DE60219066T2

DE60219066T2 - Programmierbares system zur spannungsstabilisierung und regelung insbesondere zur verbesserten verwaltung von beleuchtungseinheiten mit leuchtstofflampen und ähnlichem

Info

Publication number: DE60219066T2
Application number: DE60219066T
Authority: DE
Inventors: Agostino Caputo; Roberto Petrali; Emilio Ranzenigo
Original assignee: Bob Hammer Systems Solutions SA
Current assignee: Bob Hammer Systems Solutions SA
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2022-12-07
Also published as: EP1318702A1; DE60219066D1; AU2002358624A1; EP1452076B1; ATE357838T1; EP1452076A1; WO2003055283A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein programmierbares System zur Spannungsstabilisierung und -Regulierung, insbesondere zur verbesserten Verwaltung von Beleuchtungseinheiten, die Fluoreszenzlampen und allgemeiner solche des Gasentladungstyps verwenden.
Es ist bekannt, dass diese Art von Lampe, um eingeschaltet zu werden, eine vorgegebene Zündspannung benötigt und dass, wenn sie eingeschaltet wurde, nach einer Zeitdauer des Erwärmens, welche unter anderem von der Umgebungstemperatur abhängt, die Versorgungsspannung erheblich reduziert werden kann, wobei sie immer noch über einem vorgegebenen Minimum gehalten wird, was notwendig ist, ein Ausgehen des Lichtes zu vermeiden.
Es ist auch bekannt, dass der Lichtfluss einer Lampe dieser Art nicht direkt proportional zur Versorgungsspannung und zur aufgenommenen Energie ist und dass die maximale Beleuchtungseffizienz in einem Bereich der Versorgungsspannungen unterhalb der Spannung liegt, die zu deren Einschalten benötigt wird.
In solch einem Bereich kann der Lichtfluss durch Variieren der Versorgungsspannung reguliert werden, um ihn an die Bedürfnisse des Nutzers anzupassen.
Schließlich ist bekannt, dass das Anlegen von übermäßigen Spannungen nicht zu einem signifikanten Zuwachs des Lichtflusses führt und in erheblichem Umfang die Lebensdauer der Lampe reduziert.
Folglich wurden Verwaltungssysteme entworfen, die für die Versorgung solcher Arten von Lampen mit einer regulierter Spannung sorgen, die aus dem Netz erhalten wird, die zur Durchführung des Einschaltens und Erwärmens der Lampen unter optimalen Bedingungen moduliert wird, dann verringert und unabhängig von Schwankungen der Netzspannung konstant gehalten wird, um einen vorgegebenen Lichtfluss (auch variabel über die Zeit gemäß geeigneter Programme) mit einer optimalen Effizienz zu erhalten.
Ein Beispiel eines Systems dieser Art wird durch das Dokument EP0753986 bereitgestellt.
Grundsätzlich wird bei diesen Systemen die regulierte Versorgungsspannung der Beleuchtungseinheit mit einem Spartransformator mit vielen Abgriffen erhalten, die wahlweise mit dem Ausgang nacheinander über Schalter verbunden werden, die von einer Steuer- und Überwachungsstation gesteuert werden. Selbst wenn die Verwendung von Halbleiterschaltern vorgeschlagen worden ist, so wird allgemein aus Kosten- und Sicherheitsgründen die Verwendung elektromagnetischer Relais bevorzugt.
Die Wahl dieser Art von Regulierung hat zahlreiche Vorteile im Vergleich zu alternativen Lösungen, wie die Verwendung von variabel gekoppelten Transformatoren oder vollständig elektronischen Regulierungen, birgt aber gleichzeitig viele Probleme, mit denen zu kämpfen ist und die zu lösen sind.
Zuerst erfordert die feine Regulierung der Ausgangsspannung, auch unter Ausnutzen des bekannten Behelfs der Umschalteinrichtung, eine hohe Anzahl an Abgriffen und entsprechenden Verbindungsrelais, von denen eine Verringerung auf das Minimum erwünscht ist.
Dann muss das Schalten der Abgriffe unter Last durchführbar sein, um ein Ausschalten der Lampen zu vermeiden. Daher werden die Überbrückungsschaltkreise notwendigerweise durch weitere Relais gesteuert, um die Lastversorgung während des Schaltübergangs der Abgriffe sicherzustellen.
Tatsächlich ist es materiell unmöglich, ein Schalten mit einem elektromagnetischen Relais zu erhalten, was schnell und gleichzeitig synchron mit dem Nulldurchgang des Wechselstroms ist, der an die Last angelegt wird.
Die Überbrückungsschaltkreise müssen so wenig Energie wie möglich verbrauchen und gleichzeitig eine Spannung in der Nähe und bevorzugt innerhalb der Schaltspannungen gewährleisten, ohne aus diesem Grund die Verwendung einer Anzahl an Überbrückungsrelais erforderlich zu machen, die gleich der Anzahl von Abgriff schaltenden Relais ist.
Schließlich ist es, um Kurzschlüsse zu vermeiden und gleichzeitig die Lastversorgung ohne Unterbrechung in der Spannung/Strom zu gewährleisten, notwendig, mit zuverlässigen Kontrollsystemen den geöffneten und geschlossenen Zustand jeder Schalteinrichtung zu verifizieren, bevor die Schaltvorgänge durchgeführt werden, welche einen Kurzschluss mit katastrophalen Auswirkungen auf die Vorrichtung bewirken könnten.
Diese Probleme sind durch das System gelöst, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wie in den Ansprüchen angegeben, ist.
Die Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezug auf die beigefügten Figuren deutlicher, in denen:
1 ein Blockdiagramm des gesamten Systems zur optimierten Verwaltung einer Beleuchtungseinheit und einer Ausrüstung, die viele Systeme umfasst, ist;
2 ein Leistungsmodulschaltungsdiagramm für das System aus 1 ist;
3 ein Schaltungsdiagramm der Detektoreinrichtungen für den Zustand der elektromagnetischen Schalter des Leistungsmoduls ist;
4 ein beispielhaftes Diagramm aus Spannung/Beleuchtung ist, welches ein bevorzugtes Verwaltungsverfahren für die Beleuchtung in einem Tunnel mit der Ausrüstung aus 1 darstellt;
5 ein elektrisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines auf einem Fotowiderstand basierenden Helligkeitssensors und eines A/D-Zusatzwandlermoduls für das System und die Ausrüstung aus 1 ist.
Im Folgenden wird Bezug auf 1 genommen, das System umfasst im Wesentlichen eine Steuereinheit 1, mit einem Mikroprozessor, einem Leistungsmodul 2, mit dem Leistungsabschnitt 2A und dem Steuerabschnitt 2B, und einem Visualisier- und Befehlsmodul 3, mit leuchtenden Indikatoren, einer Anzeige und einer Tastatur.
Über einen Hand- oder ferngesteuerten Schalter 4 und einen magnetothermischen Schutzschalter 5 liegt die Netzwechselspannung, in den Figuren eine Nennspannung von 225 V, am System an.
In der Steuereinheit 1 versorgt eine Wechsel-/Gleichstrom-Energieversorgungseinspeisung 7, die mit dem Netz über einen Transformator 6 verbunden ist, die Steuereinheit 1 und den Steuerabschnitt 2B (über die Speisedrähte 80) mit den erforderlichen, stabilisierten, kontinuierlichen Betriebsspannungen (±5 V, +12 V). Die Speisung des Steuerabschnitts ist somit der vorhergehenden Speisung der Steuereinheit 1 nachgeordnet, welche das Vorhandensein des korrekten Betriebsspannungswerts, der an den Abschnitt 28 angelegt ist, verifizieren kann, bevor dessen Einschalten gesteuert wird.
Die Netzspannung, die dem Leistungsabschnitt 2A zugeführt wird, ist so reguliert, dass am Ausgang ein vorgegebener Spannungswert erhalten wird, welcher an einer Last Z, die aus einem Lampensatz besteht, mit dem Schließen eines elektromagnetischen Schalters 18, der durch die Steuereinheit 1 gesteuert wird, anliegt.
Die Steuereinheit 1 und der Steuerabschnitt 2B stehen über einen Kanal 8 mit serieller oder paralleler Schnittstelle in Verbindung.
