EP0807311B1 - Vorrichtung zur spannungsregelung - Google Patents

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EP0807311B1
EP0807311B1 EP96902973A EP96902973A EP0807311B1 EP 0807311 B1 EP0807311 B1 EP 0807311B1 EP 96902973 A EP96902973 A EP 96902973A EP 96902973 A EP96902973 A EP 96902973A EP 0807311 B1 EP0807311 B1 EP 0807311B1
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EP
European Patent Office
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voltage
switching element
section
turns
transformer
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96902973A
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English (en)
French (fr)
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EP0807311A1 (de
Inventor
Siegfried Plöbst
Robert Renner
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19541341A external-priority patent/DE19541341C2/de
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0807311A1 publication Critical patent/EP0807311A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0807311B1 publication Critical patent/EP0807311B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/02—Auto-transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/02—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings

Definitions

  • the invention relates to a lighting system with gas discharge lamps and an autotransformer uninterrupted voltage regulation of the Gas discharge lamps.
  • a street lighting system will be used during the evening rush hour generally with full Luminous intensity, i.e. operated with mains voltage, and in the quiet night time with reduced tension. With gas discharge lamps, switching from the Mains voltage to the reduced voltage and vice versa uninterrupted, otherwise the lamp will fail.
  • this is stepless adjustable transformers used, e.g. B. a Autotransformer that has an iron core with only one Has winding, the input side with the phase of Network and the neutral conductor and on the output side with one Tapping the transformer winding and the neutral conductor connected is.
  • the voltage to be removed is indicated by Tap the line leading to the phase of the consumer leads, obtained on a turn of the winding.
  • the Ratio of the voltage to be reduced to the nominal voltage corresponds to the ratio of the number of turns, between the output side of the winding and of the stripped turn to the total number the winding of the winding.
  • the entire winding forms so the primary winding, during the winding section between the tap and the neutral Secondary winding of the savings transformer forms.
  • Designated load section is also called Designated load section.
  • variable transformers are known in which the Winding is provided with taps. So while there is no interruption of switching and no short circuit of the turns to be switched on and off occurs in each branch between tapping and the supply line to the consumer two switching elements provided, the second switching element a Resistance bridged. The switching process begins with the fact that in the connected, first branch of the Resistor is turned on and then over an equal resistance in the other branch Connection is made with the new tap. The turns to be switched between the two Taps are now short-circuited in the Short circuit, however, are the two resistors and limit the short-circuit current. If so now first switching element is separated in the first branch, the new tap is already connected. Your direct connection to the outer supply line finally by closing the second switching element in the second branch reached.
  • the well-known variable transformer with tap changer is through the two switching elements and the resistance at each tap is expensive and accordingly expensive.
  • the object of the invention is a simple structure To provide lighting system with gas discharge lamps, which is an uninterrupted voltage regulation of gas discharge lamps.
  • the device according to the invention is preferably used for Bridging the load section of the transformer and the other switching element, the primary winding except To put operation. It can also be in the control section be provided.
  • the two Switching elements When switching to change the Voltage on the gas discharge lamps are the two Switching elements controlled so that the load section Throttle forms. In this way, the Gas discharge lamps when switching always with the Minimum voltage supplied. When switching between individual switching elements practically simultaneously takes place, the throttling effect can hardly bear come. The short circuit can then be so short that the short-circuit current cannot increase.
  • the Switching elements can therefore be controlled so that a Short circuit is limited in time so that a Damage to the switching elements or lines is prevented.
  • controllable transformer there is the primary and / or Secondary winding preferably at least partly from individual sections, which in one of the combination corresponding to decreasing voltage are interconnectable.
  • At least one section has the first switching element in its current path and the other between its entrance and the exit Switching element on.
  • the switching elements are preferred by Sagittarius formed.
  • Each section can have one Resistor, a choke and / or a fuse have, preferably a line with the one Switching element is provided with which the consumer the phase of the network can be connected.
  • the further Switching element can be arranged in the line, which the load section on the output side with the consumer connects.
  • the transformer winding of the autotransformer has preferably one on the input side to the phase of Network and output side to the phase of the consumer connected load section and one connected on the output side to the neutral conductor Control section on, which at least partially from the Individual sections that exist in one of the combination with decreasing voltage the neutral are connectable.
  • the tax section consists preferably of a first part and a second part. The second part is between the arranged first part and the load section. It is the number of turns connected to the neutral conductor of the second part unchangeable, while the number of turns of the first which can be connected to the neutral conductor Is partly changeable.
  • the consumer is one Lighting system with gas discharge lamps.
  • the gas discharge lamps at full light intensity So operating with mains voltage is the first Switching element closed and the second switching element open. If the Brightness reduced, that is Gear ratio of the transformer corresponding voltage drop, the first switching element opened and the second switching element getting closed. To do this is a certain one Switchover time necessary.
  • the two switching elements are preferably by protection with make contacts and / or protection with make and break contacts. At protection as a switching element is the switchover time a few milliseconds.
  • a switching element in the primary circuit opened So that goes the load section of the transformer, i.e. the Section over which the load current flows into a Throttle over. This way a failure of the Lamp prevented during the switching process. Then the further switching element is closed, whereby a the transformation ratio of the transformer sets the corresponding voltage drop.
  • FIGS. 1 to 5 a different circuit of an autotransformer show according to the invention.
  • the autotransformer consists of a closed iron core 1 with a winding 2. Die entire winding 2 forms the primary winding of the Autotransformer, section 4 of winding 2 between phase L of the network and tap 3 of the Line 5 to the gas discharge lamp 6 provides the The load section represents the load current IL to the lamp 6 flows.
