DE69915179T2

DE69915179T2 - Adaptereinrichtung zur Verbindung von Lasten mit einer geregelten Stromquelle

Info

Publication number: DE69915179T2
Application number: DE69915179T
Authority: DE
Inventors: Gianluigi Basile
Original assignee: OCEM SpA
Current assignee: OCEM SpA
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: EP0971566A3; EP0971566B1; DE69915179D1; ITBO980422A1; IT1306314B1; EP0971566A2; ES2217651T3; ATE261233T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht auf eine Adaptereinrichtung zum Anschluß einer elektrischen Last an eine beliebige Art von geregelter Stromquelle.
Es ist bekannt, daß in Mittel-Hochleistungs-Beleuchtungssystemen, die Lasten (Lampen) vorzugsweise derart in Reihe geschaltet werden, daß sie ein sogenanntes Lastnetzwerk bilden.
Die elektrischen Lasten können auch mittels Kopplungstransformatoren in Reihe geschaltet werden, deren Primärwicklungen in Reihe miteinander verbunden sind, um einen Versorgungsstromkreis zu bilden (1).
Dieses erlaubt es, über eine Stromquelle, von der die werte bekannt sind, den Versorgungskreis mit einem Strom zu versorgen, der so geregelt wird, daß er in Bezug zur Anzahl der Lasten steht.
Jede Last kann jedoch ein anderes Leistungsniveau erfordern, abhängig von den Anschluß-Trennungs-Zyklen und in Abhängigkeit von ihren Betriebsbedingungen.
Diese kombinierten Änderungen der Spannungs- und Stromversorgung und infolgedessen der Leistung können bei manchen Lasten Betriebsprobleme verursachen.
Aus der WO-A-9104647 ist eine Feld-Beleuchtungsinstallation bekannt, die eine Anzahl von in Reihe geschalteten Lampenhalterungen umfaßt, die über eine Konvertereinheit aus der wechselstromhauptleitung versorgt werden und die so ausgebildet ist, daß sie die im wesentlichen konstante Spannung, die sie aus der Hauptleitung bezieht, in einen im wesentlichen konstanten Strom in den Abzweigleitungen, die die Lampenhalterungen enthalten, umwandelt. Eine stromgeregelte Reguliereinheit ist mit jeder Lampenhalterung oder Gruppe von Halterungen verbunden, um den Strom durch die dazugehörige Lampe oder die Lampen zu regeln.
Die Ausgangsspannung wird jedoch nicht geregelt und das Versorgungs-Netzwerk wird mittels eines Boucherot-Stromkreises betrieben, um einen Stromgenerator zu bilden und den Strom mittels Thyristoren und Triacs zu steuern. Der Boucherot-Stromkreis ist ein Reihenresonanzstromkreis, der durch eine Induktanz und einen Kondensator gebildet wird und der auf die Frequenz der Hauptleitung abgestimmt ist, so daß, wenn eine Lampe durchbrennt, die Spannung auf sehr hohe werte ansteigen kann.
Daher ist der Betrieb der Installation gefährlich und muß mit Schutzmaßnahmen versehen werden, die die Kosten der Anlage erhöhen.
Der Stromkreis kann nicht an bereits vorhandene Installationen angeschlossen werden, da er einen Boucherot-Stromkreis im Versorgungs-Netzwerk erfordert, was es erfordert, die ganze Installation auszuwechseln oder zu modifizieren, indem zusätzliche Schutzvorrichtungen hinzugefügt werden und so weiter, was nicht immer möglich ist und ziemlich kostspielig ist.
Einzelne Laststromkreise von bereits vorhandenen Installationen können nicht verändert werden wenn die anderen unverändert beibehalten werden. Es wird keine Änderung der Stromfrequenz durchgeführt, und die Spannung über der Last wird nicht geregelt.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Adaptereinrichtung zum Anschluß einer elektrischen Last an eine geregelte Stromquelle vorzuschlagen, die es erlaubt, die Spannung oder die Leistung über der gleichen Last konstant zu halten, während sich der Strom im Stromkreis ändert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Adaptereinrichtung vorzuschlagen, die es erlaubt, sowohl die Amplitude als auch die Frequenz des über die gleiche Last fließenden Stromes zu modulieren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Adaptereinrichtung vorzuschlagen, die durch eine einfache und preiswerte technische Lösung mit hohem Funktionalitäts- und Zuverlässigkeitsstandard verwirklicht wird und die in be reits vorhandenen und/oder veralteten Einrichtungen verwendet werden kann.
