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Einrichtung zur Regelung der Stromstärke elektrischer Verbraucher
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regelung der Stromstärke elektrischer
Verbraucher aus einem Wechselstromnetz konstanter Spannung. Die Höhe der Spannung
ist für jeden Verbraucher beliebig einstellbar und kann bei jedem eine größere Anzahl
von vorbestimmten Werten durchlaufen derart, daß der Übergang von einem dieser Werte
auf den nächsten stetig linear erfolgt.
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Derartige Einrichtungen können beispielsweise zur Regelung der Helligkeit
von Theaterbühnenbeleuchtungslampen verwendet werden. Bei der Bühnenbeleuchtung
ist es nämlich notwendig, die Spannungen, an welche eine Anzahl von Lampen bei einer
bestimmten Szene geschaltet werden, von vornherein festzulegen und ebenso die Spannungen
der Lampen bzw. der Lampengruppen bei den folgenden Szenen. Hinzu kommt die Forderung
des allmählichen linearen Überganges von der einen zur nächsten Szene.
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Die Erfindung bezieht sich darauf, diesen Forderungen mit einer kleineren
Anzahl von Apparaten und Regelkreisen zu genügen als in den bekannten Anordnungen.
Dies wird bei einer Regeleinrichtung, bei der mit dem Verbraucher eine gleichstromvormagnetisierte
Drossel in Reihe geschaltet ist, deren Gleichstromwicklung über gittergesteuerte
dampf- oder gasgefüllte Entladungsstrecken mit lichtbogenartiger Entladung gespeist
wird, dadurch erzielt, daß erfindungsgemäß in den Steuerkreisen der Entladungsstrecken
verstellbareTransformatoren, insbesondere Drehregler, vorgesehen sind, deren Sekundärwicklungen
in Reihe liegen. Hierbei sind die Primärwicklungen über einen Umschalter zu je zweien
über eine Spannungsteileranordnung an das Speisenetz angeschlossen, wobei die Spannungsteileranordnung
aus zwei einzelnen Spannungsteilern besteht, deren Abgriffe derart miteinander gekoppelt
sind, daß bei Betätigung der Abgriffe die Spannung am einen Spannungsteiler sinkt,
während sie am anderen steigt.
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Die Erfindung sei an einem Ausführrngsbeispiel erläutert. Als solches
ist eine Bührienbeleuchtungsregeleinrichtung gewählt worden, deren Schaltbild in
Abb. r wiedergegeben ist. Abb.2 zeigt die schematischen Kennlinien, die den Übergang
von einem Regelwert zum folgenden darstellen.
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In der Abh. r ist der Verbraucherkreis durch eine Anzahl von Lampen
to mit den Leitern rr und 12 bezeichnet und mit einer passenden Wechselstromquelle
13 und 1q. verbunden. Eine gleichstromvormagnetisierte Drossel 15 mit Eisenkern
dient dazu, die an die Lampen angelegte Spannung und damit die Helligkeit der Beleuchtung
zu regeln. Die Wicklungen r5a und z5b der Drossel 15 sind
in Reihe
mit dem Lampenkreis an das Wechselstromspeisenetz 13 und 14 angeschlossen. Der Einfachheit
halber ist in der Abbildung der Eisenkern der Drossel weggelassen. Um die Sättigung
der Drossel und damit den-Spannungsabfall in ihren Wechselstromwicklungen ändern
zu können, ist die Drossel mit . einer Gleichstromvormagnetisierungswicklung i Sc
versehen, die mit einem veränderlichen Gleichstrom über die Leitung 17 von der Gleichrichteranlage
16 gespeist wird.
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Eine Veränderung der Größe dieses Gleichstromes, der durch die Wicklung
i5c fließt, bewirkt eine Änderung der Sättigung der Drossel 15 und damit einen anderen
Spannungsabfall in den Wicklungen i 5a und 15b. Da die Netzspannung 13, 14 konstant
bleibt, bewirkt die Änderung des Spannungsabfalls in den Leitungen j 5a und i 5b
eine entsprechende Änderung der Spannung, die an den Lampen io liegt und damit einen
Helligkeitswechsel der Beleuchtung. Ein Anwachsen des Stromes in der Regelwicklung
i 5c bewirkt ein Kleinerwerden des Spannungsabfalls an den Drosselwicklungen i 5a
und 15b und damit ein Anwachsen der Spannung an den Lampen. Umgekehrt bewirkt ein
Kleinerwerden des Stromes in der Regelwicklung ein Anwachsen des Spannungsabfalles
in den Drosselwicklungen . und damit eine Verkleinerung der Spannung, die an den
Lampen liegt.