  • the winding section 7 between the tap 3 and the neutral conductor N forms the secondary winding of the Autotransformer through which the magnetizing current IM and a compensation current dependent on the load flows.
  • the phase L of the network is via a bypass line 8 connected to line 5.
  • the bypass line 8 has a first switching element 9, so that they at closed switching element 9 the load section 4th bridged.
  • the output of the secondary winding 7 is with the neutral conductor N connected via a line 10, the one has second switching element 11.
  • the two switching elements 9 and 11 are by a Contactor, i.e. a remote-controlled electromagnetic Switch formed, preferably by the closer or opener of the same contactor, or by the two NO contacts of a contactor, as in the drawing shown.
  • a Contactor i.e. a remote-controlled electromagnetic Switch formed, preferably by the closer or opener of the same contactor, or by the two NO contacts of a contactor, as in the drawing shown.
  • the nominal voltage is designated U1, and the Load voltage with U2.
  • the switching element 9 opens and the switching element 11 is closed, that is at unactuated contactor, the lamp 6 with the by Transformer reduced voltage U2 ⁇ U1 operated.
  • the contactor is actuated.
  • the load section 4 acts during the switching time of Protection for a short time, d. H. for example 5 to 50 Milliseconds as a choke.
  • the throttle leads to a voltage drop. However, this is low, so that the lamp 6 during the switching process with a sufficient voltage U2 is supplied.
  • closes the switching element 9, whereby the load section 4th or bridged the choke and thus the lamp 6 with the nominal voltage U1 is operated, that is U2 U1.
  • the nominal voltage z. B. is 220 V
  • the reduced voltage U2 is greater is than that for operating the gas discharge lamp 6 required minimum voltage, preferably 5 V to 10 V greater than the minimum voltage to accommodate fluctuations in the Nominal voltage.
  • the load section 4 is the Bridged transformer and the primary winding 2 or the control section 7 is deactivated.
  • the two switching elements 9, 11 are each so controlled that the load section 4 a Gas discharge lamps 6 forms upstream choke.
  • FIG. 2 shows a transformer with a primary winding 12 and a secondary winding 13 on a closed one Iron core 1 shown. Through lines 15 and 16 this transformer is also switched as an economy transformer.
  • the secondary winding 13 forms the load section of the Transformer, i.e. the section over which the Load current IL flows via line 14 to lamp 6.
  • the secondary winding 13 has a bypass line 8 can be bridged with a first switching element 9.
  • the primary winding 12 is on the input side with the phase L of the network connected via a line 15 in which the second switching element 11 is arranged.
  • the exit side the primary winding 12 is connected via a line 16 to the Neutral conductor N connected.
  • the switching element 9 When the load voltage U2 to a reduced voltage U2 ⁇ U1 is to be switched, the switching element 9 first opened so that the secondary winding 13 as Throttle acts, whereupon the switching element 11 is closed becomes.
  • FIG. 1 An autotransformer is shown in FIG which the load voltage U2 can be finely regulated can.
  • the secondary winding 7 of Figure 1 is there replaced by a control section 17.
  • the control section 17 is composed of a first part 18 and a second part 19 is formed.
  • the turns of the second part 19 connect to the turns of the Load section 4.
  • the turns of the first part 18 the control section 17 consist of several Sections I to IV.
  • Each individual section I to IV points in its current path a first switching element 24 to 27. Furthermore, a Switching element 28 to 31 between the input side E and the output side A of each section I to IV intended. From the input side E each Section I to IV leads a line 32 to 35 to the turns of the relevant section I to IV, with the first in lines 32 to 35 Switching element 24 to 27 is arranged. Another Line 36 to 39 leads from the turns of the each individual section I to IV to the Output side A of the same.
  • the input side E of the first individual section I is via a line 40 to the output side of the second Part 19 of the control section 17 connected while the output side A of the facing away from the second part 19 Section IV via a line 41 with the Neutral conductor N is connected, in line 41 that Switching element 11 is arranged.
  • a line 40 to the output side of the second Part 19 of the control section 17 connected while the output side A of the facing away from the second part 19 Section IV via a line 41 with the Neutral conductor N is connected, in line 41 that Switching element 11 is arranged.
  • the Switching elements 28 to 31 are the Switching elements 28 to 31.
  • Each individual section I to IV has one different number of turns. For example, can the individual section I ten, the individual section II twenty, section III forty and the Individual section IV have eighty turns.
  • the number of turns NM of the Control section 17, which is connected to the neutral conductor are in accordance with the voltage U2 to be taken be changed.
  • the number of turns NM of the The control section consists of the unchangeable Number of turns NM const. Of the second part 19 and changeable number of turns NM v of the individual sections I to IV, which are connected to the neutral conductor N.
  • the voltage to be decreased U2 for all connected four individual sections I to IV z. B. 210 V and the decreasing voltage U2 for all four switched off Individual sections I to IV, i.e. only with the turns of the second part 19 of the control section 17 z. B. 170 V the voltage U2 can be between 170 V and 210 V can be changed in sixteen steps.
  • the change in voltage at each stage is but not the same size. That is, it exists no linearity between the switched on Number of turns and change in size of the decreasing voltage U2.
  • NR NL x U2 (U1-U2) - NF
  • NL is the number of turns of the load section 4
  • U1 the nominal voltage
  • NF the unchangeable number of turns of the second part 19 of the control section 17.