Gemäß den Schaltbefehlen, die von dem Befehlsmodul 3 empfangen werden, gemäß der Zimmertemperatur, die durch einen Sensor 9 detektiert wird und möglicherweise gemäß den Umgebungslichtbedingungen, die durch einen Sensor 10 detektiert werden und an die Steuereinheit über ein Zusatzmodul 130 übertragen werden, weist die Steuereinheit 1 den Steuerabschnitt 2B so an, das die an die Last anzulegende Spannung, einen geeigneten Wert zum Einschalten, Erwärmen und derartigen Aufrechterhalten einnimmt, dass ein vorgegebener Beleuchtungspegel, der durch einen Sensor 11 detektiert wird, gewährleistet ist.
Aus Gründen der Sicherheit sind die verschiedenen Sensoren und das möglicherweise vorgesehene Zusatzmodul elektrisch von der Steuereinheit entkoppelt, sowohl was die Energieversorgung als auch was das Ausgangssignal betrifft, das an die Steuereinheit 1 über optoelektronische Einrichtungen 12, 13, 14 übertragen wird.
Die Steuerabschnitt 2B weist in Abhängigkeit der tatsächlichen Netzspannung, die durch einen Messtransformator 15 gemessen wird, und des gewünschten Ausgangsspannungswerts, den Leistungsabschnitt an, die Ausgangsspannung auf den gewünschten Wert zu regulieren und steuert diese mittels eines Messtransformators 16, welcher für die notwendige Rückkopplung sorgt.
Es ist auch über einen Transformator 17 gewährleistet, dass der Strom und daher die verbrauchte Leistung nicht vorgegebene Werte jenseits dessen übersteigt, was notwendig ist, das Belüftungssystem zu aktivieren, und im schlimmsten Fall, das System herunterzufahren. Ein interner Überhitzungsschutz, der nicht dargestellt ist, kann ebenso vorgesehen sein.
Trotz seiner „Intelligenz" arbeitet der Abschnitt 2B als Sklave auf die Befehle der Steuereinheit 1, an die alle notwendige Information übertragen wird.
Obwohl diese nicht in 1 dargestellt ist, ist klar, dass die Steuereinheit 1 auch mit Kommunikationsschnittstellen (Modem und/oder seriellen Anschlussstellen) ausgestattet sein kann und es im Allgemeinen auch ist, um Befehle zu empfangen oder Daten an eine entfernte Überwachungszentrale zu übertragen.
Es ist anzumerken, dass in Regulierungssystemen, die durch ein Dreiphasennetz gespeist werden, drei identische Leistungsmodule vorhanden sein können, die durch eine gemeinsame Steuereinheit 1 über den Kanal 8 (in diesem Fall ein BUS) oder zugeordnete Kanäle, die mit vielen Sensoren zur unabhängigen Überwachung des Zustands der drei unterschiedlichen Beleuchtungssätze versehen sind, gesteuert werden. Aus diesem Grund sind ebenso wie das Leistungsmodul 2 zwei weitere Module 102, 103, die mit Modul 2 identisch sind und offensichtlich jeweils durch die zwei anderen Phasen des Netzes gespeist werden, in 1 wiedergegeben.
Andere Aspekte der 1 sollen später erörtert werden.
2 stellt den Aufbau des Leistungsmoduls 2A, 2B der 1 detaillierter dar, in der die hauptsächlichen (falls nicht sogar alleinigen) innovativen Aspekte der vorliegenden Erfindung tatsächlich zu finden sind.
Das Leistungsmodul umfasst einen Einlass-Spartransformator 19 mit Einlassanschlüssen N (Nullleiter) und F (Phase), an die die Netzspannung, zum Beispiel mit einem Nennspannungswert von 225 V angelegt wird.
Der Spartransformator ist mit einem Ausgangsanschluss U versehen, um eine Last mit einer etwas verringerten Nennspannung zu versorgen, die in etwa gleich 200 V ist, welche den mittleren Wert des Regulierbereiches definiert, in dem die Ausgangsspannung reguliert werden kann.
Er ist auch mit einer ersten Gruppe von M Abgriffen ausgestattet, auf die in der Reihenfolge 20, 21, 22 Bezug genommen wird (vier in der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform), über die eine Nennspannung bezogen auf das Nulleiterspeisepotenzial von 0, 15, 30 beziehungsweise 45 V abgegriffen werden kann.
Der Spartransformator ist ferner mit einer zweiten Gruppe von N Abgriffen ausgestattet, auf die in der Reihenfolge 24, 25, 26, 27 Bezug genommen wird (vier in der bevorzugten Ausführungsform), über die eine Nennspannung bezogen auf das Nulleiterpotenzial von 105, 165, 225 beziehungsweise 285 V abgegriffen werden kann.
Es sollte sofort deutlich werden, dass die Spannung zwischen benachbarten Abgriffen der ersten Gruppe einer Nennspannung von 15 V entspricht, wohingegen die Spannung zwischen benachbarten Abgriffen der zweiten Gruppe, sowie zwischen dem Abgriff der zweiten Gruppe, der zu dem Abgriff der ersten Gruppe benachbart ist, M 15 V entspricht, was einer Nennspannung von 60 Volt entspricht.
Mit anderen Worten und allgemeiner ausgedrückt, falls die Abgriffe der ersten Gruppe elektrisch voneinander auf der Wicklung des Spartransformators um K Windungen beabstandet sind, sind die Abgriffe der zweiten Gruppe elektrisch um M K Wicklungen beabstandet, wie es die elektrisch benachbarten Abgriffe 24 und 23 der ersten beziehungsweise der zweiten Gruppe sind.
Es ist daher klar, dass durch Verbinden eines Abgriffs der ersten Gruppe und eines Abgriffs der zweiten Gruppe, oder sonst zwei Abgriffen der ersten Gruppe, mit den Anschlüssen einer Last der ersten Gruppe, es möglich ist, die Last mit einer diskreten Spannung zu speisen, die in Vielfachen von 15 V zwischen einer Minimalnennspannung von 15 Volt und einer Maximalnennspannung von 285 Volt variiert werden kann.
Schließlich durch Verbinden der Lastanschlüsse mit demselben Abgriff – unter diesem Aspekt ist es egal, an welchem – ist es möglich, eine Null Volt Spannung an die Last anzulegen.
Daher ist es nur mit M + N Abgriffen möglich, an die Last irgendeine von M·(N + 1) unterschiedlichen Wechselspannungen anzulegen, von denen eine Null entspricht.
Es ist klar, dass signifikante Vorteile hinsichtlich bekannter Lösungen durch M und N > 2 und bevorzugt mit M = N bereitgestellt werden.
In 2 werden die Spannungen die an den M + N Ausgangsabgriffen erhältlich sind, wahlweise mit der Primärwicklung 28 eines spannungsmindernden Zusatztransformators 29, günstigerweise aber nicht notwendigerweise mit einem Wicklungsverhältnis nahe bei 1/7, mittels zweier Gruppen elektromagnetischer Schalter 30, 31 und über ein DPDT (zweipoliges Wechsel-) Relais 32 mit der Funktion eines Umkehrschalters verbunden.
Die Sekundärwicklung 33 des Transformators 29 ist in Reihe zwischen dem Ausgangsanschluss U des Spartransformators und dem Schalter 18 zur Verbindung mit der Last Z geschaltet.
Folglich ist klar, dass an die Last Z eine Basisspannung (200 Volt Nennspannung sind am Anschluss U vorhanden), die um die Spannung vermindert oder erhöht (entsprechend der Schließstellung des Schalters 32) ist, die in der Sekundärwicklung 33 induziert wird, welche von 0 bis 285/7 V, was in etwa 40,7 V entspricht, in Stufen von etwa 2,1 Volt Nennspannung variiert.
Der (Nennspannungs-) Bereich der Variabilität der regulierten Speisespannung der Last erstreckt sich somit von etwa 159 V bis etwa 241 V, was mehr aus ausreichend ist, eine effektive und regulierte Ausgangsspannung zwischen 175 und 215 V auch im Falle von Schwankungen der Netzspannung von bis zu ±10% der Nennspannung bereitzustellen.
