FI96472C - Menetelmä valonhimmentimen toiminnan säätämiseksi ja valonhimmennin - Google Patents

Description

9647?

Menetelmä valonhimmentimen toiminnan säätämiseksi ja valonhimmennin -Förfarande för regiering av ljusdämpares värkan och ljusdämpare

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä 5 valonhimmentimen toiminnan säätämiseksi.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 4 mukainen valonhimmennin.

Keksinnön mukainen menetelmä kohdistuu erityisesti kaksijohtimisiin valonhim-mentimiin, joissa kuormaan syötettävää vaihtosähkötehoa säädetään vaihekulman perusteella. Valonhimmentimen kytkintä ohjataan tällöin synkronoidusti vaihtosäh-10 kötehon virran tai jännitteen vaihekulman suhteen. Tällä hetkellä markkinoilla olevissa valonhimmentimissä on ennalta asetettuja rajattu maksimivaihekulma, jolla vaihekulmalla sähkötehoa voidaan enimmillään syöttää valaisinkuormaan, jos valonhimmennin on tarkoitettu sekä halogeeni- että hehkulamppuvalaisimien säätöön. Valonhimmennin, erityisesti sen ohjausyksikkö, tarvitsee toimiakseen energiaa, ja 15 tämä otetaan kaksijohdinvalonhimmentimen kytkimen yli vaikuttavasta jännitteestä. Asettamalla valonhimmentimelle kiinteä maksimivaihekulma taataan se, että valonhimmennin toimii kaikissa olosuhteissa. Rajatun maksimivaihekulman avulla saadaan halogeenivalaisimista joissakin tapauksissa hyvä lähtö-ja valoteho, mutta eräillä halogeenivalaisinkuormilla ja erityisesti hehkulamppukuormilla joudutaan 20 tyytymään huomattavasti parasta mahdollista lähtö- ja valotehoa pienempään tehoon.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä esitetty epäkohta. Keksinnön tarkoituksena on toteuttaa kaksijohdinvalonhimmentimessä automaattinen maksimitehon säätö kuormasta riippumattomasti. Keksinnön tarkoituksena on erityisesti säätää 25 maksimivaihekulmaa kaksijohdinvalonhimmentimissä automaattisesti kuormitusten mukaan siten, että valonhimmentimen energian saanti on aina turvattuja että saatava valoteho on aina käytetyllä maksimivaihekulmalla maksimissaan.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön mukaiselle valonhimmentimelle on tunnusomaista se, 30 mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 4.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä valonhimmentimen toiminnan säätämiseksi valonhimmentimen tarvitsema sähköteho otetaan valonhimmentimen yli vaikuttavasta vaihtojännitteestä. Keksinnön mukaisesti tarkkaillaan energiaa, joka on saata- 9647? 2 vissa valonhimmentimen yli vaikuttavasta vaihtojännitteestä ja tämän perusteella säädetään valonhimmentimen maksimivaihekulmaa siten, että saatava energia ylittää aina asetetun minimirajan.

Keksinnön mukainen menetelmä perustuu siihen oivallukseen, että tarkkaillaan 5 energiaa, joka on saatavissa valonhimmentimen yli vaikuttavasta jännitteestä ja tä män perusteella säädetään tarpeen vaatiessa valonhimmentimen maksimivaihekulmaa. Kun havaitaan saatavan energian putoaminen alle asetetun minimivaatimuksen, valonhimmentimen maksimivaihekulmaa pienennetään ja sitä kautta kasvatetaan kytkimen yli vallitsevaa jännitettä ja siitä saatavan energian määrää. Näin saa-10 daan aikaan säätöjärjestely, joka takaa automaattisen maksimivaihekulman säädön sen energian suhteen, jonka valonhimmennin toimiakseen tarvitsee.

Keksinnön etuna on, että valonhimmennin saadaan nyt toimimaan sekä halogeeni-että hehkulamppuvalaisimien yhteydessä sellaisella maksimisäätökulmalla, joka antaa suurimman mahdollisen valotehon ilman, että valonhimmennintä säädetään erik-15 seen.