  • the total effective winding, i.e. H. the load section 4, the second part 19 of the control section 17 with the invariable number of turns NF as well as the switched turns NR of the first part 18 of the Control section 17 form the primary winding of the Saving transformers, while the second part 19 and the switched turns NR of the first part 18 die Form secondary winding. It can be seen that with that the primary and secondary winding for the economy transformer can be changed, depending on which Section I to IV interconnected and with the Neutral conductor N are connected.
  • the transformer can also be designed in three phases.
  • the first switching element 24 to 27 and the second switching element 28 to 31 the individual section I until IV are closed at the same time individual sections I to IV short-circuited, so that it can be destroyed.
  • switching elements 24 up to 31 can shooters, remote controlled electromagnetic switches are used that are inexpensive and millions of switches withstand.
  • the two switching elements 24 and 28, 25 and 29, 26 and 30 and 27 and 31 of each section I to IV should switch on the one hand if possible, so that the twitching stops, on the other hand they are allowed not be closed at the same time because otherwise a Short circuit occurs.
  • the short-circuit current however, needs a certain one Time from z. B. two to ten milliseconds until it turns fully built. Therefore, when switching elements 24 to 31 be used which have a very short switching time have, for example, a switching time that the Half or less of the build time for the Short-circuit current, there is a risk that a Short circuit to damage the concerned Section I to IV leads, significantly reduced.
  • the primary winding is 12 in the same way from individual sections I to IV constructed like the first part 18 of the control section 17 of the autotransformer according to FIG. 3. Accordingly, in Figure 4 also the same reference numerals for the Switching elements 24 to 31, the lines 32 to 39 and the resistor 43 used.
  • the switching element 11 is in the line 16 arranged which the output of the Individual section IV connects to the neutral conductor N. This transformer is through lines 15 and 16 also switched as an economy transformer.
  • Control section 17 of the savings transformer several branches 53, 54, 55 on, which by the switching elements 50, 51, 52, preferably contactors, optionally with neutral line N are connectable.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungsanlage mit Gasentladungslampen und einem Spartransformator zur unterbrechungslosen Spannungsregelung der Gasentladungslampen.
Eine Straßenbeleuchtungsanlage wird während der abendlichen Hauptverkehrszeit im allgemeinen mit voller Lichtstärke, also mit Netzspannung betrieben, und in der verkehrsruhigen Nachtzeit mit reduzierter Spannung. Bei Gasentladungslampen muß das Umschalten von der Netzspannung auf die reduzierte Spannung und umgekehrt unterbrechungslos erfolgen, sonst fällt die Lampe aus.
Nach dem Stand der Technik werden dazu stufenlos regelbare Transformatoren verwendet, z. B. ein Spartransformator, der einen Eisenkern mit nur einer Wicklung aufweist, die eingangsseitig mit der Phase des Netzes und dem Nulleiter und ausgangsseitig mit einem Abgriff der Transformatorwicklung und dem Nulleiter verbunden ist. Die abzunehmende Spannung wird durch Abgriff der Leitung, welche zur Phase des Verbrauchers führt, an einer Windung der Wicklung erhalten. Das Verhältnis der abzunehmenden Spannung zur Nennspannung entspricht dabei dem Verhältnis der Zahl der Windungen, die sich zwischen der Ausgangsseite der Wicklung und der abgeriffenen Windung befinden, zu der Gesamtzahl der Windung der Wicklung. Die gesamte Wicklung bildet also die Primärwicklung, während der Wicklungsabschnitt zwischen dem Abgriff und dem Nulleiter die Sekundärwicklung des Spartrafos bildet. Der Wicklungsabschnitt der Primärwicklung zwischen der Phase des Netzes und dem Abgriff wird auch als Lastabschnitt bezeichnet.
Um den Transformator regelbar auszubilden, ist es bekannt, für die Wicklung blanke Drähte zu verwenden, und für den Abgriff einen Abnehmer, der entlang der Wicklung über die blanken Drähte gleitet. Da der gesamte Laststrom über den Abnehmer fließt, muß er entsprechend aufwendig ausgebildet werden. Außerdem ist ein Motor zur Verschiebung des Abnehmers notwendig, und der Abnehmer wird durch den Gleitkontakt der Wicklung abgenutzt.
Ferner sind Stelltransformatoren bekannt, bei denen die Wicklung mit Anzapfungen versehen ist. Damit während des Umschaltens keine Unterbrechung stattfindet und kein Kurzschluß der zu- und abzuschaltenden Windungen auftritt, sind in jedem Zweig zwischen der Anzapfung und der Zuleitung zum Verbraucher zwei Schaltglieder vorgesehen, wobei das zweite Schaltglied einen Widerstand überbrückt. Der Umschaltvorgang beginnt damit, daß in dem angeschlossenen, ersten Zweig der Widerstand eingeschaltet wird und anschließend über einen gleich großen Widerstand in dem anderen Zweig die Verbindung mit der neuen Anzapfung hergestellt wird. Die zuzuschaltenden Windungen zwischen den beiden Anzapfungen sind jetzt zwar kurzgeschlossen, in dem Kurzschlußkreis liegen jedoch die beiden Widerstände und begrenzen den Kurzschlußstrom. Wenn nunmehr das erste Schaltglied in dem ersten Zweig aufgetrennt wird, ist die neue Anzapfung bereits angeschlossen. Ihre direkte Verbindung mit der äußeren Zuleitung wird schließlich durch Schließen des zweiten Schaltglieds im zweiten Zweig erreicht. Der bekannte Stelltransformator mit Stufenschalter ist durch die beiden Schaltglieder und den Widerstand an jeder Abzapfung aufwendig und entsprechend kostspielig.