Die erste Gruppe 30 elektromagnetischer Schalter des einpoligen Wechseltyps (SPDT-Typs) umfasst M (M = 4) Relais 34, 35, 36, 37, deren gemeinsamer Pol mit den Buchsen 20, 21, 22 beziehungsweise 23 der ersten Gruppe verbunden ist und der normalerweise geöffnete Kontakt (d.h. mit dem Relais in Ruhestellung) gemeinsam mit einem Paar aus Kontakten des Umkehrschalters 32 verbunden ist.
Die zweite Gruppe 31 elektromagnetischer Schalter des SPDT-Typs umfasst N + 1 (N = 4) Relais, 38, 39, 40, 41, 42, deren gemeinsamer Pol mit den Buchsen 27, 26, 25 beziehungsweise 24 der ersten Gruppe und mit dem Anschluss 23 der zweiten Gruppe verbunden ist und wobei der normalerweise geöffnete Kontakt gemeinsam mit dem anderen Paar aus Kontakten des Schalters 32 verbunden ist.
Offensichtlich muss lediglich ein Relais einzeln aus jeder der zwei Gruppen in Schließstellung aktiviert werden, um einen Kurzschluss eines Teils des Spartransformators zu vermeiden und das Schalten in die geschlossene Stellung darf nur stattfinden, wenn sicher ist, dass die anderen Relais derselben Gruppe, daher aller derselben Gruppe, offen sind.
Später soll deutlich werden, wie dieses Problem auf eine innovative Weise gelöst wird.
Hier, um die Beschreibung der 2 abzuschließen, sollte erkannt werden, dass, um die Versorgungskontinuität für die Last zu gewährleisten und gleichzeitig ein Kurzschließen zu vermeiden, ist es notwendig, Überbrückungseinrichtungen und – Schaltkreise vorzusehen.
In vorteilhafter Hinsicht ist die Anzahl dieser Schaltkreise geringer als die Anzahl an Relais jeder Gruppe: für die erste Gruppe bestehen diese aus einem einzigen Überbrückungsschaltkreis, der aus einem Relais 43 besteht, dessen gemeinsamer Pol mit einem Zwischenabgriff 22 der ersten Gruppe von Abgriffen verbunden ist, und wobei der Kontakt, welcher normalerweise geöffnet ist, mit dem Ausgangsknoten der ersten Gruppe von Relais über einen Strom begrenzenden Widerstand 44 verbunden ist.
Für die zweite Gruppe von Relais sind mit Aufrundungsfehler zur nächsten ganzen Zahl(N + 1)/2 Überbrückungsschaltkreise (somit in den 2 Schaltkreise) vorgesehen, deren gemeinsamer Pol jeweils mit einem Abgriff der zweiten Gruppe verbunden ist, die durch einen Abgriff voneinander getrennt sind, in 2 der Zwischenabgriff 26, 24, und wobei der Kontakt, der normalerweise geöffnet ist, mit dem Ausgangsknoten der zweiten Gruppe von Relais über einen gemeinsamen Strom begrenzenden Widerstand 47 verbunden ist.
Der Wert der begrenzenden Widerstände wird geeignet so gewählt, dass sowohl der umlaufende Strom auf akzeptable Werte begrenzt wird, wenn ein Überbrückungsschaltkreis zusammen mit einem Relais der korrespondierenden Gruppe geschlossen wird, als auch der Spannungsabfall am Widerstand begrenzt wird, wenn der einzige Überbrückungsschaltkreis geschlossen wird und durch den Speisestrom der Primärwicklung des Transformators 29 (welcher in dem beschriebenen Beispiel von dem Laststrom im Verhältnis 1/7 abhängig ist) durchsetzt wird.
Daher, falls zum Beispiel der maximale, in der Primärwicklung 28 vorhergesehene Strom 4 A beträgt, kann der Widerstand 47 zur Anschauung einen Wert von 20 Ω und der Widerstand 44 einen Wert von 10 Ω aufweisen.
Zusätzlich zu den Überbrückungsrelais 43, 45, 46, welche kollektiv eine dritte Gruppe 73 von Relais bilden, ist ein weiteres Relais 48 vorgesehen, welches normalerweise geöffnet ist, um die Primärwicklung 28 des Transformators kurzzuschließen, wenn der Inverterschalter aktiviert ist.
Der Inverterschalter ist aktiviert, wenn die Spannung, die an die Primärwicklung 28 angelegt ist, Null ist, das heißt, wenn die Relais 37 und 42 geschlossen sind und die Primärwicklung kurzgeschlossen ist. In diesem Zustand sind die Rollen der Primärwicklung 28 und der Sekundärwicklung 33 vertauscht: der Transformator wird mit Strom über die Wicklung 33 gespeist, welche als eine Primärwicklung fungiert. Da die Wicklung 28, welche als eine Sekundärwicklung fungiert, kurzgeschlossen ist, ist der Spannungsabfall an der Wicklung 33 vernachlässigbar (aufgrund lediglich des Widerstands und der Dispersionsreaktanz).
Falls jedoch die Wicklung 28 offen ist, was während des Schaltvorgangs des Relais 32 auftritt (sofern nicht ein mechanisch gepoltes Relais vorgesehen ist, welches vor dem Öffnen schließt und welches systemimmanent langsam und nicht sehr zuverlässig ist), verhält sich der Transformator 29 wie ein idealer Transformator, der mit Strom gespeist wird, das heißt wie eine Reaktanz, welche als Funktion des Speisestroms einen hohen und unakzeptablen Spannungsabfall mit sich bringt, der am meisten durch die Sättigung des magnetischen Kerns beschränkt ist, welcher in signifikanter Weise die an die Last angelegte Spannung verringert.
Es ist daher sinnvoll, dass während des Schaltvorgangs des Inversionsrelais 32 ein Kurzschließen der Wicklung 28 sicher gestellt ist.
Durch Beschreibung des Aufbaus des Leistungsmoduls kann dessen Funktion sofort verstanden werden, da es seine Befehle durch den Steuerabschnitt 2B erhält, welcher einen Mikroprozessor 49 mit zugehörigem Speicher, Treiberschaltkreise der verschiedenen Relais und Anschlussstellen zur Kommunikation mit der Steuereinheit 1 aufweist (1).
Zum Hochfahren des Systems fragt die Steuereinheit 1 zuerst nach einer vorgegebenen Spannung, die am Ausgang bereitgestellt werden soll.
Der Steuerabschnitt 2B bestimmt, nach dem er die tatsächlich erhältliche Netzspannung gemessen hat, aufgrund der Basis der gespeicherten Information, welches der Relais der ersten und zweiten Gruppe geschlossen werden muss und in welcher Position der Schalter 32 sein muss, um die gewünschte Spannung am Ausgang zu erhalten. Daher befehligt sie deren Schließen zusammen mit einem möglicherweise Schalten des Relais 32.
Alle diese Operationen werden ohne Last durchgeführt, bevorzugt, aber nicht notwendig, in Abfolge.
Durch das Schließen eines Paares an Relais wird am Ausgang des Leistungsabschnitts eine Spannung erhältlich, die gemessen und mit der gewünschten verglichen wird.
Falls der Unterschied geringer als ein bestimmter Wert ist (auch programmierbar), wird die Steuereinheit 1 darauf hingewiesen, dass sie mit dem Anschluss der Last durch Schließen des Schalters 18 fortfahren kann. Ansonsten ist es notwendig, den Ausgangswert zu modifizieren, im Allgemeinen mit lediglich dem Öffnen eines Relais der ersten Gruppe und nachfolgend dem Schließen eines anderen Relais derselben Gruppe.
Bei dieser Anpassung, selbst wenn sie ohne Last durchgeführt wird, muss eine rigorose Reihenfolge zwischen dem Öffnen des ersten Schalters und dem Schließen des zweiten beachtet werden. Mit anderen Worten, der Steuerabschnitt 2B muss mittels später zu erörtender Schaltkreise verifizieren, dass der erste Schalter tatsächlich geöffnet ist, bevor er das zweite Relais in den geschlossenen Zustand versetzt.
Dieselbe Bedingung muss auch in dem Fall verifiziert werden, bei dem es notwendig ist, sowohl einen Schalter der ersten Gruppe als auch der zweiten (sogar simultan) zu öffnen. Das Schließen der Schalter, welche den ersten im geschlossenen Zustand ersetzen, muss in Abfolge erfolgen. Dies ist notwendig, um ein Kurzschließen der Abschnitte der Wicklungen des Spartransformators zu vermeiden.