Keksinnön etuna on edelleen, että menetelmään pohjautuva laite on rakenteeltaan yksinkertainen, helposti teollisesti valmistettava ja luotettavasti toimiva.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 20 kuva 1 esittää valonhimmentimen yli vaikuttavaa jännitettä silloin, kun maksimivai-hekulma on vakio; kuva 2 esittää jännitettä valonhimmentimen yli silloin, kun maksimivaihekulma on säädettävissä; kuva 3 esittää lohkokaavion muodossa valonhimmennintä, jonka maksimivaihe-25 kulma on säädettävissä; kuva 4 esittää yhtä valonhimmentimen vaihekulman säätöyksikköä; kuvat 5a, 5b ja 5c esittävät vaihekulman säätöyksikön jännitekäyriä ja kuva 5d valonhimmentimen valaisinkuorman jännitekäyrää; kuva 6 esittää havainnollisesti valonhimmentimen toimintakäyriä, kun kuormana on 30 halogeenivalaisin ja kun maksimivaihekulmaa säädetään; ja li 9647k 3 kuva 7 esittää valonhimmennintä, joka on varustettu maksimivaihekulman säätöyksi-köllä.

Valonhimmentimellä säädetään sähköverkkoon tai vastaavaan vaihtosähkölähtee-seen kytkettyyn valaisinkuormaan syötettävää vaihtosähkötehoa siten, että valaisi-5 men valoteho muuttuu portaattomasti. Kuormaan syötettävää vaihtosähkötehoa säädetään vaihekulman perusteella synkronoidusta vaihtosähkötehon virran tai jännitteen vaiheen suhteen. Kytkimenä valonhimmentimessä käytetään yhtä tai useampaa puolijohdetta, edullisesti kanavatransistoria eli FETiä tai vastaavaa. Kaksijohdin-valonhimmennin kytketään valaisinkuorman kanssa Saijaan. Valonhimmentimen oh-10 jausyksikön tarvitsema sähköteho otetaan tällöin kytkimen yli vaikuttavasta jännitteestä. Ohjausyksikön energiansaannin takaamiseksi kaikissa olosuhteissa säädettävälle vaihekulmalle asetetaan maksimiarvo. Tämä tarkoittaa sitä, että valaisinkuormaan syötettävälle teholle asetetaan maksimitehoarvo, joka on pienempi kuin suoraan vaihtosähkölähteestä valonhimmentimen ohi kuormaan syötettävä teho.

15 Valonhimmentimen valaisinkuorma vaikuttaa valonhimmentimen kytkimen yli vaikuttavaan jännitteeseen ja siis myös valonhimmentimen ohjausyksikön saamaan energiaan. Tätä tilannetta havainnollistetaan kuvion 1 avulla. Käyrä a esittää jännitettä Ujj valonhimmentimen yli, kun kuormana on hehkulamppu (eli olennaisesti re-sistiivinen kuorma). Käyrä b esittää jännitettä Ufc valonhimmentimen yli, kun kuor-20 mana on halogeenivalaisin eli elektroninen halogeenimuuntaja (eli olennaisesti re-sistiivisen ja kapasitiivisen kuorman yhdistelmä). Vakiovirralla saatava energia va-lonhimmentimen kytkimen yli kummankin kuorman kohdalla on verrannollinen varjostettuihin alueisiin A ja B vastaavasti käyrien a ja b sekä t-akselin (aika-akse- Iin) välissä. Tämän perusteella voidaan todeta, että halogeenivalaisinkuormalla 25 maksimivaihekulman a täytyy olla huomattavasti pienempi kuin hehkulamppu- kuormaa ohjattaessa. Jos valonhimmennin on tarkoitettu sekä halogeeni- että hehku-lamppuvalaisimelle ja se on varustettu kiinteällä maksimivaihekulmalla, hehkulampusta ei saada valotehoa irti niin paljon kuin siitä tulisi saada käytön aikana. Tämä nähdään selvästi käytännössä himmeämpänä hehkulampun valona valonhimmenti-30 men maksimisäädöllä verrattuna erityisesti valotehoon, joka saadaan ohikytkettäessä valonhimmennin.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä valonhimmentimen toiminnan säätämiseksi tarkkaillaan energiaa, joka on saatavissa valonhimmentimen yli vaikuttavasta jännitteestä ja kun havaitaan energian putoaminen alle asetetun minimiasetusarvon, pie-35 nennetään kuormaan syötettävän jännitteen vaihekulmaa ja kasvatetaan näin valonhimmentimen yli vaikuttavasta jännitteestä saatavan energian määrää, kunnes ener- 4 96472 gian minimiasetusarvo on saavutettu. Tätä tilannetta on havainnollistettu kuvassa 2. Valohimmentimen maksimivaihekulma on säädetty niin, että ohjausyksikölle saatava energia on vakio. Käyrä c esittää jännitettä Ufc kuorman yli, kun kuormana on hehkulamppuja käyrä d esittää jännitettä Ufc kuorman yli, kun kuormana on halo-5 geenivalaisin eli elektroninen halogeenimuuntaja. Varjostetut alueet C, D käyrien c, d ja t-akselin välissä ovat verrannolliset vakiovirralla ohjausyksikölle saatavaan energiaan. Kuvan käyristä c ja d nähdään, että maksimi vaihekulmat oq, ci2 kummassakin tapauksessa eroavat selvästi toisistaan ja erityisesti hehkulampun kohdalla hehkulamppuun syötetty teho on merkittävästi suurempi kuin aiemmissa valonhim-10 mentimissä, joissa on käytetty vakiomaksimivaihekulmaa (vrt. kuva 1).