Um Stromkosten zu sparen, ist es bekannt, durch Leistungsregelung die Leistungsspitzen, die durch das zufällige gleiche Einschalten mehrerer Geräte entstehen, zu verteilen. Dazu wird nach dem Stand der Technik zu den Geräten jeweils eine Steuerleitung gezogen und direkt in den Betrieb des jeweiligen Gerätes eingegriffen, beispielsweise durch getaktetes Wegschalten. Der nachträgliche Einbau von Steuerleitungen ist jedoch mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Auch ist diese Regelung für Geräte mit einer komplizierteren Betriebsweise ungeeignet.
Nach "Patent Abstracts of Japan", Bd. 007 Nr. 280, bzw. JP-A-58159676 wird beim Anlassen eines elektrischen Motors dieser erst mit einer verminderten Spannung betrieben, die dann schrittweise auf die volle Spannung erhöht wird. Dazu ist ein Spartransformator vorgesehen, der an verschiedenen Wicklungsabschnitten Abzweigungen aufweist, die durch Schaltglieder mit dem elektrischen Motor verbunden sind. Ein weiteres Schaltglied verbindet den Trafo mit der Batterie. Beim Starten sind das Schaltglied zur Batterie und das Schaltglied an dem ersten Wicklungsabschnitt geschlossen, die übrigen Schaltglieder offen. Nach einigen Sekunden werden die geschlossenen Schaltglieder geöffnet und das Schaltglied an dem zweiten Wicklungsabschnitt geschlossen. Der Transformator wirkt nun strombegrenzend als Drossel, und nach einigen Sekunden wird das Schaltglied zur Batterie geschlossen, wodurch die an den elektrischen Motor angelegte Spannung etwa die Hälfte der vollen Spannung beträgt. Anschließend werden die Schaltglieder an den weiteren Wicklungsabschnitten nacheinander geschlossen, um die an den elektrischen Motor angelegte Spannung zu erhöhen. Auch die Schaltung nach "Patent Abstracts of Japan", Bd. 95, Nr. 001, bzw. JP-A-07007978 dient zum Starten eines elektrischen Motors, bei der noch ein Widerstand zwischen einer der Wicklungsabzweigungen und dem zugehörigen Schaltglied vorgesehen ist, wodurch der Transformator kleiner gebaut werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute Beleuchtungsanlage mit Gasentladungslampen bereitzustellen, die eine unterbrechungslose Spannungsregelung der Gasentladungslampen ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäß mit der im Anspruch 1 gekennzeichneten Beleuchtungsanlage erreicht.
In den Unteransprüchen 2 bis 7 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.
Das eine, erste Schaltglied des Transformators der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient vorzugsweise zum Überbrücken des Lastabschnitts des Transformators und das weitere Schaltglied dazu, die Primärwicklung außer Betrieb zu setzen. Es kann auch im Steuerabschnitt vorgesehen sein. Beim Umschalten zur Änderung der Spannung an den Gasentladungslampen sind die beiden Schaltglieder so gesteuert, daß der Lastabschnitt eine Drossel bildet. Auf diese Weise werden die Gasentladungslampen beim Schaltvorgang stets mit der Mindestspannung versorgt. Wenn das Umschalten zwischen einzelnen Schaltgliedern praktisch gleichzeitig erfolgt, kann die Drosselwirkung kaum zum Tragen kommen. Der Kurzschluß kann dann so kurzzeitig sein, daß der Kurzschlußstrom nicht ansteigen kann. Die Schaltglieder können daher so gesteuert sein, daß ein Kurzschluß zeitlich so begrenzt wird, daß eine Beschädigung der Schaltglieder oder Leitungen verhindert ist.
Bei dem regelbaren Transformator besteht die Primärund/oder Sekundärwicklung vorzugsweise zumindest teilweise aus Einzelabschnitten, die in einer der abzunehmenden Spannung entsprechenden Kombination zusammenschaltbar sind. Wenigstens ein Einzelabschnitt weist dabei in seinem Stromweg das erste Schaltglied und zwischen seinem Eingang und dem Ausgang das weitere Schaltglied auf. Die Schaltglieder sind bevorzugt durch Schütze gebildet. Jeder Einzelabschnitt kann einen Widerstand, eine Drossel und/oder eine Sicherung aufweisen, vorzugsweise eine Leitung mit dem ein Schaltglied vorgesehen ist, mit der der Verbraucher an die Phase des Netzes anschließbar ist. Das weitere Schaltglied kann in der Leitung angeordnet sein, welche den Lastabschnitt ausgangsseitig mit dem Verbraucher verbindet.
Die Transformatorwicklung des Spartransformators weist vorzugsweise einen eingangsseitig an die Phase des Netzes und ausgangsseitig an die Phase des Verbrauchers angeschlossenen Lastabschnittes und einen ausgangsseitig mit dem Nulleiter verbundenen Steuerabschnitt auf, der zumindest teilweise aus den Einzelabschnitten besteht, die in einer der abzunehmenden Spannung entsprechenden Kombination mit dem Nulleiter verbindbar sind. Der Steuerabschnitt besteht dabei vorzugsweise aus einem ersten Teil und einem zweiten Teil. Der zweite Teil ist zwischen dem ersten Teil und dem Lastabschnitt angeordnet. Dabei ist die Zahl der mit dem Nulleiter verbundenen Windungen des zweiten Teils unveränderbar, während die Zahl der mit dem Nulleiter verbindbaren Windungen des ersten Teils veränderbar ist.
Der Verbraucher ist eine Beleuchtungsanlage mit Gasentladungslampen.