Komplexer ist das Verfahren, das einzuhalten ist, um die Ausgangsspannung unter Last zu modifizieren, das heißt, wenn der Schalter 18 geschlossen ist, um sowohl die Ausgangsspannung bei schwankender Netzspannung konstant zu halten, als auch um am Ausgang eine Spannung zu erhalten, die gemäß einem vorgegebene Zeitprofil, das durch die Steuereinheit 1 aufgestellt wird, variieren kann (Zündflanke, Heizspannung, Spannungsverringerungsflanke, Erhaltungsspannung).
In diesem Fall, bevor ein Relais entweder der ersten oder der zweiten Gruppe geöffnet wird, ist es notwendig, einen Überbrückungsschaltkreis zu schließen, sicherzustellen, dass der Überbrückungsschaltkreis geschlossen ist, und erst nach Durchführung dieser Überprüfung dieses Relais zu öffnen. Nachdem überprüft wurde, dass das zu öffnende Relais tatsächlich offen ist, kann mit dem Schließen des Relais fortgeführt werden, dass in geschlossener Stellung das gerade geöffnete eine ersetzen soll. Schließlich kann der Überbrückungsschaltkreis nur geöffnet werden, nachdem überprüft wurde, dass das bereits in geschlossene Stellung bewegte Relais tatsächlich geschlossen ist.
Dieselbe Vorgehensweise muss in Abfolge und nach dem ersten in dem Fall wiederholt werden, dass es zum Regulieren der Spannung auf den erwünschten Wert notwendig ist, ein Relais sowohl der ersten als auch der zweiten Gruppe zu schalten.
Die zur Aktivierung des Umkehrschalters 32 einzuhaltende Vorgehensweise ist vollkommen analog.
Zuerst ist es notwendig, die zwei Relais 42, 37 in die geschlossene Stellung zu bewegen, falls sie bereits nicht geschlossen sind, unter Beachtung der bereits gesehenen Vorgehensweise und zu überprüfen, dass sie geschlossen sind.
In diesem Zustand ist die für die Primärwicklung 28 gesetzte Spannung null. Es ist notwendig, dann das Kurzschlussrelais 48 in die geschlossene Stellung zu bewegen und bevorzugt, aber nicht notwendig, dessen Zustand zu überprüfen.
Da in der Tat das Kurzschlussrelais auf eine Spannung von Null zwischen den Kontakten geschaltet ist, besteht keine Gefahr von elektrischen Lichtbögen, die die Kontakte beschädigen und durch Verschweißen eine Störung des Relais bewirken könnten.
Mit dem geschlossenen Kurzschlussrelais ist es dann möglich, den Inverterschalter 32 zu betätigen und schließlich das Kurzschlussrelais wieder zu öffnen.
Dieses öffnende Schalten erfolgt auch unter einer Spannung von null zwischen den Kontakten und der Strom wird daher ohne die Bildung eines elektrischen Lichtbogens auf den parallelen parallel Kurzschlussschaltkreisverlauf geschaltet, der durch die Relais 37, 42, welche geschlossen sind, gebildet wird.
In diesem Zustand ist mit den bereits gesehenen Vorgehensweisen möglich, eine von null Volt abweichende Spannung in der Primärwicklung 28 mit dem Öffnen eines oder des anderen der Schalter 37, 42 oder beider, und dem Schließen der korrespondierenden Schalter der ersten und/oder der zweiten Gruppe zu erzeugen, wobei Sorge getragen wird, dass die notwendigen Überbrückungsschaltkreise aktiviert werden.
Es ist daher klar, wenn berücksichtigt wird, dass die Schaltzeit eines elektromagnetischen Relais in der Größenordnung von 10 ms liegt, dass die Schaltvorgänge, bei denen eine Last vorhanden ist, eine nicht vernachlässigbare Zeit benötigen, nicht weniger als 40 ms, und nicht weniger als 80 ms, wenn das Schalten von zwei Relais der ersten und der zweiten Gruppe erforderlich ist.
Wird keine Überprüfung des Zustands des Relais vorgenommen, muss diese Zeit aus Sicherheitsgründen und, um die unausweichlichen Streuungen der Schaltzeiten zu berücksichtigen notwendigerweise erhöht werden, wobei die verschiedenen Vorgänge zeitlich separiert werden, die Eingreifzeiten der Überbrückungsschaltkreise und folglich die Menge der verbrauchten Energie und die Dauer der Spannungssprünge vergrößert werden, was die Reguliergeschwindigkeit verringert.
Es ist daher erwünscht, Steuerschaltkreise zu haben, welche die Ausführungszeit der Vorgehensweisen auf ein Minimum beschränkt und welche schnell die Information bereitstellen, dass die verschiedenen Schaltvorgänge, die befehligt wurden, tatsächlich stattgefunden haben.
Dies ist sogar noch wichtiger, da die Kontakte der anderen Relais unter einer Last schalten, welche induktiv ist, und des Weiteren mit einer von Null verschiedenen Spannung zwischen den offenen Kontakten und folglich mit der Entwicklung von elektrischen Lichtbögen, welche das Verschweißen und die Zerstörung der Kontakte bewirken können, welche nicht länger dem elektromagnetischen Befehl des Relais gehorchen, wohingegen die Kontakte des Inverterschalters und des Kurzschlussrelais sich ohne die Entwicklung von elektrischen Lichtbögen öffnen und schließen.
In dieser Hinsicht ist es mehr als wünschenswert, d.h. obligatorisch, Steuersysteme vorzusehen, welche die direkte Information darüber bereitstellen, dass das Schalten der Kontakte stattgefunden hat, und dies nicht mittelbar durch das Verhalten von Zusatzkontakten vermittelt wird, deren Verhalten nicht notwendigerweise das der zu überwachenden Kontakte wiedergibt.
Auf diese Weise ist es möglich, zu verhindern, dass ein Relaisausfall katastrophale Auswirkungen hat, in dem zeitweise die weitere Fortführung der Schaltvorgänge nach der ersten Detektion des Ausfalls blockiert wird, versucht wird, den Befehl zu wiederholen und nach einer geeigneten Anzahl von Versuchen, zum Beispiel drei, um dabei überprüft zu haben, dass der Defekt permanent ist, der Betrieb definitiv blockiert wird und auf den Ausfall hingewiesen wird.
3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltkreise zur Überprüfung des geöffnetenlgeschlossenen Zustands der Schalterkontakte.
Zuerst wird auf die zweite Gruppe 31 elektromagnetischer Schalter eingegangen, die die Schalter 38, 39, 40, 41, 42 umfasst, wobei der gemeinsame Pol mit dem Spartransformatorabgriff verbunden ist, an dem eine Nennspannung von 285, 225, 165, 105 beziehungsweise 45 V vorhanden ist.
Die Kontakte, welche normalerweise geschlossen oder inaktiv sind, der zwei Schalter 38, 39 sind mit den Eingängen eines Detektorschaltkreises 50 verbunden, welcher als Ausgang ein logisches 1-Signal (zum Beispiel eine Spannung von etwa SV), das dem Zustand zugeordnet ist, wenn sich beide Schalter in Ruhestellung befinden und ein logisches 0-Signal bereitstellt, wenn sogar nur einer der Schalter 38, 39 mit dem gemeinsamen Pol auf den aktiven Pol schließend geschaltet ist.
Der Aufbau des Detektorschaltkreises ist sehr einfach und umfasst einen Brückengleichrichter 51, der mit den inaktiven Polen, welche normalerweise geschlossen sind, der Relais 38, 39 über einen Widerstand 52 von geeignetem Wert verbunden ist. Der Brückengleichrichter speist eine gleichgerichtete und durch einen Kondensator 72 gefilterte Spannung über einen zweiten Widerstand 53 in eine lichtemittierende Diode eines elektronischen Optokopplers 54, dessen Widerstand, der zwischen einer geeigneten Spannung (+5 V) und Masse mit einem geeigneten Widerstand 55 in Reihe mit dem Emitter angeschlossen ist, am Ausgang, der mit dem Knoten zwischen Emitter und Widerstand 55 verbunden ist, ein logisches 1-Signal, wenn der Detektorschaltkreis gespeist wird (das heißt, die Schalter 38, 39 sind beide so geschaltet, dass der aktive Pol geöffnet ist und der inaktive Pol geschlossen ist) und ein logisches 0-Signal, wenn sogar nur einer der Schalter auf den aktiven Pol schließend geschaltet ist, und daher der Detektorschaltkreis nicht mit Energie versorgt wird.