Keksinnön mukainen valonhimmennin 1 on esitetty lohkokaaviona kuvassa 3. Va-lonhimmennin 1 on kytketty tulonavasta la vaihtosähköverkkoon ja sen lähtönapaan Ib on yhdistetty valaisinkuorma L. Valonhimmentimeen 1 kuuluu kytkin 2 ja oh-15 jausyksikkö 3. Ohjausyksikköön 3 vuorostaan kuuluu kytkinohjain 4, joka on yhdistetty kytkimeen 2, ja vaihekulman säätöyksikkö 5, joka vuorostaan on yhdistetty kytkinohjaimeen 4. Valonhimmentimen 1 ohjausyksikön 3 tarvitsema energia toimintaa varten otetaan kytkimen 2 yli vaikuttavasta vaihtojännitteestä Ufc. Valonhimmentimeen 1 kuuluu lisäksi maksimivaihekulman säätöyksikkö 6 ja tarkkailuyksik-20 kö 7 kytkimen 2 yli vaikuttavan jännitteen havainnoimiseksi. Maksimivaihekulman säätöyksikkö 6 kuuluu edullisesti vaihekulman säätöyksikköön 4. Tarkkailuyksikkö 7 on yhdistetty maksimivaihekulman säätöyksikköön 6.

Vaihekulman säätöyksikköön 5 kuvassa 4 kuuluu vertailija 8, tasajännitesäätöyksik-25 kö 9 ja saha-aaltojänniteyksikkö 10, joka on synkronoitu vaihtosähköverkon jännitteeseen (so. yksikön 10 lähtöjännite nollataan edullisimmin vaihtojännitejakson 0-kohdassa). Tasajännitesäätöyksikkö 9 ja saha-aaltojänniteyksikkö 10 on yhdistetty vertailijan 8 tuloihin 8a, 8b. Tasajännitesäätöyksikön 9 lähdöstä saatavaa säädettävissä olevaa tasajännitettä Ur ja saha-aaltojänniteyksikön 7 lähdöstä saatavaa nouse-30 vaa saha-aaltojännitettä Us verrataan vertailijassa 8 keskenään. Kun Us < Ur vertailijan 8 lähdössä 8c on jännite Up. Muussa tapauksessa, so. kun Us > Ur, vertailijan 8 lähtöjännite eroaa olennaisesti jännitteestä Up; se on edullisesti nolla. Näin vertailijan 8 lähdöstä 8c saadaan jänniteohjauspulssi, jonka pituus eli aikajakso ts riippuu säädettävän tasajännitteen Ur suuruudesta (kuva 5a). Vertailijan 8 lähdöstä 35 8c saadaan näin ohjauspulssi kytkinohjaimelle 4. Kytkinohjaimessa 4 ohjauspulssi vahvistetaan ja sovitetaan kytkimen 2 ohjaamiseksi kiinni ja auki ohjauspulssin nousevan reunan ja vastaavasti laskevan reunan mukaaan (kuva 5b ja 5d).