Wenn die Gasentladungslampen mit voller Lichtstärke, also mit Netzspannung betrieben werden, ist das erste Schaltglied geschlossen und das zweite Schaltglied offen. Wenn die Helligkeit reduziert, also ein dem Übersetzungsverhältnis des Transformators entsprechender Spannungsabfall erfolgen soll, muß das erste Schaltglied geöffnet und das zweite Schaltglied geschlossen werden. Dazu ist eine bestimmte Umschaltzeit notwendig. Die beiden Schaltglieder werden vorzugsweise durch einen Schutz mit Schließern und/oder einen Schutz mit Schließer und Öffner gebildet. Bei einem Schutz als Schaltglied beträgt die Umschaltzeit einige Millisekunden. Um einen Ausfall der Lampe zu verhindern, wird deshalb erfindungsgemäß zuerst das eine Schaltglied im Primärkreis geöffnet. Damit geht der Lastabschnitt des Transformators, also der Abschnitt über den der Laststrom fließt, in eine Drossel über. Auf diese Weise wird ein Ausfall der Lampe während des Umschaltvorgangs verhindert. Dann wird das weitere Schaltglied geschlossen, wodurch sich ein dem Übersetzungsverhältnis des Transformators entsprechender Spannungsabfall einstellt.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, in der Figur 1 bis 5 jeweils eine andere Schaltung eines Spartransformators nach der Erfindung zeigen.
Gemäß Figur 1 besteht der Spartransformator aus einem geschlossenen Eisenkern 1 mit einer Wicklung 2. Die gesamte Wicklung 2 bildet die Primärwicklung des Spartransformators, der Abschnitt 4 der Wicklung 2 zwischen der Phase L des Netzes und dem Abgriff 3 der Leitung 5 zur Gasentladungslampe 6 stellt den Lastabschnitt dar, über den der Laststrom IL zur Lampe 6 fließt. Der Wicklungsabschnitt 7 zwischen dem Abgriff 3 und dem Nulleiter N bildet die Sekundärwicklung des Spartransformators, über den der Magnetisierungsstrom IM und ein von der Last abhängiger Ausgleichsstrom fließt.
Die Phase L des Netzes ist über eine Bypass-Leitung 8 mit der Leitung 5 verbunden. Die Bypass-Leitung 8 weist ein erstes Schaltglied 9 auf, so daß sie bei geschlossenem Schaltglied 9 den Lastabschnitt 4 überbrückt. Der Ausgang der Sekundärwicklung 7 ist mit dem Nulleiter N über eine Leitung 10 verbunden, die ein zweites Schaltglied 11 aufweist.
Die beiden Schaltglieder 9 und 11 werden durch einen Schütz, also einen fernbetätigten elektromagnetischen Schalter gebildet, vorzugsweise durch den Schließer bzw. Öffner ein und desselben Schützes, bzw. durch die beiden Schließer eines Schützes, wie in der Zeichnung dargestellt.
Die Nennspannung ist mit U1 bezeichnet, und die Lastspannung mit U2. Wenn das Schaltglied 9 geöffnet und das Schaltglied 11 geschlossen ist, also bei unbetätigtem Schütz, wird die Lampe 6 mit der durch den Transformator reduzierten Spannung U2 < U1 betrieben. Zum Umschalten der Lastspannung U2 auf die Nennspannung U1 wird der Schütz betätigt. Die Schaltglieder 9, 11, also der Schließer und der Öffner des Schützes werden dabei so gesteuert, daß das Schaltglied 11 geöffnet wird, bevor das Schaltglied 9 geschlossen wird. Damit wirkt der Lastabschnitt 4 während der Umschaltzeit des Schutzes kurzzeitig, d. h. beispielsweise 5 bis 50 Millisekunden, als Drossel. Zwar führt die Drossel zu einem Spannungsabfall. Dieser ist jedoch gering, so daß die Lampe 6 während des Umschaltvorgangs mit einer ausreichenden Spannung U2 versorgt wird. Danach schließt das Schaltglied 9, wodurch der Lastabschnitt 4 bzw. die Drossel überbrückt und damit die Lampe 6 mit der Nennspannung U1 betrieben wird, also U2 = U1 ist.
Wenn von der Nennspannung U1 auf eine reduzierte Spannung U2 geschaltet werden soll, wird der Schütz betätigt, so daß das Schaltglied 9 geöffnet wird, wodurch der Lastabschnitt 4 eine Drossel bildet. Danach schließt der Schütz das Schaltglied 11. Damit ist ein unterbrechungsloses Schalten von U2 = U1 nach U2 < U1 und umgekehrt möglich.
Wenn die Nennspannung z. B. 220 V ist, kann die reduzierte Spannung z. B. 180 V sein. In jedem Fall ist darauf zu achten, daß die reduzierte Spannung U2 größer ist als die zum Betrieb der Gasentladungslampe 6 erforderliche Mindestspannung, vorzugsweise 5 V bis 10 V größer als die Mindestspannung, um Schwankungen der Nennspannung zu berücksichtigen.
Bei U2 = U1 ist also der Lastabschnitt 4 des Transformators überbrückt und die Primärwicklung 2 bzw. der Steuerabschnitt 7 außer Betrieb gesetzt. Beim Umschalten auf die reduzierte Spannung U2 < U1 und von der reduzierten Spannung auf die Spannung U2 = U1 werden die beiden Schaltglieder 9, 11 also jeweils so gesteuert, daß der Lastabschnitt 4 eine den Gasentladungslampen 6 vorgeschaltete Drossel bildet.
