FI73859B - Anordning foer reglering av ljusstroemmen i en grupp urladdningslampor. - Google Patents

Description

1 73859

PurkausIamppuryhmän valovirran säätölaite - Anordning för regiering av IJusströmmen i en grupp urIaddningsIampor

Keksinnön kohteena ori purkaus Iamppuryhmän valovirran säätölaite, joka käsittää rautasydämeI Iä varustetun magneetti-piirin. Säätölaite soveltuu erityisesti suurpainenatrium-IamppuryhmiIle.

Keksinnön mukainen valovirran säätölaite on tarkoitettu va-I aistusinstaI Iaatioih in teollisuustiloissa, joissa ei tarvita jatkuvasti täyttä vaI aistusvoimakkuutta ja joissa lisäksi säätöratkaisun on oltava sekä hinnaltaan edullinen että toiminnaltaan luotettava.

Rajoitettaessa suurpainenä triumlamppuryhmän virta nimellis-virtaa pienemmäksi aina silloin, kun täyttä valotehoa ei tarvita, saavutetaan monia etuja, joista tärkeimmät ovat:

Energiaa säästyy. Kun suurpainenatriumlampun valo-virta pudotetaan esim. kolmasosaan virtaa rajoittamalla, kulutettu teho pienenee puoleen. Näin voidaan usein tehdä esim. yöaikana.

Polttoikä pitenee. Suurpainenatriumlampun lamppu-jännite kasvaa polttoiän myötä saavuttaen lopulta niin suuren arvon, ettei lamppu toimi kunnolla. Himmennetyssä käytössä Iamppujännite on alhaisempi ja sen kasvu hitaampaa.

Valovirran alenema hidastuu polttoajan myötä.

On ennestään tunnettua säätää purkaus Iamppujen valotehoa portaittain mm. kuristimella. Portaittainen tehonsäätö kahdella tai yhdellä väliulosoton omaavalla kuristimella on mahdollista määrätyissä rajoissa, mikäli huolehditaan siitä, 2 73859 ettei lampun kautta kulkeva virta katkea kytkentämuutoksia tehtäessä. Lyhytkin virtakatkos saa lampun sammumaan ja esim. suurpainenatriumlampun täytyy jäähtyä ennen uudelleen kytkemistä, mikä saattaa kestää useamman minuutin. Lisäksi muutosten tulee olla suhteellisen pieniä, jotta lamppu ei sammu.

Suurpainenatriumlampun toiminnalle on välttämätöntä, että syöttöjännitteen ja ns. Iamppujännitteen, jonka suuruus riippuu sekä lämpötilasta että virrasta, välillä on riittävän suuri ero. Lamppujännite kasvaa lämpötilan kasvaessa ja Iamppujännite kasvaa myös lampun kautta kulkevan virran pienetessä n ime I Iisvirrasta. Jos Iamppujännite jostain syystä kasvaa liiaksi, lampun virta ei pysy sinimuotoisena, vaan siihen tulee aikajaksoja, jolloin virta on nolla ja tällöin lamppu sammuu. Jos esimerkiksi virtapiirissä olevan kuristimen kanssa kytketään sarjaan toinen kuristin, virta pienenee askeImaisesti, jolloin Iamppujännite sitä vastoin kasvaa as-kelmaisesti. Muutoksen ollessa riittävän pieni lamppu ei sammu. Koska nyt lampun teho on pienentynyt, laskee lampun lämpötila ja samalla Iamppujännite alkuperäistä pienempään arvoon. Tämän jälkeen voidaan tehdä jälleen uusi pieni Iamp-puvirran askelmainen pienentäminen. Ilmiö on luonteeltaan samanlainen, jos syöttöjännitettä pienennetään askeImaisesti.

On siis monimutkaista ja jossain määrin epävarmaa kuristimella säätää valovirtaa purkaus Iampussa. Säädön tulee tapahtua useassa pienessä askelmassa, jotta lamppu ei sammuisi. Kytkennät tulevat monimutkaisiksi, kun on varmistettava, että lamppu ei hetkeksikään jää ilman virtaa. Säätö voi lisäksi tapahtua vain suhteellisen pienellä alueella.