Der Wert des Widerstands 53 und des Kondensators 72 ist so gewählt, dass die RC-Zeitkonstante des Schaltkreises einen vorgegebenen Wert in der Größenordnung von 5 ms aufweist.
Der Wert des Widerstands 52 in Relation zu dem des Widerstands 53 ist gemäß der Speisespannung (im vorliegenden Fall ist eine Nennspannung von 60 Volt der effektive Wert) gewählt, so dass die lichtemittierende Diode mit einem geeigneten Strom, zum Beispiel 10mA, gespeist wird.
Auf identische Weise ist der Detektorschaltkreis 56 aufgebaut, mit zwei Eingängen die entsprechend mit dem inaktiven Pol der Schalter 40, 41 verbunden sind. Der Detektor 56 erkennt den geöffneten Zustand (Pegel 1 als Ausgang) beider Schalter oder den geschlossenen Zustand (Pegel 0 als Ausgang) von sogar nur einem der Schalter.
Im Wesentlichen identisch ist auch der Aufbau des Detektorschaltkreises 57, mit dem einzigen Unterschied beim (niedrigeren) Wert des Widerstands 52 innerhalb des Schaltkreises, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass der Schaltkreis Eingänge hat, die mit dem inaktiven Pol des Schalters 42 beziehungsweise dem Abgriff mit einer Nennspannung von 30 V verbunden sind, um so mit einer Spannung von 15 V gespeist zu werden (wenn der Schalter 42 geöffnet ist).
Dieser Schaltkreis lässt den geöffneten oder geschlossenen Zustand des einzigen Schalters 42 erkennen.
Die Ausgänge der Detektorschaltkreise 50, 56, 57 sind mit den Eingängen eines NAND-Gatters 58 verbinden, welches ein logisches 0-Signal ausgibt, wenn alle Schalter der ersten Gruppe 31 geöffnet sind und ein logisches 1-Signal ausgibt, wenn einer der Gruppenschalter geschlossen ist. Da lediglich einer der Gruppenschalter geschlossen werden kann und sofort geschlossen werden muss (ansonsten bildet sich ein Kurzschluss) ist die Information am Ausgang des Gatters 58 und die am Eingang des Mikroprozessors 49 (2) anliegt, geeignet, um den geöffneten geschlossenen Zustand der Schalter zu überprüfen und um zu verifizieren, of ein Schalter (nacheinander aktiviert) korrekt auf die Schließ- und Öffnungsbefehle reagiert hat.
Nebenbei bemerkt, ist es angebracht, zu bemerken, dass um eine maximale Sicherheit zu erreichen, die Befehle zum Schließen der Schalter derselben Gruppe durch Dekodieren eines Binärcodes erhalten werden, um so jede Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Schalter derselben Gruppe angewiesen werden, sich simultan aufgrund eines Fehlers oder eines Ausfalls, der sich dem Decoder vorgeschaltet entwickelt hat, zu schließen.
Die Information, die vom Mikroprozessor empfangen wird, ist nicht nur geeignet sondern auch schnell.
In der Tat, wenn ein Schalter geschlossen wird, wird die Speisung des Detektorschaltkreis, welche mit dem Eingangssignal korrespondiert, umgehend mit dem Öffnen des inaktiven Kontakts und bevor das Schließen auf den aktiven Pol erfolgt, eingeschaltet. Die Zeitkonstante des Detektorschaltkreises ersetzt die Flug- und Prellzeit des beweglichen Ankers und gewährleistet, dass das Schließsignal empfangen wird, wenn das Schalten definitiv statt findet und dabei ist, abgeschlossen zu werden, ohne signifikante Verzögerungen. Auf dieselbe Weise, wenn der Schalter geöffnet ist, wird der Detektorschaltkreis umgehend mit Strom versorgt, sobald der gemeinsame Pol auf den inaktiven Kontakt geschlossen wird und das Schalten definitiv stattgefunden hat.
Daher ist es überhaupt nicht notwendig, Beachtung der Reaktionszeit des Relais und möglicher Streuungen davon zu schenken.
Vollkommen identisch zum Aufbau des Detektorschaltkreis 57 ist der Aufbau des Detektorschaltkreises 59, 60 mit Eingängen, die mit den inaktiven Polen des Relais 37, 36 beziehungsweise 35, 34 verbunden sind und mit Ausgängen, die mit den Eingängen eines NAND-Gatters 61 verbunden sind.
Das NAND-Gatter 61, wie das Gatter 58, hat am Ausgang ein logisches 0-Signal, wenn alle Relais der Gruppe 30 ausgeschaltet, somit offen, sind und ein logisches 1-Signal, wenn eins der Relais korrekt auf einen Einschaltbefehl reagiert und sich schließt.
Vollkommen ähnlich den zuvor genannten ist der Aufbau der Detektorschaltkreise 62, 63, welche den Zustand der Überbrückungsrelais 45, 46 beziehungsweise den Zustand des Überbrückungsrelais 43 überwachen.
Insbesondere Schaltkreis 63 ist identisch zu Schaltkreis 57, der bereits beschrieben wurde und am Eingang eine Spannung von 15 V erhält, und zu Schaltkreis 62, der am Eingang eine Spannung von 120 V erhält, und unterscheidet sich von Schaltkreis 50 lediglich durch die Tatsache, dass er einen höheren Wert des Innenwiderstands 52 aufweist.
Die Ausgänge der Schaltkreise 62, 63, die in einer Form eines logischen NAND-Gatters 64 angeordnet sind, stellen ein logisches 0-Signal, wenn alle Überbrückungsschaltkreise offen sind, und ein logisches 1-Signal bereit, wenn einer der Überbrückungsschaltkreis geschlossen ist.
Obwohl nicht unverzichtbar, ist es auch möglich einen Schaltkreis 65 vorzusehen, um den geöffneten oder geschlossenen Zustand des Kurzschlussschalters 48 zu detektieren.
Der Aufbau des Detektorschaltkreises 65, ein Diagramm davon ist in den Figuren gezeigt, ist ähnlich dem von Schaltkreis 50 und unterscheidet sich von dem letzteren nur dadurch, dass ersterer, ebenfalls wie die Inversion des Ausgangssignals (erhalten durch den Masseschluss des Emitters des Fototransistors und durch die Verbindung des Ausgangs mit dem Kollektor), eine parallel zum Kondensator 52 geschaltete Zenerdiode 66. Die Zenerdiode beschränkt den in die lichtemittierende Diode eingespeisten Strom.
Tatsächlich kann in diesem Fall die Spannung, die am Eingang anliegt, den verschiedenen Arbeitsbedingungen des Reguliersystems entsprechend, von 0 bis 165 V (eine Spannung von 165 V liegt am einen Eingang an und eine variable Spannung von 0 bis 285 V liegt am anderen an) variieren.
Es sollte sofort bemerkt werden, dass die Reaktion des Schaltkreises 65 mehrdeutig ist: das Auslasssignal hängt nicht nur von dem geöffneten oder geschlossenen Zustand des Schalters 48 sondern auch von der Eingangsspannung ab, welche 0 oder so gering (15 ÷ 45 V) sein kann, dass dies dazu führt, dass die optoelektronische Einrichtung nicht mit Energie versorgt wird.
Die Zweideutigkeit kann gelöst werden, dass in Erinnerung gebracht wird, dass das Kurzschlussrelais nur geschlossen werden kann und geschlossen werden muss, wenn die Schalter 42 und 37 beide geschlossen sind und die Spannung von 45 V, bezogen auf den Nulleiter, an beide Pole des Inverterschalters 32 angelegt wird.
In diesem Zustand empfängt der Schaltkreis am Eingang eine Spannung von 120 V, was mehr als adäquat ist.