In Figur 2 ist ein Trafo mit einer Primärwicklung 12 und einer Sekundärwicklung 13 auf einem geschlossenen Eisenkern 1 dargestellt. Durch die Leitungen 15 und 16 ist dieser Trafo ebenfalls als Spartrafo geschaltet.
Die Sekundärwicklung 13 bildet den Lastabschnitt des Transformators, also den Abschnitt, über den der Laststrom IL über die Leitung 14 zur Lampe 6 fließt.
Die Sekundärwicklung 13 ist mit einer Bypass-Leitung 8 mit einem ersten Schaltglied 9 überbrückbar.
Die Primärwicklung 12 ist eingangsseitig mit der Phase L des Netzes über eine Leitung 15 verbunden, in der das zweite Schaltglied 11 angeordnet ist. Die Ausgangsseite der Primärwicklung 12 ist über eine Leitung 16 mit dem Nulleiter N verbunden.
Wenn die Lampe 6 mit einer reduzierten Spannung U2 < U1 betrieben wird, ist das Schaltglied 9 geöffnet und das Schaltglied 11 geschlossen. Zum Umschalten auf eine Spannung U2 = U1 wird das Schaltglied 11, also der Schließer des Schützes zuerst geöffnet, bevor das Schaltglied 9, also der zweite Schließer des Schützes, geschlossen wird. Während dieser Umschaltzeit von wenigen Millisekunden geht die Sekundärwicklung 13 in Drosselbetrieb über, wodurch eine ausreichende Spannung zum Betrieb der Lampe 6 sichergestellt wird. Danach schließt das Schaltglied 9, wodurch die Lampe 6 mit der Nennspannung U1 betrieben wird, also U2 = U1 ist.
Wenn die Lastspannung U2 auf eine reduzierte Spannung U2 < U1 geschaltet werden soll, wird das Schaltglied 9 zuerst geöffnet, damit die Sekundärwicklung 13 als Drossel wirkt, worauf das Schaltglied 11 geschlossen wird.
Das heißt bei U2 = U1 ist die Sekundärwicklung 13, also der Lastabschnitt des Transformators überbrückt, während die Primärwicklung 12 außer Betrieb gesetzt ist. Beim Umschalten auf die reduzierte Spannung U2 < U1 und von der reduzierten Spannung auf U2 = U1 werden die beiden Schaltglieder 9, 11 somit jeweils so gesteuert, daß die Sekundärwicklung 13 eine der Gasentladungslampe 6 vorgeschaltete Drossel bildet.
In Figur 3 ist ein Spartransformator dargestellt, mit dem die Lastspannung U2 feinstufig geregelt werden kann. Die Sekundärwicklung 7 nach Figur 1 ist dabei durch einen Steuerabschnitt 17 ersetzt.
Der Steuerabschnitt 17 ist aus einem ersten Teil 18 und einem zweiten Teil 19 gebildet. Die Windungen des zweiten Teils 19 schließen sich an die Windungen des Lastabschnitts 4 an. Die Windungen des ersten Teils 18 des Steuerabschnittes 17 bestehen aus mehreren Einzelabschnitten I bis IV.
Jeder Einzelabschnitt I bis IV weist in seinem Stromweg ein erstes Schaltglied 24 bis 27 auf. Ferner ist ein Schaltglied 28 bis 31 zwischen der Eingangsseite E und der Ausgangsseite A jedes Einzelabschnittes I bis IV vorgesehen. Von der Eingangsseite E jedes Einzelabschnittes I bis IV führt eine Leitung 32 bis 35 zu den Windungen des betreffenden Einzelabschnittes I bis IV, wobei in den Leitungen 32 bis 35 das erste Schaltglied 24 bis 27 angeordnet ist. Eine weitere Leitung 36 bis 39 führt von den Windungen des jeweiligen Einzelabschnittes I bis IV zu der Ausgangsseite A desselben.
Die Eingangsseite E des ersten Einzelabschnittes I ist über eine Leitung 40 mit der Ausgangsseite des zweiten Teils 19 des Steuerabschnittes 17 verbunden, während die Ausgangsseite A des vom zweiten Teil 19 abgewandten Einzelabschnitts IV über eine Leitung 41 mit dem Nulleiter N verbunden ist, wobei in der Leitung 41 das Schaltglied 11 angeordnet ist. Zwischen den Leitungen 32 und 36, 33 und 37, 34 und 38 sowie 35 und 39 jedes Einzelabschnittes I bis IV befinden sich die Schaltglieder 28 bis 31.
Jeder Einzelabschnitt I bis IV weist eine unterschiedliche Anzahl von Windungen auf. Z. B. kann der Einzelabschnitt I zehn, der Einzelabschnitt II zwanzig, der Einzelabschnitt III vierzig und der Einzelabschnitt IV achzig Windungen aufweisen.
Damit kann die Zahl der Windungen NM des Steuerabschnittes 17, die mit dem Nulleiter verbunden sind entsprechend der abzunehmenden Spannung U2 geändert werden. Die Windungszahl NM des Steuerabschnittes besteht dabei aus der unveränderbaren Windungszahl NM konst. des zweiten Teils 19 und der veränderbaren Windungszahl NM v der Einzelabschnitte I bis IV, die mit dem Nulleiter N verbunden sind.
D. h. wenn beispielsweise die Windungszahl NM des Steuerabschnittes 17 aus der Windungszahl NM konst. des zweiten Teils 19 und den zehn Windungen des Einzelabschnittes I zusammensetzen soll, wird das Schaltglied 24 des Einzelabschnitts I geschlossen und das Schaltglied 28 zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A des Einzelabschnittes I geöffnet, während die Schaltglieder 25, 26, 27 der übrigen Einzelabschnitte II bis IV geöffnet und die Schaltglieder 29 bis 31 zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A der Einzelabschnitte II bis IV geschlossen werden.