DE 2155748 mukaan on tunnettu laite valovirran säätämiseksi. Ratkaisu on tarkoitettu ko. patenttijulkaisun mukaisesti ainoastaan loistelampuille. Lisäksi ratkaisu on valaisin- 3 73859 kohtainen. ToteuttamisperiaatteeI taan ratkaisu on monimutkainen, siltä kytkennässä käytetään kolmea erillistä kuristinta sarjaan- ja rinnankytkentäIaitteineen sekä ohjauskaa-peleineen. Ratkaisussa ei ole huolehdittu lamppuvirran kulusta kaikissa kytkentämuutostiIoissa, joten se ei siitäkään osin sovellu suurpainenatriumlampulle.

CH 533409 mukaan on tunnettua loistelampun säätökytkentä-kaavio, jossa on käytetty hehkukatodimuuntajaa. Ratkaisu on tarkoitettu, kuten patenttijulkaisussa DE 2155748 esitetty ratkaisu ainoastaan hehkuvirtamuuntaja I la varustetuille loistelampuille, eikä ole kovin yksinkertaisin muutoksin sovellettavissa suurpainenatriumlampuille. Loistelamppu-piirissähän lyhyet virtakatkokset eivät haittaa, sillä lamppu syttyy välittömästi uudelleen. Suurpainenatriumlampulle on puolestaan ominaista, että muutaman millisekunnin virta-katkos sammuttaa lampun ja se syttyy uudelleen vasta riittävästi jäähdyttyään, tavallisesti 1 - 5 min. kuluttua.

GB 2014001 patenttihakemuksen mukaan on tunnettua kytkentäkaavio purkaus Iampun himmentämiseksi. Keksinnön mukaiselle laitteelle on ominaista, että se on tarkoitettu valaisin-kohtaiseksi. itse valaisin on varustettava erikoiskuristi-mella ja kytkennän suorittavalla kytkimellä. Lisäksi menetelmässä ei ole mitenkään kiinnitetty huomiota kytkentä-ti lanteessa syntyviin virtatransientteihin eikä lamppu-jännitteen dynaamiseen käyttäytymiseen, joten kytkentä sopii ainoastaan pienelle vaI aistustason säätöaIueeI I e. Jos vastaava järjestelmä yritettäisiin muuntaa vaI aisinryhmäkohtai-seksi, virtatien auki pitävät vastukset jouduttaisiin mitoittamaan tehonkestoI taan huomattavan suuriksi ja kalliiksi.

DE 2921833 patenttihakemuksen mukaan on säätölaite lampun valovirran muuttamiseksi tunnettu. Säätöratkaisultaan samat * 73859 puutteet kuin julkaisun CB 2014001 esittämässä ratkaisussa. Suuria muutoksia ei voida tehdä ilman lampun sammumista, koska Iamppujännitteen dynamiikkaa eikä virtatransientteja ole otettu huomioon.

F1 6651 2 mukaan on jännitesäädin vaI aistusverkkoja varten tunnettu. Säätimeen kuuluu syöttöverkon vaihejohdon ja nol-lajohdon väliin kytketty säästömuuntaja. Valovirran säätö perustuu portaittain (2 porrasta) säädettävissä olevaan säätömuuntaja ratkaisuun. Ensimmäisessä portaassa jännite pudotetaan ainoastaan 230 voltista 215 volttiin ja toisessa portaassa 205 volttiin.

Syöttöjännite pienenee, jolloin syöttöjännitteen ja lamppu-jännitteen erotus pienenee tätäkin kautta. Lisäksi jos askelma inen muutos on suuri, esim. 30 V, syntyy helposti lampun sammuttavia kytkentätransientteja Iamppuvirtaan, ellei kytkimien toimintaa ole synkronoitu Iamppuvirtaan. Oleellista säädössä siis on, että jos käytetään askelmaista muutosta, muutoksen on oltava hyvin pieni ja ennen seuraavaa muutosta on pidettävä riittävän pitkä tauko.

Vaikka säätömuuntajassa voidaan osa käämistä mitoittaa suhteellisen ohueksi, rakenteesta muodostuu aina kuristinta kalliimpi, sillä rautasydän ja käämitys on mitoitettava siten, että se voidaan kytkeä 220 V jännitteeseen. Lisäksi tässä kytkennässä, kuten edellisissäkin, varsinainen ongelma on portaittaisessa säädössä syntyvät transientit sekä I amp-pujännitteen hitaat muutokset kytkentätapahtumaan nähden. Niinpä jännitteenä Iennuksissa joudutaan yleensä tyytymään suhteellisen vaatimattomiin arvoihin. Fl-patenttihakemukses-sa 66512 mainitaan eräinä arvoina Iamppukuorman jännite 205 V, joka johtaa 20 %:n energiansäästöihin. Teollisuus-valaistuksen säädössä tällainen säätöalue ei ole laisinkaan ri i ttävä.