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Die gittergesteuerte Gleichrichteranordnung 16 ist mit dem Netz 13,
14 durch die Leiter 18 und i 9 verbunden.
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Eine neuzeitliche Bühnenbeleuchtungsanlage besitzt eine große Anzahl
von Lampenkreisen, die alle gleichartig aufgebaut sind. In der Abb. i ist von diesen
Lampenkreisen nur noch ein zweiter Lampenkreis 2o wiedergegeben. Zum Verständnis
der Regelung a11 dieser Stromkreise ist es nur erforderlich, die Regelung der Lampenkreise
io und 2o näher zu betrachten. Der letztere ist genau so wie der Lampenkreis io
mit dem Netz 13, 14 verbunden, und seine- Regelung ist dementsprechend.
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Um nun eine Anzahl von Beleuchtungsgraden des Lampenkreises io festzulegen,
sind mehrere Regeleinrichtungen 23, 24 und 25 vorgesehen und entsprechend für den
Lampenkreis 2o die Regeleinrichtungen 26, 27, 28. Die Zahl der Regeleinrichtungen
für jeden Lampenkreis entspricht der Zahl der gewünschten Beleuchtungsänderungen
und diese richtet sich nach dem Verwendungszweck. In der Zeichnung sind nur drei
Regeleinrichtungen in Verbindung mit jedem Lampenkreis wiedergegeben, ohne daß die
Erfindung auf diese Zahl beschränkt ist.
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Die Regeleinrichtung für jeden Lampenkreis sind Drehtransformatoren.
Zum Beispiel besteht die Regeleinrichtung 23 aus einer Primärwicklung 23d und einer
Sekundärwicklung 23b und die entsprechenden Regel-:einrichtungen 24 und 25
haben die Primärzwicklungen 24a bzw. 25a und die Sekundäricklungen 24b bzw. 25b.
Das eine Ende jeder @" Primärwicklung ist mit der Leitung 13 des Speisenetzes verbunden,
und das andere Ende der Primärwicklung führt zu den Stromschienen 29 bzw. 30 oder
31. Diese Spannungsschienen werden durch den Leiter 32 mit der anderen Seite 14
des Wechselstromnetzes verbunden. Ein Ende der Sekundärwicklung 23b liegt am Leiter
13 des Netzes. Die Sekundärwicklungen 23b, 24b und 25b sind untereinander
und mit dem Leiter 33 in Reihe geschaltet. Dieser Leiter führt zum Steuer- oder
Gitterkreis der Gleichrichteranordnung 16. Die Sekundärwicklungen 23b, 24b und 25b
können mittels entsprechender handbetätigter Drehknöpfe in die gewünschte Lage zu"
den entsprechenden Primärwicklungen gebracht werden. Die in der Sekundärwicklung
jedes dieser Regler induzierte Spannung hängt von der Lage ihrer Achse zur Lage
der magnetischen Achse der zugehörigen Primärwicklung ab. Wenn die Achsen der Primär-
und Sekundärwicklungen einander parallel sind, besitzt die in der Sekundärwicklung
induzierte Spannung ein Maximum, und wenn diese Achsen senkrecht aufeinanderstehen,
ist die induzierte Spannung in der Sekundärwicklung ein Minimum oder Null. Die handbetätigten
Drehknöpfe können mit Skalen versehen sein, die den Helligkeitsgrad der geregelten
Lampenkreise anzeigen. Die Reihenschaltung der Sekundärwicklungen 23b, a4b und 25b
ist so, daß die in diesen Wicklungen induzierten Spannungen sich addieren.
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Was hier über die zum Lampenkreis io gehörigen Regler 23, 24, 25 gesagt
worden ist, gilt in gleicher Weise für die Regeleinrichtungen 26, 27, 28, die zum
Lampenkreis 2o gehören und für die gegebenenfalls noch angeschlossenen Regeleinrichtungen
weiterer Lampenkreise.
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Außer diesen Regeleinrichtungen sind weitere Szenenregler 34, 357
36 vorgesehen, um gleichzeitig die Helligkeit aller Lampenkreise, die beider betreffenden
Szene angeschlossen sind, regeln"zu können. Diese Szenenregler dienen dazu, die
Spannungen, die an den Primärwicklungen der Drehtransformatoren während der betreffenden
Szene liegen, ändern zu können. Der Einfachheit halber sind diese Szenenregler als
Widerstände in Spannungsteilerschaltung dargestellt. Das untere Ende dieser Spannungsteiler
ist mit dem Leiter 13
des Netzes verbunden, während das obere Ende über den
Leiter 32 an der Leitung 14 des Netzes liegt.