Die oben erwähnten Aufgaben werden in Übereinstimmung mit dem Inhalt der Patentansprüche gelöst.
Die charakteristischen Merkmale der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen erläutert, in denen:
1 einen der Schaltpläne gemäß dem Stand der Technik zeigt, wie sie z. B. für Beleuchtungssysteme oder die Bereitstellung einer konstanten Spannung an entfernten Lasten verwendet werden;
2 einen Schaltplan der vorgeschlagenen Vorrichtung zeigt.
Unter Bezug auf die oben erwähnten Abbildungen bezeichnet das Bezugszeichen GAC einen Wechselstromgenerator, zum Beispiel einen Einphasengenerator, obwohl auch jede andere Art von Generator benutzt werden könnte. Der Generator ist mit einem Versorgungskreis 4 verbunden, der eine Reihe von elektrischen Lasten 3 versorgt. Ein Versorgungsstrom I1 fließt durch den Versorgungskreis.
Die Lasten werden an den Versorgungskreis 4 über Kopplungstransformatoren 3a angeschlossen, deren Primärspulen im gleichen Versorgungskreis 4 in Reihe geschaltet sind.
Die Sekundärspulen des Kopplungstransformatoren 3a sind direkt mit den Lasten 3 verbunden, so daß die zugeordneten Lastkreise 6 definiert werden, und ein Hauptstrom I2 fließt in jedem Lastkreis (1). Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Adapterschaltung, die an den Versorgungskreis 4 über die Sekundärspule eines Koppelungstransformators 3a angeschlossen ist. Die Ausgangsanschlüsse der Adaptereinrichtung 1 sind direkt über eine Last 3 verbunden (siehe 2).
Ein erster Detektor 5b wird ebenfalls über die Last 3 angeschlossen, und ein Strom I5 fließt durch diesen. Der erste Detektor 5b ist an eine Steuereinheit C angeschlossen, die die Adaptereinrichtung 1 in Übereinstimmung mit den Spannungssignalen, die vom ersten Detektor 5b kommen, ansteuert.
Ein zweiter Detektor 5a ist in Reihe mit der Last 3 geschaltet und folglich ist der über die Last fließende Strom IC der gleiche Strom, der auch durch den zweiten Detektor 5a fließt. Auch der zweite Detektor 5a ist an die Steuereinheit C angeschlossen, so daß die Adaptereinrichtung 1 in Übereinstimmung mit dem Strom angesteuert werden kann, der durch die Last 3 fließt.
Auf diese Weise kann die Adaptereinrichtung 1 durch die Steuereinheit C in Abhängigkeut von den kombinierten Signalen, die vom ersten und zweiten Detektor 5b, 5a kommen, angesteuert werden.
Im wesentlichen enthält die Adaptereinrichtung 1 eine Steuergruppe 7 und eine Halbleiter-Umformergruppe D. Die Steuergruppe 7 ist über die Eingangsanschlüsse der Vorrichtung angeschlossen und ein davon abgeleiteter Strom IG fließt durch diese.
Die Halbleiter- Umformergruppe D ist über der gleichen Steuergruppe 7 angeordnet und hat die Aufgabe, die sinusförmige Eingangswelle derart zu verarbeiten, daß ein variables Gleichstrom-Ausgangssignal in Übereinstimmung mit vorbestimmten Moden erzeugt wird (zum Beispiel mittels einer kontrollierten oder halb-kontrollierten Diodenbrücke, einfach oder doppelt). Dieses geschieht in Übereinstimmung mit den Signalen, die von der Steuereinheit C kommen.