5 73859

Sellainen ratkaisu, jossa sarjaimpedanssin tai syöttöjännit-teen muutos voi olla suuri, ei ole ennestään tunnettu.

Ennestään tunnettuja ratkaisuja purkaus Iamppujen valotehon säätöön ovat lisäksi mm: portaaton tehonsäätö transistoreilla infrapunaohja ime I I a ohjattavissa olevat elektroniset lii täntälait teet hajakenttämuuntaja, jossa elektroninen induktanssin säätö tehonsäätö säätömuuntaja I I a

Transistoreilla toteutetut portaattomaan tehonsäätöön tarkoitetut laitteistot on tarkoitettu loistelampuille vaiΒίε i nkohta i s i ks i yksiköiksi. Säätöyksiköt ovat kalliita, sisältävät runsaasti vikautumise I I e alttiita elektronisia komponentteja ja ne on rakennettu suhteellisen pienille tehoiI Ie.

Infrapunaohja ime II a ohjattavissa olevat elektroniset Iiitän-tälaitteet ovat myös niin kalliita, etteivät ne pysty kilpailemaan yksinkertaisempien ratkaisujen kanssa.

Hajakenttämuuntajan käyttö yhdessä elektroniikan kanssa on myös taloudellisesti kannattamaton ratkaisu. Hajakenttä-muuntaja on kallis ja valmistajia on vähän. Lisäksi ratkaisussa olevat elektroniikan komponentit muodostavat teollisuusverkossa vikaantumisaIttiin kohdan.

Jatkuvasäätöisen säätömuuntajan käyttöä rajoittaa säätö-muuntajan mekaanisen Iiukukoskettimen kuluminen, siitä seurauksena oleva epäluotettavuus ja kallis hinta.

6 73859

Monenlaisin ratkaisuin on siis yritetty kehittää säätölaitteita energian säästämiseksi purkaus Iampuissa, mutta luotettavaa ja halpaa purkaus 1amppuryhmän valovirran säätölaitetta ei ole onnistuttu ennen keksinnön mukaista laitetta aikaansaamaan.

Keksinnön mukaisella sähkömekaanisella valovirran säätölaitteella voidaan yllämainitut epäkohdat eliminoida, sillä: säätöyksikkö on yksinkertainen, halpa ja varma-toiminen laite soveltuu jo asennetun vaIaisinryhmän säätämiseen ilman että valaisimeen tarvitsee koskea ja ilman että vaI aisinkohtaista johdotusta tarvitsee muuttaa kytkentätiI anteissa ei synny virtapiirissä katkoksia. Ylimääräisiä virtatien auki pitäviä komponentteja ei tarvita.

ratkaisussa huolehditaan automaattisesti siitä, että vaI aisinryhmän virran askelmainen muutos on riittävän pieni ja että säätötoimenpiteitä jatketaan vasta määrätyn viiveajan kuluttua ja että säätö tapahtuu portaattomasti ilman kytkentävirta-transientteja. Tästä suoranaisena seurauksena on, että lamppu ei sammu suurellakaan kokonaisvirran muutoksella.

vaI aistustason säätöalue voi vaihdella hyvinkin laajoissa rajoissa. Käytännössä riittää säätöalue 1:3, johon yhdelläkään tunnetulla ratkaisulla ei päästä. Tämä toisaalta tarkoittaa sitä, että valaisimeen syötetty jännite tulee olemaan n. 150 V, 400 W suurpainenatriumlampuilla ja tehonkulutus putoaa puoleen, verkon nollausehdot säilyvät 7 73859

Keksinnön mukaiselle purkauslamppuryhmän valovirran säätölaitteelle on tunnusomaista se, että siihen kuuluu syöttävän sähköverkon ja purkauslamppuryhmän väliin toiseen syöttö-johtimeen kytketty säätötoiminnan aikana virtaa rajoittava päävirtakäämi, päävirtakäämin synnyttämän magneettivuon vaihtelua ohjaava ohjauskäämi ja sen napoihin kytketty oh-jauskäämin indusoituneen virran suuruutta rajoittava jatkuvasti säätyvä elin, sekä päävirtakäämin rinnalle kytketty, avautuessaan säätötapahtuman aloittava kytkin.

Keksintöä tullaan seuraavassa lähemmin selostamaan viitaten oheiseen piirustukseen, joka esittää kytkentäkaavion keksinnön eräästä sovellutusmuoöosta.