Diese Bedingung kann von dem Mikroprozessor 49 (welcher weiß, wann die Schalter 42 und 37 geschlossen sind, da der Mikroprozessor selber deren Schließen anweist) Rechnung getragen werden, und in diesem Fall kann der Ausgang des Schaltkreises 64 mit einem Eingangsgatter des Mikroprozessors verbunden werden.
Noch vorteilhafter, wie in 3 dargestellt, ist es möglich, den Ausgang des Schaltkreises 65 mit einem Eingang des NAND-Gatters 64 mit dem NAND-Gatter 67 als Vermittler und einer Maskierfunktion zu verbinden.
Zwei Signale CL42 und CL37 (erhältlich am Ausgang aus dem Mikroprozessor 49), welche die zwei Schalter 42 und 47 schließen, liegen an den zwei Eingängen des NAND-Gatters 67 an.
Der Zustand 1, der am Ausgang des Schaltkreises 65 vorhanden ist, wird (unter Inversion) an den Eingang des NANDs 64 übertragen, nur falls CL42 und CL37 sich im Zustand 1 befinden. Ansonsten legt das NAND-Gatter 67 das logische 1-Signal an den Eingang des Gatters 64 an und maskiert die zweideutigen Zustände des Detektorschaltkreises 65.
Es muss auch angemerkt werden, dass das Schließen des Kurzschlussrelais nicht gleichzeitig mit dem Eingreifen des Überbrückungsrelais stattfindet, weshalb die Information am Ausgang des NAND-Gatters 64 ohne jegliche Zweideutigkeit interpretiert werden kann und sich auf das einzelne Relais bezieht, das von Zeit zu Zeit aktiviert wird.
Als Schlussfolgerung ergibt sich, dass mit den beschriebenen Detektorschaltkreisen es möglich ist, das Schalten aller Schalter des Leistungsabschnitts zu erkennen, dies unmittelbar an den Kontakten zu detektieren, in einer zuverlässigen und schnellen Weise und ohne Verzögerung, um einen Sicherheitszuschlag für die Streuungen im Verhalten zu gewährleisten.
Lediglich das Verhalten des Umkehrschalters 32 kann mit den Detektorschaltkreisen der beschriebenen Art überwacht werden, da am Eingriffschritt alle Kontakte dasselbe Potenzial haben.
Dies stellt kein Problem dar, da das Fehlen eines Schaltvorgang nicht das Risiko von katastrophalen Ausfällen birgt und mit der Unmöglichkeit endet, die gewünschte Variation der Ausgangsspannung zu erhalten.
Es ist daher möglich, den Ausfall geradewegs nachher zu detektieren, indem verifiziert wird, ob die Variation der Spannung, welche durch einen unmittelbar nachfolgenden Vorgang des Schaltens der Gruppenrelais hervorgerufen wird, in der gewünschten Richtung oder sonst der anderen Richtung erfolgt.
In der vorhergehenden Beschreibung wurde das optimierte Verwaltungssystem im Wesentlichen als ein Spannungsreguliersystem erachtet.
In dieser Hinsicht kann das beschriebene System dank der Feinheit der Regulierung, welche gestattet ist (das in der Lage ist weiter inkrementiert zu werden, indem nur leicht die Anzahl an Abgriffen des Spartransformators und die entsprechende Anzahl an Relais erhöht werden) und dank der Reaktionsgeschwindigkeit in angenehmer Weise als eine Spannungsstabilisierung zur Speisung einer Last, welcher auch immer, sowie ein programmierbarer Spannungsregler zur Speisung einer Last, welcher Art auch immer, deren Spannung reguliert und möglicherweise modifiziert werden muss, aus welchen Gründen auch immer (zur Beispiel für „Toleranzbestimmungs-" (engl.: "margining") Vorgänge in einem Labor oder um die Geschwindigkeit eines mit Wechselstrom gespeisten Motors zu regulieren, wobei TRIAC-Partialisiereinrichtungen ersetzt werden, die keine Erhöhung der Netzspannung zulassen und insbesondere den ernsten Nachteil haben, dass sie Oberschwingungen hoher Breite in die entwickelte Wellenform einbringen.
Jedoch ist klar, wie herausgestellt worden ist, dass das beschriebene System auch als ein Helligkeitsregler arbeiten kann, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Lichtemission in großem Umfang von der Speisespannung der Lampen abhängig ist und dass die Helligkeit einer Umgebung auch von der möglicherweise variablen Lichtverteilung, die von der Außenseite herrührt, abhängt. Aus diesem Grund gibt es kein direktes Verhältnis zwischen der Speisespannung und der Helligkeit des Raums.
Zu diesem Zweck ist es ausreichend, einen Helligkeitssensor 11 (1) vorzusehen und den Betrieb des Systems vom Signal, das durch den Sensor emittiert wird und angenehmerweise in Digitalform umgewandelt und mit einem gewünschten Helligkeitswert verglichen wird, abhängig zu machen.
Der Helligkeitssensor kann auch eine Dämmerlichtfunktion durchführen, und das System kann programmiert werden, offensichtlich mit geeigneter Hysterese, eine Lampe einzuschalten, wenn die Helligkeit unter einen bestimmten Pegel fällt, die Beleuchtung auf einem gewünschten Pegel zu halten, im Falle variabel und Zeiträumen entsprechend, und die Lampe auszuschalten, falls die Helligkeit auf einen anderen, vorgegebenen Pegel hochgeht.
Eine spezifische Anwendung dieser Art besteht in der Regulierung der Beleuchtung in Tunneln.
Es ist bekannt, dass derzeitige Beleuchtungseinheiten für Tunnel aus einer Anschlussleitung, welche immer eingeschaltet ist, bekannt als permanente" Beleuchtung, einer zweiten Niedrigverbrauchsanschlussleitung, welche immer eingeschaltet ist, selbst im Fall eines Stromausfalls, da sie aus einer unterbrechungsfreien Energieversorgung (UPS) gespeist wird, bekannt als spurgebend (engl.: „tracing"), und aus einer bestimmten Anzahl verstärkender Schaltkreise bestehen (allgemein von 1 bis 3, der Länge des Tunnels entsprechen) welche in Relation zu der Helligkeit der Außenseite an oder ausgeschaltet werden, um Blendwirkungen beim Verlassen des Tunnels zu verringern und um die allmähliche Anpassung an die Beleuchtung auf der Innenseite beim Eindringen zu gestatten.
Diese Lösung bietet nur vier Helligkeitswerte und kann sich nicht an all die Zwischenzustände anpassen.
Das System, welches beschrieben wurde, geeignet repliziert, um ein Ausrüstungsteil dazustellen, löst dieses Problem auch effektiv und gestattet die graduelle Regulierung der Helligkeit mit einer hohen Auflösung, indem das selektive Eingreifen der verstärkenden Schaltkreise entsprechend der Helligkeit auf der Außenseite gesteuert wird.
Um diesen Aspekt besser zu verstehen, ist es geeignet, auf 1 Bezug zu nehmen.
In 1, ebenso wie das Basissystem, was beschrieben worden ist, hierin nachfolgend als Einheit A bekannt, sind zwei andere Einheiten B und C vorhanden, die zu der vorhergehenden identisch sind.
Aus einfachen Gründen des modularen Ausbaus und der Programmierung sind die Einheiten B und C wie die Einheit A mit einer Zentraleinheit, wie 1, mit wenigstens einem Leistungsmodul, wie 2, und mit einer Tastatur, wie 3, ausgestattet, um so in der Lage zu sein, einzeln in einer koordinierten Weise programmiert zu werden.
Jedoch ist offensichtlich, dass eine einzige Tastatur mit einer Busverbindung, dargestellt durch die gestrichelte Linie 104, verwendet werden kann, um den Betrieb der drei Einheiten zu programmieren.
Das Element, das den drei Einheiten gemeinsam ist und welches die Ausrüstung komplettiert, besteht aus einem Zusatzmodul 130 und aus einem Helligkeitssensor 10, welcher über das Zusatzmodul 130, einen Binärcode, der dem Helligkeitspegel auf der Außenseite entspricht, an die drei Einheiten an entsprechende opto-isolierte serielle Anschlussstellen sendet.