Der Effektivwert des abgeleiteten Stromes IG wird durch die Steuereinheit C, justiert, die über den zugeordneten Steueranschluß die Steuergruppe 7 in Abhängigkeit vom Effektivwert des Stromes I2, der in dem entsprechenden Lastkreis 6 fließt, regelt.
Folglich wird die Last 3, die an den Ausgangsanschlüssen der Adaptereinrichtung 1 angeschlossen ist, von einem Laststrom IC durchflossen und über ihr fällt eine Lastspannung VC ab, wobei beide vom Versorgungsstrom I1 abhängen. Das Verhältnis zwischen dem Versorgungsstrom I1 und dem Hauptstrom I2 hängt vom Windungsverhältnis des zugeordneten Kopplungstransformators 3a, vom abgeleiteten Strom IG, der von der Steuergruppe 7 aufgeprägt wird, und, zum geringen Anteil, vom Detektionssstrom I5 ab.
Eine Rückkopplung besteht zwischen dem Versorgungskreis 4 und dem betreffenden Lastkreis 6, da der abgeleitete Strom IG von der Steuergruppe 7 in Übereinstimmung mit den von der Steuereinheit C kommenden Signalen geregelt werden kann.
Dieses dient dem Zweck, die effektive Lastspannung VC, den effektiven Laststrom IS und die dadurch bewirkten zugeordneten thermischen Effekte auf einem konstanten wert zu halten.
Die Steuergruppe 7 ist in der Lage, den abgeleiteten Strom IG in Übereinstimmung mit den Funktionszyklen, die durch eine Betriebsfrequenz F, die innerhalb eines breiten Bereiches variiert, definiert werden, zu regeln.
Zum Beispiel beeinflussen, wenn der Wert des Versorgungsstromes I1 wegen des Anschlusses oder des Abrennens einer Anzahl von Lasten 3 an den bzw. von dem Versorgungskreis 4 oszilliert, diese Oszillationen über den Kopplungstransformator 3a auch den Hauptstrom I2 im Lastkreis 6, in dem die Adaptereinrichtung 1 angeordnet ist.
Diese Oszillationen des Stromes I1 haben jedoch keinen Einfluß auf die betreffende Last 3, die wegen der Rückkopplung durch die Steuergruppe 7 auf den Lastkreis 6 immer den gewünschten effektiven Werten des Stromes IS und der Spannung VC unterworfen wird.
In der Tat arbeitet die Steuergruppe 7 als Folge der Signale, die von der Steuereinheit C kommen, in Übereinstimmung mit den Operationszyklen, die eine Betriebsfrequenz F so haben, derart, daß der abgeleitete Strom IG passend so moduliert ist, daß die Oszillationen des Hauptstromes I2 geeignet gedämpft sind.
Zum Beispiel würde, wenn diese die Oszillationen des Versorgungsstromes I1 eine Zunahme des effektiven Wertes des Hauptstromes I2 verursachen würden, die Steuereinheit C für die Steuergruppe 7 Operationszyklen mit der gewünschten Betriebsfrequenz F mit dem Ziel veranlassen, den abgeleiteten Strom IG zu erhöhen, damit der Strom IC über der Last und die Spannung VC über der Last stabilisiert werden.
In der gleichen Weise würde, wenn die Oszillationen des Versorgungsstromes I1 eine Abnahme des effektiven wertes des Hauptstromes I2 verursachen würden, die Steuereinheit C für die Steuergruppe 7 Operationszyklen mit der gewünschten Betriebsfrequenz F mit dem Ziel veranlassen, den abgeleiteten Strom IG zu verringern und damit auch den Strom IC über der Last und die Spannung VC über der Last.
Die oben erwähnten Stabilisierungsvorgänge, die durch die Steuergruppe 7 der Adaptereinrichtung 1 über die Steuereinheit C durchgeführt werden, erfolgen entsprechend den Ablaufprogrammen, die eine vorbestimmte Betriebsfrequenz F haben, die in geeigneter Weise in Übereinstimmung mit den Charakteristika der Last 3 gewählt wird.