Kuvio esittää kaksi valaisinta 1, joihin kuuluu purkaus-lamppu 2, kuristin 3 ja kompensointikondensaattori 4 (esitetty vain toisen lampun kohdalla). ValaisinrvhmSn eteen on kytketty säätöyksikkönä toimiva apukuristin 5, jonka päävirtakäämi 6 on sijoitettu rautasydämelle 7. Samalle rauta-sydämelle on sovitettu myös ohjauskäämi 17. Käämin 6 pää-tenapojen 9 ja 10 välissä on kytkin 11. Ohjauskäämin napojen väliin on kytketty rautasydämessa 7 tapahtuman magneettivuon vaihtelua rajoittava vastus 13, jonka resistanssi riippuu voimakkaasti lämpötilasta.

Kun lamppu toimii täydellä valovirralla, käämin napojen 9 ja 10 välinen kytkin 11 on suljettu, jolloin napojen 9 ja 10 välinen jännite on nolla eikä myöskään ohjauskäämissä kulje virtaa. Kun himmennys halutaan toteuttaa, kytkin 11 avataan, jolloin napojen 9 ja 10 välille syntyy jännitehäviö, jonka suuruus riippuu sarjavastuksen 13, käämien 6 ja 12 kierre-lukujen sekä valaisinryhmän ottaman virran suuruudesta. Kun vastus 13 valitaan siten, että sen resistanssi huoneen lämmössä on mahdollisimman pieni, 1-3 ohm, ohjauskäämin virta synnyttää siinä ainoastaan pienen jännitehäviön. Tällöin myös napojen 9 ja 10 välillä esiintyvä jännitehäviö on pieni, 8 73859 tavallisesti 15 - 20 V. Oh jauekäämiin indusoitunut virta kulkee vastuksen 13 kautta synnyttäen siinä virtalämpö-häviöitä. Nämä lämmittävät vastusta ja kun lämpötila on saavuttanut riittävän suuren arvon, noin minuutin kuluttua, vastuksen 13 resistanssi alkaa kasvaa hyvin suurta arvoa kohti. Tällöin ohjauskäämin virta pienenee ja jännitehäviö napojen 9 ja 10 välillä kasvaa portaattomasti lopulliseen arvoon. Lopputilanteessa ohjauskäämissä kulkee ainoastaan muutaman milliampeerin virta, joka pitää vastuksen 13 riittävän lämpimänä. Kytkentä huolehtii siis automaattisesti siitä, että kun yksi kosketin avataan, jänniteputous on pieni ja että vasta, sen jälkeen kun lamppu jännitteen transientti on tasaantunut, säätöä jatketaan portaattomasti lopulliseen arvoon, jolloin kvtkentävirtatransientteja ei synny eikä lamppujännitteessä esiinny ylityksiä. Kuristimen mitoituksen kannalta on huomattava, että kuristimessa oleva ohjauskäämi voidaan tehdä hyvin ohuesta langasta, sillä se joutuu toimimaan suuremmalla virralla ainoastaan minuutin luokkaa olevan ajan kerrallaan.

Kuviossa on viitteellisesti esitetty, miten lamput lamppu-ryhmässä tulee kytkeä toisiinsa.

Keksintö ei rajoitu esimerkkinä esitettyyn suoritusmuotoon, vaan erilaiset muunnokset ja sovellutukset patenttivaatimuksien määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa ovat mahdollisia.

Claims (3)

73859 i

1. Purkauslamppuryhmän valovirran säätölaite, tunnet-t u siitä, että siihen kuuluu syöttävän sähköverkon ja purkaus.lamppuryhmän (2) väliin toiseen syöttöjohtimeen kytketty säätötoiminnan aikana virtaa rahoittava pnävirta-käämi (6), päävirtakäSmin synnyttämän magneettivuon vaihtelua ohjaava ohiauskäämi (12) ja sen napoihin kytketty ohjauskäämiin indusoituneen virran suuruutta rajoittava jatkuvasti säätyvä elin (13) , sekä psävirtakäämin (6) rinnalle kytketty, avautuessaan säätö-tapahtuman aloittava kytkin (11).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että ohjauskäämi (12) ja päävirtakäämi (6) on sovitettu yhteen yhteiselle rauti sydämelle (7).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että virtaa rajoittaja elin on vastus (13), jonka • resistanssiarvo muuttuu ohjauskäämiin (12) indusoituneen virran aikaansaaman lämpötilan muutoksen vaikutuksesta.