Um die Spannungen
an den Primärwicklungen der Drehtransformatoren ändern zu können, sind die beweglichen
Kontakte 34a, 35a, 36a vorgesehen. Da die Primärwicklungen aller Drehtransformatoren
für Szene i mit der Sammelschiene 29 verbunden sind, wird durch die Verschiebung
des Kontaktes 34a die Spannung der Sammelschiene a9 und damit die Helligkeit aller
Lampenkreise, die während der Szene i angeschlossen sind, geändert. Entsprechendes
gilt für die Verschiebung der Kontakte 35a und 36d.
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Eine entsprechende Schalteranordnung 37 ist vorgesehen, um die oberen
Enden der Spannungsteiler 34,'35 und 36 mit der Leitung 14 des Netzes zu verbinden,
und eine passende Übergangsschalteranordnung 38 ist vorgesehen, um die Verbindung
zwischen den Szenenreglern und der Leitung 14 des Netzes herzustellen, und zwar
derart, daß die Spannung, die zwei Szenenreglern zugeführt wird, im entgegengesetzten
Sinne geändert werden kann. Um auf ähnliche Weise die Helligkeit aller Lampenkreise
ändern zu können, ist ein Großregler 39 vorgesehen. Er kann beispielsweise auch
aus einem Widerstand in Spannungsteilerschaltung, der die beiden Leitungen 13 und
14 der Wechselstromquelle miteinander verbindet, bestehen. Er trägt einen entsprechenden
Schleifkontakt 39a. Die Schalteranordnung 37 besteht aus einer Reihe fester Kontakte
37a, 37b, 37` und einer zweiten Reihe fester Kontakte 37d, 37e, 37t. Dazu kommt
eine Reihe beweglicher Kontakte 37g, 3711, 371. Die Kontaktanordnung 37 ist vorzugsweise
derart, daß nur zwei bewegliche Kontakte zu gleicher Zeit bewegt werden können.
Diese beiden beweglichen Kontakte können außerdem nur mit den entsprechenden Koritakten
in entgegengesetztem Sinne verbunden werden.
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Die übergangsschalteranordnung kann aus zwei Spannungsteilern 4o und
41 bestehen. Die beweglichen Kontakte dieser Spannungsteiler sind so mit einem Stab
miteinander verbunden, daß sie nur in derselben Richtung bewegt werden können. Da
die Spannungsteiler 40 und 41 entgegengesetzt mit dem Netz 13, 14 verbunden sind,
werden die Spannungen an den beweglichen Kontakten 40a, 41a in entgegengesetztem
Sinne geändert, wenn die Kontakte in derselben Richtung bewegt werden, d. h. wenn
die Drehung der Kontakte derart ist, daß die Spannung am Kontakt 40a wächst, nimmt
die Spannung am Kontakt 41a ab, und umgekehrt.
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Wenn sich die Kontakte 4oa und 4,a in der äußersten Lage befinden,
wie es dargestellt ist, führt der Leiter 44 die Spannung der Leitung 14 des Netzes
und der Leiter 45 die Spannung der Leitung 13. Es ist also die Spannungsdifferenz
zwischen dem Leiter 45 und der Leitung 13 der Spannungsquelle Null, und der Leiter
44 hat demgegenüber ioo °/o der Netzspannung. Nimmt man nun an, daß für die erste
Szene die Lampen io von der vollen Leuchtstärke 75 °/o und während der zweiten Szene
z5 °/o der vollen Leuchtstärke haben sollen, so wird der Regler 23 für die Szene
i auf 75 °/o und der Regler 24 für die Szene 2 auf 25 °% der vollen Leuchtstärke
eingestellt.