tl 96472 5

Vaihekulman säätöyksikön 5 tasajännitesäätöyksikkö 9 on toteutettu kuvan 4 sovelluksessa säätövastuksen 11, kuten potentiometrin, avulla. Säätövastuksen 11 ensimmäinen napa on kytketty tasajännitteeseen Ujmax ja toinen napa edullisimmin maahan. Säätövastuksen 11 säätönäpä ja tässä vallitseva jännite Ur vuorostaan on yhdis-5 tetty vertailijan 8 ensimmäiseen tulonapaan 8a.

Saha-aaltojänniteyksikköön 10 kuuluu kuvan 4 sovelluksessa sarjaankytketyt vastus 12 ja kondensaattori 13, jotka on kytketty vakiojännitteen Usmax ja edullisimmin maan väliin ja joiden välinäpä on yhdistetty vertailijan 8 toiseen tuloon 8b. Konden-10 saattorin 13 rinnalle tulon 8b ja maan väliin on järjestetty ohjattava kytkin 14. Vastuksen 12 kautta kondensaattoria 13 varataan vaihtojännitteen V puolijakson ajan, ja kondensaattorin yli vaikuttavaa jännitettä Us verrataan vertailijassa 8 tasajännitesää-töyksikön 9 antamaan jännitteeseen Ur. Vaihtojännitteen V puolijakson alussa 0-kohdassa kondensaattorin 13 jännitelataus puretaan yhdistämällä se välinavasta 15 kytkimellä 14 maahan.

Maksimi vaihekulman säätöyksikkö 6 on yhdistetty tasajännitesäätöyksikköön 9. Ta-sajännitesäätöyksikön 9 säädettävän tasajännitteen Ur maksimiarvo Urmax ja samalla ohjauspulssin maksimipituus eli aikajakson ts maksimiarvo tsmax, joka vastaa 20 maksimivaihekulmaa, säädetään tämän yksikön avulla.

Maksimivaihekulman säätöyksikköön 6 kuuluu kondensaattori 15, jännitteenrajoit-taja 16 ja kondensaattorin latauspiiri 17. Kondensaattori 15 ja jännitteenrajoittaja 16, joka on edullisesti zenerdiodi, on kytketty toistensa kanssa rinnan ja myös tasajänni-25 tesäätöyksikön 9, kuten säätövastuksen 11, rinnalle. Kondensaattorin latauspiiri 17 on yhdistetty kondensaattorin 15 jännitteiseen napaan 15a, joka on edelleen yhdistetty tasajännitesäätöyksikön 9 maksimijännitteeseen napaan. Kondensaatto rin latauspiiri 17 on yhdistetty kytkimen 2 yli vaikuttavan jännitteen tarkkailuyksik-köön 7 ja latauspiirin 17 tuloon vaikuttaa vertailujännite Uv. Kondensaattorin la-30 tauspiiriin 17 kuuluu tässä sovelluksessa myötäsuuntainen diodi 18 ja vastus 19.

Vaihekulman säätöyksikkö 5 ja maksimivaihekulman säätöyksikkö 6 toimivat kuvan 4 mukaisessa sovelluksessa seuraavasti. Vaihekulman säätöyksikön 5 ohjaus-pulssin pituus eli aikajakso ts vaikuttaa kytkimen 2 (kuva 3) kiinni-ja aukioloaikoihin vaihtojännitteen kunkin jännitevaihejakson aikana ja näin kuorman yli vallit-35 sevaan jännitteeseen Ul ja vastaavasti kytkimen 2 yli vallitsevaan jännitteeseen Ufc, kuten havainnollisesti voidaan kuvista 5b, 5c ja 5d nähdä. Kytkimen 2 yli vallitsevaan jännitteeseen Ufc verrannollinen jännite Uv syötetään tarkkailuyksiköltä 7 6 9647/ (kuva 3) maksimivaihekulman säätöyksikön 6 kondensaattorin latauspiirin 17 tuloon.

Maksimivaihekulman säätöyksikössä 6 vertailujännitteellä Uv ladataan latauspiirin 17 diodin 18 ja vastuksen 19 kautta tietyllä latausvirralla Iv kondensaattoria 15.