Wenn beispielsweise die Windungszahl NM des Steuerabschnittes 17 NM konst. plus siebzig Windungen betragen soll, werden die Schaltglieder 24, 25, 26 der Einzelabschnitte I bis III geschlossen und die Schaltglieder 28, 29, 30 zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A der Einzelabschnitte I bis III geöffnet, während das Schaltglied 27 des Einzelabschnittes IV geöffnet und das Schaltglied 31 zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A des Einzelabschnittes IV geschlossen wird.
Es ist ersichtlich, daß sich mit den Einzelabschnitten I bis IV gemäß Figur 3 die Anzahl der zugeschalteten Windungen in sechzehn Schritten von je zehn Windungen von null bis einhundertfünfzig ändern läßt. Dabei entspricht jeder Schritt einer bestimmten Änderung der Größe der abzunehmenden Spannung.
Wenn die Nennspannung U1 beispielsweise 220 V beträgt, die abzunehmende Spannung U2 bei allen zugeschalteten vier Einzelabschnitten I bis IV z. B. 210 V und die abzunehmende Spannung U2 bei allen abgeschalteten vier Einzelabschnitten I bis IV, also nur mit den Windungen des zweiten Teils 19 des Steuerabschnittes 17 z. B. 170 V beträgt, kann die Spannung U2 also zwischen 170 V und 210 V in sechzehn Stufen geändert werden. Die Änderung der Spannung bei den einzelnen Stufen ist allerdings nicht gleich groß. Das heißt, es besteht keine Linearität zwischen der zugeschalteten Windungszahl und der Änderung der Größe der abzunehmenden Spannung U2.
Die Abhängigkeit zwischen der zugeschalteten Windungszahl NR und der abzunehmenden Spannung U2 ergibt sich aus folgender Formel NR = NL x U2 (U1-U2) - NF worin NL die Windungszahl des Lastabschnittes 4, U1 die Nennspannung und NF die unveränderbare Windungszahl des zweiten Teils 19 des Steuerabschnittes 17 bedeuten.
Aufgrund der Formel (I) wurde errechnet, daß sich beispielsweise mit sechs Einzelabschnitten I bis VI die abzunehmende Spannung U2 bei einer Nennspannung von 220 V von 120 V bis 205 V annähernd in 5 V-Schritten linear ändern läßt, wenn zwei Windungen im Einzelabschnitt I, fünf Windungen im Einzelabschnitt II, elf Windungen im Einzelabschnitt III, vierundzwanzig Windungen im Einzelabschnitt IV und vierundfünfzig bzw. einhundertdrei Windungen im Einzelabschnitt V bzw. VI vorgesehen sind. Bei Beleuchtungsanlagen ist jedoch eine lineare Zu- und Abnahme von U2 häufig nicht erforderlich, mitunter sogar unerwünscht.
Die gesamte wirksame Wicklung, d. h. der Lastabschnitt 4, der zweite Teil 19 des Steuerabschnitts 17 mit der unveränderlichen Windungszahl NF sowie die zugeschalteten Windungen NR des ersten Teils 18 des Steuerabschnitts 17 bilden die Primärwicklung des Spartrafos, während der zweite Teil 19 und die zugeschalteten Windungen NR des ersten Teils 18 die Sekundärwicklung bilden. Es ist ersichtlich, daß damit bei dem Spartrafo die Primär- und Sekundärwicklung verändert werden kann, je nachdem welche Einzelabschnitt I bis IV zusammengeschaltet und mit dem Nulleiter N verbunden sind.
Der Trafo kann auch drei-phasig ausgeführt werden.
Wenn gemäß Figur 3 das erste Schaltglied 24 bis 27 und das zweite Schaltglied 28 bis 31 der Einzelabschnitt I bis IV gleichzeitig geschlossen werden, ist der betreffende Einzelabschnitt I bis IV kurzgeschlossen, so daß er zerstört werden kann. Als Schaltglieder 24 bis 31 können Schütze, also fernbetätigte elektromagnetische Schalter verwendet werden, die preiswert sind und Millionen von Umschaltungen standhalten.
Bei Verwendung von Schützen als Schaltglieder 24 bis 31 ist eine kurze Unterbrechung des Magnetisierungsstromes IM jedoch unvermeidbar. Während der Umschaltzeit, also dieser kurzen Unterbrechung von beispielsweise wenigen Millisekunden wirkt der Lastabschnitt 4 als Drossel für die Lampe 6. Dadurch wird an die Lampe 6 während der Umschaltzeit eine Spannung angelegt, die der Nennspannung Ul minus der Lastspannung UL entspricht. Das heißt, wenn beispielsweise die Nennspannung 220 V beträgt und die Lastspannung 5 V, und damit wird beim Schalten mit einem Schütz an die Lampe 6 eine Spannung von 215 V angelegt. Dabei kann ein kurzes Zucken des Lichtes auftreten.
Die beiden Schaltglieder 24 und 28, 25 und 29, 26 und 30 sowie 27 und 31 jedes Einzelabschnittes I bis IV sollen also möglichst einerseits gleichzeitig schalten, damit das Zucken wegfällt, andererseits dürfen sie nicht gleichzeitig geschlossen sein, weil sonst ein Kurzschluß auftritt.