Es sollte deutlich werden, dass anstelle des Bus 104 und einer Tastatur, die jeder Einheit A, B und C zugeordnet ist, das Zusatzmodul 130 den Informationsaustausch zwischen den verschiedenen Einheiten A, B, C und die Programmierung davon mit einer einzigen Tastatur gestatten könnte.
Die Einheit A kann so programmiert werden, dass sie die permanente Anschlussleitung verwaltet, die Einheit B so, dass die die Verstärkende Anschlussleitung oder Leitungen verwaltet und die Einheit C so, dass sie die spurgebende Anschlussleitungen verwaltet, alle entsprechend der Helligkeit auf der Außenseite, gemessen mit einem einzelnen Sensor 10.
4 stellt in einem qualitativen Diagramm aus Spannung V zu externem Helligkeitspegel L eine bevorzugte Form der Spannungsregulierung für die verschiedenen Beleuchtungsanschlussleitungen dar.
Für externe Helligkeitswerte unter L1 speisen die Einheiten A und C die Permanentanschlussleitung (P) und die spurgebende Anschlussleitung (T) mit einer Speisespannung, welche mit der externen Helligkeit zunimmt. Die Spannung kann für die zwei Anschlussleitungen verschieden sein, aber der Deutlichkeit der Darstellung halber sind als gleich dargestellt.
Wenn die externe Helligkeit größer als L1 ist, aktiviert die Einheit B die Speisung einer ersten Verstärkenden Anschlussleitung RNF1, wohingegen die Speisung der Permanentanschlussleitung und der spurgebenden Leitung unverändert bleiben, wie in den Figuren dargestellt. Bei Bedarf, für sehr lange Tunnel oder bei besonderen Anforderungen könnte die Speisespannung der permanenten und der spurgebenden Anschlussleitung auch verringert werden und nachfolgend inkrementieren.
Es ist klar, dass anfänglich die zum Einschalten und Aufheizen benötigte Spannung an die Verstärkende Anschlussleitung angelegt wird, wobei jene Spannung dann auf einen geeigneten Wert verringert wird.
Mit Zunahme der Helligkeit auf der Außenseite wird die Speisespannung der verstärkenden Anschlussleitung von L1 und L2 erhöht.
Wenn die externe Helligkeit größer als L2 ist, wird mit demselben Kriterium die zweite verstärkende Anschlussleitung RNF2 aktiviert und die Speisespannung der anderen verstärkenden Anschlussleitung verringert.
Schließlich, falls die externe Helligkeit größer als L3 ist, wird, falls vorhanden, die dritte verstärkende Anschlussleitung RNF3 mit denselben Kriterien aktiviert.
Denselben Kriterien wird mit einer geeigneten Hysterese gefolgt, um die Speisung der verstärkenden Anschlussleitungen im Falle einer Verringerung der externen Helligkeit zu verringern und wegzunehmen.
Im Grunde wird am Eingang und am Ausgang des Tunnels eine Beleuchtung LTOT erhalten, die sanft ohne wesentliche Unstetigkeiten mit dem Pegel der Helligkeit auf der Außenseite L variiert werden kann.
Um eine präzise Regulierung der Helligkeit zu erreichen, gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung und unähnlich den Systemen des Standes der Technik, welche fotovoltaische Zellen und eine teure Ausrüstung verwenden, verwendet das System, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, einen Fotowiderstand, was preisgünstiger, zuverlässiger und bei geeigneter Betreibung eine größere Präzision bei der Messung und der Regulierung in allen möglichen Helligkeitsbereichen gestattet.
5 stellt schematisch die übernommene Helligkeitsmessvorrichtung dar.
Ein Fotowiderstand 10, der sich fern von dem Reguliersystem befindet, ist mit dem Zusatzmodul 130 mittels eines abgeschirmten Kabels 78 verbunden, welches in großem Umfang vor Störungen und atmosphärischen Entladungen schützt.
Der Fotowiderstand 10, der parallel mit einem Widerstand 70 und in Reihe mit einem Widerstand 71, welcher als ein Spannungsteiler fungiert, angeschlossen ist, wird mit einer ständig geregelten, konstanten Spannung von –5 V gespeist.
Der mit dem Fotowiderstand und dem Widerstand 71 gemeinsame Knoten ist mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 74 verbunden, bei geeigneter Rückkopplung durch einen Trimmwiderstand 75, um eine vorgegebene Verstärkung zu gewährleisten.
Zwei Dioden 72, 73, die zwischen dem invertierenden Eingang und den Spannungen +5 V beziehungsweise –5 V angeschlossen sind, gewährleisten den Schutz des Verstärkers vor Überspannungen, die über das Eingangskabel 78 übernommen werden.
Nicht dargestellte Kondensatoren filtern auf bekannte Weise die Transienten-Störspannung und beschneiden die Frequenzantwort des Verstärkers.
Der Ausgang des Verstärkers 74 ist mit einer Analogeingang-Anschlussstelle eines integrierten Schaltkreises für die Erfassung und A/D-Wandlung von Signalen verbunden, welche der Schaltkreis an drei seriellen Anschlussstellen ausgibt und wobei dieser an die Einheiten A, B, C einen Binärcode sendet, der dem Eingangssignal entspricht, das wiederum dem Widerstand des Fotowiderstands 10 und letztlich dem gemessenen Helligkeitspegel auf der Außenseite entspricht.
Über serielle Eingangsanschlussstellen, die nicht dargestellt sind, kann der Schaltkreis programmiert werden, um die Anschlussstellen, mit denen er ausgestattet ist, zuzuweisen und als analoge oder digitale Eingangsanschlussstellen zu kennzeichnen.
Andere Aspekte des integrierten Schaltkreises sind nicht wesentlich.
Das Zusatzmodul 130 wird durch eine Wechsel-/Gleichstrom Energieversorgung 79, die mit dem Ausgang des Transformators 6 (1) und durch eine Batterie 77 gepuffert ist, gespeist, wobei die Pufferung die Energieversorgung des Moduls auch dann gewährleistet, wenn es zu einem Ausfall des Netzes kommt. Die Energieversorgung 79 versorgt das Modul mit den notwendigen, kontinuierlichen Speisespannungen.
Auf diese Weise sind alle Funktionen, die für die Erfassung des Helligkeitswertes notwendig sind, der für die Steuerung der Beleuchtung von Tunneln und allgemeiner von Einheiten, die von den Helligkeitsbedingungen auf der Außenseite abhängig sind, unverzichtbar ist, in einem Zusatzmodul zusammengeführt und belasten nicht die Kosten des Basissystems, welches in vielen Fällen nur als ein programmierbarer Spannungsstabilisator oder -Regler arbeitet.
Im Hinblick auf die Verwendung des beschriebenen Systems für die optimierte Verwaltung einer Beleuchtungseinheit des Gasentladungstyps, ist es interessant, auf eine spezielle Funktion hinzuweisen, die mit dem System zu verwirklichen ist und aus dem Testen der Einheit besteht, um Lampen zu identifizieren, die defekt sind und/oder nahezu zu Ende gehen.
Es ist bekannt, dass, wenn eine Gasentladungslampe nahezu das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat, sie schwierig ihren eingeschalteten Zustand beibehalten kann und besonders empfindlich auf schnelle Verringerungen der Speisespannung reagiert, bis zu einem minimal notwendigen Wert, um eingeschaltet zu bleiben.
Das beschriebene System gestattet in der Tat den Erhalt dieser schnellen Spannungsschwankungen durch einen Befehl, der von Hand über die Tastatur 3 eingegeben wird (1).
In der Tat ist es möglich, eine Einschalt- und Aufwärmsequenz anzuweisen und wenn dieses ausgeführt worden ist, kann eine schnelle Verringerung der Aufrechterhaltungsspannung durch in schneller Abfolge erfolgendes Schalten der Relais der zweiten Gruppe (31, 2) angewiesen werden, um so eine relativ breite Schwankung der Spannung, in dem beschriebenen Beispiel in der Größenordnung von 8,4 V, ohne das Durchführen der selektiven Aktivierung der Relais der ersten Gruppe zu bewirken.
Dieser Vorgang kann in einem sehr kurzen Zeitraum, in der Größenordnung von 100 ms, durchgeführt werden, und er kann in einer äquivalenten Zeit durch die Wiederherstellung des normalen bedingten Schaltens gefolgt werden.