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Für die Szene i wird der bewegliche Kontakt 379 mit dem festen
Kontakt 37a verbunden. Dadurch werden ioo °/o der Spannung dem Spannungsteiler 34
und folglich auch Zoo % der Sammelschiene 29 und der Primärwicklung 23a des
Drehtransformators 23 zugeführt. Der bewegliche Kontakt 3711 ist mit dem festen
Kontakt 37e verbunden, und da der Leiter 45 gegen den Leiter 13 keine Spannung hat,
ist der Spannungsabfall im Spannungsteiler 3 5 Null, und folglich ist auch die Spannung
an der Primärwicklung :24a des Reglers 24 Null. Da der bewegliche Kontakt
37' weder mit 37c noch mit 371 verbunden ist, liegt auch an der Primärwicklung
25a des Drehtransformators 25 die Spannung Null. Diese Spannungsbedingungen sind
in der Abb. 2 geometrisch veranschaulicht. Das Diagramm stellt die Verhältnisse
schematisch dar. In Wirklichkeit sind die Verhältnisse nicht durch lineare Beziehungen
darstellbar. Der Punkt 46 stellt die Spannung im Primärkreis und der Punkt 47 die
Spannung im Sekundärkreis des Drehtransformators 23 dar. Da.die Spannungen der Sekundärwicklungen
24b und 25b der Regler 24 und 25 Null sind, werden 75 °/o der Netzspannung von der
Sekundärwicklung 23b des Reglers 23 dem Steuerkreis der Gleichrichteranordnung 16
zugeführt, folglich brennen die Lampen io mit 75 °/o der vollen Leuchtstärke. Die
Spannung, die dem Steuerkreis der Gleichrichteranordnung 16 zugeführt wird, ist
etwas kleiner als 75 % der Netzspannung, und zwar wegen des Spannungsabfalles
in den Sekundärwicklungen der Regler 24, a5. Da jedoch der Strom, der der Gleichrichteranordnung
zugeführt wird, und die Impedanz der Sekundärwicklungen der Regler 24 und 25 verhältnismäßig
konstant ist, ist die dem Steuerkreis des Gleichrichters aufgedrückte Spannung um
einen kleinen konstanten Wert kleiner als die Spannung auf der Sekundärseite des
Drehtransformators 23.
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Wenn der Übergang von Szene i zu Szene 2, hergestellt werden
soll, werden die beweglichen Kontakte 4oa und 4,a der Schalteranordnung 38 von der
einen äußersten Lage in die andere gedreht. Bei Beginn der Bewegung ist die Spannun,
die der Primärwicken
Jung des Reglers 24 zugeführt wird, Null, was
durch den Punkt 48 der Abb. 2 dargestellt wird. Bei fortschreitender Bewegung der
Kontakte 4oa und 41a nimmt die Spannung auf der Primärseite des Drehtransformators
23 linear von xoo °/o bis Null ab. Dieser Vorgang wird durch die Gerade 49 dargestellt.
In gleicher Weise nimmt die Spannung auf der Sekundärseite des Reglers 23 linear
von 75 % nach Null ab. Dieser Vorgang wird durch die Gerade 5o wiedergegeben.
Gleichzeitig nimmt die Spannung am beweglichen Kontakt 41a und folglich auch die
Spannung auf der Primärseite des Reglers 24 linear von Null bis zoo °% zu, wie durch
die Linie 5 r dargestellt wird, und da die Sekundärwicklung des Reglers 24 für eine
Maximalspannung von 25 °/o der überhaupt möglichen eingestellt ist, nimmt die Spannung
auf der Sekundärseite des Reglers 24 von Null bis 25 °/o zu. Dieser Vorgang ist
durch die Gerade 52 wiedergegeben.
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Die Spannung, die dem Gitterkreis der Gleichrichteranordnung 16 zugeführt
wird, ist in jedem Augenblick während dieses Überganges gleich der Summe der Spannungen
der Sekundärwicklungen der Drehtransformatoren 23 und 24. Mit: anderen Worten, die
Gitterspannung der Glelchri,chteränordnung ist die Summe derjenigen Spannungen,
die durch die Geraden 5o und 52 dargestellt werden. Diese Summe gibt die Gerade
53 wieder.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß der Übergang der Beleuchtungsstärken
von einer Szene zur anderen ein allmählicher linearer ist. Um den Übergang von Szene
2 zu Szene 3 zu bewirken, wird der bewegliche ,Kontakt 37g vom Kontakt 37a
gelöst, und der bewegliche Kontakt 371 wird mit dem festen Kontakt 37c verbunden.
Danach werden die Drehkontakte 4oa und 4,a von der einen äußersten Lage in die andere
übergeführt und damit ein allmählicher linearer Übergang zur nächsten Szene -in
der oben ausgeführten Art ermöglicht.
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Obgleich der Erfindungsgedanke an einem konkreten Ausführungsbeispiel,
der Anwendung auf die Bühnenbeleuchtung, dargelegt worden ist, ist die Erfindung
nicht auf diese spezielle Regeleinrichtung beschränkt.