001

IN914

MR850

D₁₉ MR850

D₂₀ IN914

D₂₁ — IN914

D₂₄ MR750

D₃₀ IN914

D₃» IN4002

^D3ö IN914

Leerseite

Claims (10)

1. Dipl.-Ing. Curt Wallach

   Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

   D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

   Datum:

   Unser Zeichen: yj -j24.3 _

   PATENTENTANSPRÜCHE :

   1/ Beleuchtungssteuersystem mit einer Gasentladungslampe, mit einem Wechselspannungs-Vorschaltgerät, mit einem hohen Leistungsfaktor, das mit der Gasentladungslampe verbunden ist und Wechselspannungs-Vorschaltgeräte-Eingangsanschlüsse aufweist, mit einer Steuerschaltung, die Wechselspannungseingangsanschlüsse und Wechselspannungsausgangsanschlüsse aufweist, von denen die Wechselspannungsausgangsanschlüsse mit den Vorschaltgeräte-Wechselspannungseingangsanschlüssen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Steuerschaltung Schaltungseinrichtungen (18,19) zur derartigen Modifikation der Wechselspannungsschwingungsform der Spannung, die an die Vorschaltgeräte-Wechselspannungseingangsanschlüsse (13> 14) angelegt ist, aufweist, daß» der Strom durch diese Schaltungseinrichtungen (18, 19) zumindestens einen nicht leitenden Bereich (t-j-tp) aufweist, daß der zumindestens eine nicht leitende Bereich in jeder Halbwelle der Wechselspannungsschwingungsform angeordnet ist, und daß dieser zumindestens eine Bereich zwischen den Nulldurchgangspunkten (t_Q) der an die Wechselspannungseingangsanschlüsse (13, der Steuerschaltung angelegten Spannung und benachbart zu diesen liegt, jedoch diese Nulldurchgangspunkte nicht einschließt.
2. 2. Beleuchtungssteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
   daß Energieableiteinrichtungen (19, 19a) in geschlosser^r

   ί ι L '■

   — 2 -

   Serienschaltung mit den Schaltungseinrichtungen (18) angeordnet sind.
3. 3- Beleuchtungssteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Schwingungsform zumindestens einen weiteren nicht leitenden Bereich aufweist, der zumindestens einen der beiden Nulldurchgänge jeder Halbwelle einschließt, so daß durch die Schaltungseinrichtungen (18) während dieses zumindestens einen weiteren nicht leitenden Bereiches kein Strom fließt.
4. 4. Beleuchtungssteuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Energieableiteinrichtung (19;19a) direkt längs der Eingangsanschlüsse (65, 66) des Vorschaltgerätes (17) angeschaltet ist.
5. 5. Beleuchtungssteuersystem mit einer Gasentladungslampe, mit einem Wechselspannungs-Vorschaltgerät, das mit der Lampe verbunden ist und Vorschaltgeräte-Wechselspannungseingangsanschlüsse aufweist, und mit einer Steuerschaltung, die Wechselspannungseingangsanschlüsse und Wechselspannungsausgangsanschlüsse aufweist, von denen die Wechselspannungsausgangsanschlüsse mit den Vorschaltgeräte-Wechselspannungseingangsanschlüssen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Steuerschaltung Schaltungseinrichtungen (18) zur Modifikation der Wechselspannungsschwingungsform der Spannung, die an die Vorschaltgeräte-Wechselspannungseingangsanschlüsse angelegt wird, derart einschließt, daß der Strom durch die Schaltungseinrichtungen zumindestens einen nicht

   i I

   2411

   leitenden Bereich aufweist, daß dieser nicht leitende Bereich in jeder der Halbwellen der Wechselspannungsschwingungsform angeordnet ist, daß die Wechselspannungsschwingungsform eine Form aufweist, wie sie sich bei einer Phasensteuerung ergibt, und daß Energieableiteinrichtungen (19;19a) längs des Vorschaltgerätes (17) angeschaltet sind.
6. 6. Beleuchtungssteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Energieableiteinrichtung ein passives Element (19a) ist.
7. 7- Beleuchtungssteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
   daß die Energieableiteinrichtung ein Schalter (19) ist.
8. 8. Beleuchtungssteuersystem nach einem der Ansprüche 1,2,4 und 5, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Strom einen einzigen nicht leitenden Bereich in jeder Halbwelle aufweist.
9. 9. Beleuchtungssteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Schaltungseinrichtungen ein in steuerbarer Weise leitendes Element (18) einschließen, daß in Serie mit den Wechselspannungs-Eingangsanschlüssen (13, 14) der Steuerschaltung und den Wechselspannungsausgangsanschlüssen (65, 66) dieser Steuerschaltung geschaltet ist.

   ι i ζ. *+ I 1
10. 10. Beleuchtungssteuersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

    daß das in steuerbarer Weise leitende Element (18) während jedes nicht leitenden Bereiches nicht leitend ist, und zu allen anderen Zeiten geschlossen ist.