Als Ergebnis der schnellen Spannungsschwankung, welche im Wesentlichen aus einer Toleranzbestimmung während des Verlaufs der Übung besteht, bleiben die Lampen, welche defekt sind und/oder nahezu zu Ende gehen, ausgeschaltet.
Dies gestattet den programmierten Austausch nach dem Testbetrieb oder sogar zu einem geeigneten nachfolgenden Zeitpunkt den Austausch aller Lampen, welche defekt sind und/oder nahezu zu Ende sind.
Auf diese Weise ist die Anzahl der notwendigen Wartungsvorgänge verringert, zum großen Vorteil des Betriebszustands der Ausrüstung in den Fällen, bei denen ein kontinuierlicher Betrieb beabsichtigt ist.
Die vorhergehende Beschreibung bezieht sich auf eine bevorzugte Ausführungsform eines Systems für die optimierte Verwaltung von Beleuchtungseinheiten, und es ist klar, dass viele Varianten, zusätzlich zu denen, auf die bereits hingewiesen wurde, gemacht werden können.
Zum Beispiel können die verschiedenen Schaltrelais alle einzeln mit einem Schaltvorgang detektierenden Schaltkreis ausgestattet sein, wie es der Fall beim Relais 57 und 63 der 3 ist, mit Ausgängen der Detektorschaltkreise, die in Gruppen in logischem NAND angeordnet oder sonstwie direkt mit entsprechenden Anschlussstellen des Mikroprozessors verbunden sind, oder sogar mit einer verringerten Anzahl an Anschlussstellen verbunden sind und im Extremfall nur mit einem über einen Multiplexer.

Claims

Programmierbares Spannungsstabilisator- und Regelungssystem insbesondere für die optimierte Verwaltung einer Last (Z), die aus Gasentladungslampen besteht, umfassend: eine Steuereinheit (1), Sensoren der Netzspannung (15) und der geregelten Ausgangsspannung (16) und ein Leistungsmodul (2A, 2B) mit Spartransformator mit einer Vielzahl an Abgriffen (20, 21, ..., 27), die wahlweise durch eine Vielzahl an elektromagnetischen Relais und mit Zwischenschaltung eines Inverterschalters (32) mit den Eingängen der Primärwicklung (28) eines Zusatztransformators (29) verbunden sind, wobei sich die Sekundärwicklung in Reihe mit der Last (Z) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass: der Zusatztransformator mit einer ersten Gruppe von M geordneten Abgriffen (20, 21, 22, 23), ausgestattet ist, wobei M > 2, die einzeln einen Abstand von K Windungen aufweisen, und mit einer zweiten Gruppe von N geordneten Abgriffen (24, 25, 26, 27), wobei N > 2, die einzeln einen Abstand von K·M Windungen aufweisen, wobei der Abgriff (23) der ersten Gruppe und jener (24) der zweiten Gruppe, die einander elektrisch am nächsten sind, einzeln einen Abstand von K·M Windungen aufweisen, und die Vielzahl an elektromagnetischen Relais eine erste Gruppe (30) von M Relais mit einem gemeinsamen Ausgangsknoten für die gezielte Verbindung der Abgriffe der ersten Gruppe zu einem Anschluss der Primärwicklung (28) des Zusatztransformators und eine zweite Gruppe (31) von N + 1 Relais mit einem gemeinsamen Ausgangsknoten für die gezielte Verbindung der Abgriffe der zweiten Gruppe und des Abgriffs der ersten Gruppe, der jenen der zweiten Gruppe elektrisch am nächsten ist, zu dem anderen Anschluss der Primärwicklung (28) umfasst.
System gemäß Anspruch 1, worin M = 4 und N = 4.
System gemäß Anspruch 1 oder 2, umfassend lediglich einen ersten ohmschen Überbrückungszweig (43, 44) der ersten Relaisgruppe (30), der durch ein erstes elektromagnetisches Überbrückungsrelais (43) gesteuert wird, um einen Zwischenabgriff der ersten Abgriffsgruppe mit dem gemeinsamen Ausgangsknoten der Relais der ersten Gruppe (30) zu verbinden und wenigstens einen zweiten ohmschen Überbrückungszweig (45, 46, 47) der zweiten Relaisgruppe (31), der durch ein zweites elektromagnetisches Überbrückungsrelais (45, 46) gesteuert wird, um wenigstens einen Zwischenabgriff der zweiten Gruppe mit dem gemeinsamen Ausgangsknoten der Relais der zweiten Relaisgruppe (31) zu verbinden.
System gemäß Anspruch 3, umfassend: – eine erste Gruppe Schaltungsmittel (59, 60), die mit dem gewöhnlich offenen inaktiven Pol jedes Relais der ersten Gruppe (30) verbunden ist, um den Geöffnet-/Geschlossen-Zustand der Relais zu erkennen und am Ausgang entsprechende Signale zu erzeugen, – eine zweite Gruppe Schaltungsmittel (50, 56, 57), die mit dem gewöhnlich offenen inaktiven Pol jedes Relais der zweiten Gruppe (31) verbunden ist, um den Geöffnet-/Geschlossen-Zustand der Relais zu erkennen und am Ausgang ein entsprechendes Signal zu erzeugen, und – eine dritte Gruppe Schaltungsmittel (62, 63), die mit dem gewöhnlich offenen inaktiven Pol jedes Überbrückungsrelais der dritten Gruppe (73) verbunden ist, um den Geöffnet-(Geschlossen-Zustand der Überbrückungsrelais zu erkennen und am Ausgang ein entsprechendes Signal zu erzeugen.
System gemäß Anspruch 4, worin das Schaltungsmittel eine optoelektronische Vorrichtung umfasst, um die Ausgangsverbindungen galvanisch von den Eingangsverbindungen zu trennen.
System gemäß Anspruch 4 oder 5, umfassend ein erstes (58), zweites (61) und drittes (64) Logikgatter, die am Eingang die Ausgangssignale der ersten, zweiten bzw. dritten Gruppe Schaltungsmittel erhalten und am Ausgang für jede Relaisgruppe jeweils ein Signal erzeugen, das den Geöffnet-Zustand aller Relais der Gruppe oder den Geschlossen-Zustand wenigstens eines Relais der Gruppe darstellt.
System gemäß Anspruch 4, 5 oder 6, umfassend ein Kurzschlussrelais (48) der Primärwicklung (28) des Zusatztransformators und ein Schaltungsmittel (65), das mit dem gewöhnlich offenen inaktiven Pol des Kurzschlussrelais verbunden ist, um den Geöffnet-/Geschlossen-Zustand des Relais zu erkennen und am Ausgang ein entsprechendes Signal zu erzeugen.
System gemäß Anspruch 4, 5, 6 oder 7, umfassend ein Logiksteuermittel (49), das am Eingang die Signale erhält, die den Geöffnet-/Geschlossen-Zustand der Relais der ersten, zweiten und dritten Gruppe darstellen, um für jede Gruppe das Schließen eines Relais hinter die vorherige Erkennung des Geöffnet-Zustands aller Relais der Gruppe zurückzustellen, um das Öffnen eines Relais der ersten oder zweiten Gruppe hinter die vorherige Erkennung des tatsächlichen Schließens eines entsprechenden Überbrückungsrelais zurückzustellen, und um das Öffnen des entsprechenden Überbrückungsrelais hinter die Erkennung des tatsächlichen Schließens eines Relais der ersten oder zweiten Gruppe zurückzustellen.
System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend einen Fotowiderstand (10) und ein Zusatzmodul, um die Widerstandsänderungen des Fotowiderstands in einen Binärcode umzuwandeln, der an die Steuereinheit (1) gesendet wird.
Anlage zur Beleuchtungsregelung in Tunneln, die durch die Verwendung wenigstens eines programmierbaren Spannungsstabilisator- und Regelungssystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 gekennzeichnet ist.
Verfahren zur Prüfung einer Lampeneinheit, das durch die Verwendung wenigstens eines programmierbaren Spannungsstabilisator- und Regelungssystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 gekennzeichnet ist, wobei das Verfahren aus der Durchführung einer schnellen Verringerung der Speisespannung mit gezieltem Schließen lediglich der Relais der zweiten Gruppe (31) besteht.