Der Kurzschlußstrom benötigt allerdings eine bestimmte Zeit von z. B. zwei bis zehn Millisekunden, bis er sich voll aufbaut. Wenn daher Schaltglieder 24 bis 31 verwendet werden, die eine sehr kurze Umschaltzeit besitzen, beispielsweise eine Umschaltzeit, die die Hälfte oder weniger der Aufbauzeit für den Kurzschlußstrom beträgt, ist die Gefahr, daß ein Kurzschluß zu einer Beschädigung des betreffenden Einzelabschnittes I bis IV führt, wesentlich reduziert.
Die preiswerteren handelsüblichen Schütze sind also ohne weiteres einsetzbar, wenn die erwähnten Stromspitzen beim Umschalten in Kauf genommen werden, die sich durch ein kurzes Zucken des Lichts der Lampe 6 äußern. Die preiswerteren Schütze sind allerdings dann nicht mehr einsetzbar, wenn die Schalter 24 und 28, 25 und 29, 26 und 30 sowie 27 und 31 der Einzelabschnitte I bis IV gleichzeitig betätigt werden, auch dann nicht, wenn die Umschaltzeit der Schütze kürzer ist als die Aufbauzeit des Kurzschlußstromes.
Um dem abzuhelfen, können entweder größer dimensionierte Schütze verwendet werden oder es können in dem Stromweg der Einzelabschnitte I bis IV an beliebiger Stelle, beispielsweise in den Leitungen 36 bis 39 ein Widerstand oder eine Drossel angeordnet werden, die für den Einzelabschnitt I in Figur 3 durch den Widerstand 43 in der Leitung 36 gezeigt ist. Durch den Widerstand bzw. die Drossel wird der Kurzschlußstrom für kurze Zeit entsprechend begrenzt. Ferner kann durch eine nicht dargestellte Sicherung in Serie mit der Drossel 43 ein Trafobrand bei Fehlschaltungen verhindert werden.
Bei dem Trafo nach Figur 4 ist die Primärwicklung 12 in gleicher Weise aus Einzelabschnitten I bis IV aufgebaut, wie der erste Teil 18 des Steuerabschnitts 17 des Spartrafos nach Figur 3. Demgemäß werden in Figur 4 auch die gleichen Bezugsziffern für die Schaltglieder 24 bis 31, die Leitungen 32 bis 39 und den Widerstand 43 verwendet. Das Schaltglied 11 ist in der Leitung 16 angeordnet, welche den Ausgang des Einzelabschnittes IV mit dem Nulleiter N verbindet. Durch die Leitungen 15 und 16 ist dieser Trafo ebenfalls als Spartrafo geschaltet.
Bei der Ausführungsform nach Figur 5 weist der Steuerabschnitt 17 des Spartrafos mehrere Abzweigungen 53, 54, 55 auf, die durch die Schaltglieder 50, 51, 52, vorzugsweise Schütze, wahlweise mit der Nulleitung N verbindbar sind.

Claims (7)

  1. Beleuchtungsanlage mit Gasentladungslampen (6) und einem Spartransformator zur unterbrechungslosen Spannungsregelung der Gasentladungslapmen (6), gekennzeichnet durch wenigstens ein Schaltglied (11; 50) im Primärkreis (2; 12) zum Außerbetriebsetzen der Trafofunktion und wenigstens ein weiteres Schaltglied (9, 24 bis 31; 51, 52) im Primärkreis (2; 12) oder parallel zum Lastabschnitt (4; 13) des Transformators, wobei beim Umschalten zur Änderung der Spannung (U2) an den Gasentladungslampen (6) die Schaltglieder (9, 11; 24 bis 31; 50, 51, 52) so gesteuert sind, dass der Lastabschnitt (4; 13) eine Drossel bildet.
  2. Beleuchtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltglieder (9, 11; 24 bis 31; 50 bis 52) durch einen Schütz gebildet sind.
  3. Beleuchtungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und/oder Sekundärkreis (2, 12; 13) des Spartransformators zumindest teilweise aus Einzelabschnitten (I bis IV) besteht, die in einer der Spannung (U2) an dem Verbraucher (6) entsprechenden Kombination zusammenschaltbar sind.
  4. Beleuchtungsanlage nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einzelabschnitt (I bis IV) im Primärkreis (2) zwei weitere Schaltglieder (24 bis 31) aufweist, wobei das eine erste Schaltglied (24 bis 27) im Stromweg des Einzelabschnitts (I bis IV) und das zweite Schaltglied (28 bis 31) zwischen dem Eingang (E) und dem Ausgang (A) des Einzelabschnitts (I bis IV) vorgesehen ist.
  5. Beleuchtungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Einzelabschnitt (I bis IV) einen Widerstand, eine Drossel (43) und/oder eine Sicherung aufweist.
  6. Beleuchtungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatorwicklung des Spartransformators einen eingangsseitig an die Phase (L) des Netzes und ausgangsseitig an die Phase der Gasentladungslampen (6) angeschlossenen Lastabschnitt (4) und einen ausgangsseitig mit dem Nulleiter (N) verbundenen Steuerabschnitt (17) aufweist, der zumindest teilweise aus den Einzelabschnitten (I bis IV) besteht, die in einer der Spannung (U2) an den Gasentladungslampen (6) entsprechenden Kombination mit dem Nulleiter (N) verbindbar sind.
  7. Beleuchtungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerabschnitt (17) aus einem ersten Teil (18) und einem zweiten Teil (19) zwischen dem ersten Teil (18) und dem Lastabschnitt (4) besteht, wobei die Zahl der mit dem Nulleiter (N) verbundenen Windungen des zweiten Teils (19) unveränderbar und die Zahl der mit dem Nulleiter (N) veränderbaren Windungen des ersten Teils (18) veränderbar ist.
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