Insgesamt ist die vorangehend beschriebene Adaptereinrichtung in der Lage, innerhalb eines engen Variationsbereiches den effektiven Wert des Stromes IS und/oder der Spannung VC über einer elektrischen Last 3 zu stabilisieren.
Dies erfolgt unabhängig von den Oszillationen, die den Versorgungsstrom I1 beeinflussen, der den Lastkreis 4 durchfließt, an den die betreffende Last 3 über einen zugeordneten Kopplungstransformator 3a angeschlossen ist.
Zum Beispiel kann die Steuergruppe 7 Halbleiterkomponenten umfassen, die drei Anschlüsse haben, wie sie normalerweise in der Industrieelektronik benutzt werden, wie "GTO '," BJT" und "IGBT".
Es sollte auch angemerkt werden, daß nur sehr wenige und einfache Komponenten zur Adaptereinrichtung 1 gehören. Dieses ist insoweit ein erheblicher Vorteil, als dadurch die Herstellungskosten sehr niedrig sind.

Claims

Adaptereinrichtung zum Anschluß einer elektrischen Last an eine geregelte Stromquelle, wobei die elektrische Last mit einer Versorgungseinrichtung verbunden ist, durch welche ein Versorgungsstrom fließt, unter Verwendung eines Kopplungstransformators (3a), dessen Primärspule in Serie mit der vorstehend erwähnten Versorgungseinrichtung geschaltet ist und dessen Sekundärspule, durch welche ein Hauptstrom fließt, an die Last angeschlossen ist, und wobei eine Umformergruppe (D) auf den Strom einwirkt, der durch jede Last (3) fließt und wobei eine Steuergruppe (7) parallel zur Sekundärspule des Kopplungstransformators (3a) geschaltet ist und wobei die Steuergruppe (7) mit einem abgezweigten Strom (IG) versehen ist, der durch diese hindurchfließt und wobei eine Steuereinheit (C) die Adaptereinrichtung steuert, die Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß: die Umformergruppe (D) ist parallel zu Eingangsanschlüssen der Adaptereinrichtung hinter der Steuergruppe (7) geschaltet; ein erster Detektor (5b) ist mit der Last (3) verbunden und hinter der Umformergruppe (D) angeordnet, so daß ein abgeleiteter Strom (I5) durch den ersten Detektor strömt und daß der erste Detektor (5b) ein Signal bereitstellt, welches proportional zur Lastspannung (VC) ist, die über der Last (3) anliegt und die zur Steuereinrichtung übermittelt wird; die Steuereinrichtung (C) steuert die Steuergruppe (7) unter Verwendung eines Steueranschlusses und in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Steuertakt, so daß der abgeleitete Strom (IG) durch die Steuergruppe eingestellt wird; die Steuereinrichtung steuert die Umformergruppe (D) derart, daß eine Eingangswellenform umgeformt wird, so daß in Übereinstimmung mit dem Verlauf des von der Steuergruppe (7) ermittelten Stromes die Lastspannung (VC), die die Last (3) beaufschlagt, konstant gehalten wird.
Adaptereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens einen zweiten Detektor (5a) umfaßt, der in Serie mit der elektrischen Last (3) geschaltet ist und von einem Laststrom (IC) durchflossen wird, wobei der zweite Detektor dafür geeignet ist, ein Signal zu generieren, das proportional zum Laststrom (IC) ist, und wobei das Signal zur Steuereinrichtung (C) übermittelt wird.
Adaptereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorstehend beschriebene Steuertakt für die Steuergruppe (7) eine Steuerfrequenz (F) aufweist, welche von der Steuereinheit (C) vorgebbar ist.
Adaptereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergruppe (7) eine mit drei Anschlüssen versehene Halbleiterkomponente aufweist, die als "IGBT" bezeichnet wird.
Adaptereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergruppe (7) eine mit drei Anschlüssen versehene Halbleiterkomponente aufweist, die als "BJT" bezeichnet wird.
Adaptereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergruppe (7) eine mit drei Anschlüssen versehene Halbleiterkomponente aufweist, die als "GTO" bezeichnet wird.