5 Kondensaattorin 15 yli vaikuttava jännite määrää sen tasajännitteen maksimiarvon Urmax’ j°ka vaikuttaa vaihekulman säätöyksikön 5 tasajännitesäätöyksikössä 9 ja määrää ohjauspulssin maksimipituuden eli aikajakson ts maksimiarvon tsmax. Kun kondensaattorin 15 lataus virta Iv on suurempi kuin rasitusvirta Ir tasajännitesäätö-yksikön 9 säätövastuksen 11 kautta, jännitteenrajoitin 16 toimii ja sillä rajoitetaan 10 jännitteen U^ax arvo ennalta määrätylle tasolle Uz.

Kun ohjauspulssin ja aikajakson pituus ts kasvaa riittävästi, kytkimen 2 yli vallitseva jännite Ufc ja vertailujännite Uv pienenevät. Kondensaattorin 15 latausvirta Iv pienenee tällöin myös ja jollain latausvirran arvolla jänniterajoittajan 11 rajajännite Uz kohdataan, jolloin rasitusvirta Ir vastaa olennaisesti latausvirtaa Iv. Kun tasa-15 jännitesäätöyksikön 9 säätövastus 11 säädetään maksimiarvoonsa tai lähes maksimiarvoonsa, latausvirta Iv saattaa pudota alle rasitusvirran Ir jollain jännitteen Uv muodolla (riippuu kuormasta L), jolloin kondensaattorin 15 jännitetaso ja jännite Urmax putoavat. Kun jännite Urm^, joka rajoittaa jännitettä Ur (0 <_Ur < ϋ^^), putoaa ja ohjauspulssin ja aikajakson ts pituus myös lyhenevät, koska ts\, ts2 kuu-20 luu joukkoon [0, tsmax]; tsj > ts2 Ur (tsj) > Ur (ts2)· Kun aikajakso ts lyhenee, kytkimen 2 aukitila pitenee ja kytkimen 2 yli vallitseva jännite ja vertailujännite Uv kasvavat. Tällöin vertailujännitteen Uv aikaansaama latausvirta Iv kasvaa aikaisempaan arvoonsa nähden. Kun edellä mainitut muutokset tapahtuvat, säädettävän tasajännitteen maksimijännite Urmax ja ohjauspulssin maksimipituus eli maksimi-25 aikajakso tsmax saavuttavat stabiilin vakiothan, jossa Urmax < Uz ja ts < tsmax.

Edellä esitetty säätötapahtuma näyttää sellaiselta, kuin kuvassa 6 on kaaviomaisesti esitetty. Tässä kuvassa säätövastuksen 11 arvon Rref säätö tapahtuu nollasta maksimiarvoon Rrefmax· Kun säätövastuksen arvo Rref saavuttaa huippuarvonsa Rrefmax säätöjärjestely alkaa vaikuttaa esitetyllä tavalla, mikäli kytkimen yli vai-30 kuttavasta jännitteestä ei saada minimirajan ylittävää energiaa valonhimmentimen ohjausyksikölle.

Kuvassa 7 on esitetty eräs keksinnön mukainen valonhimmennin 20, jossa maksimivaihekulman säätö on toteutettu kuvissa 3 ja 4 esitetyn järjestelyn avulla. Tässä so-35 velluksessa maksimivaihekulman säätöyksikön 6 vertailujännite Uv otetaan valonhimmentimen tehonsyöttöjärjestelyyn kuuluvan jänniteregulaattorin diodien 21,22

II

96472 7 välistä, joita käytetään tällöin kytkimen 2 yli vaikuttavaa jännitteen tarkkailuyksik-könä. Jänniteregulaattorin yhteydessä on myös ohjausyksikköön 3 kuuluva synkro-nointiyksikkö 23. Kytkimenä 2 on tässä valonhimmentimessä FETipari 24, 25, joita ohjataan kytkinohjaimen 4 avulla. FETipareja voi olla useampiakin rinnankytket-5 tyinä. Vaihekulman säätöyksikön 5 ja siihen yhdistetyn maksimivaihekulman säätö-yksikön 6 toiminta on sellainen, kuin edellä kuvien 4 ja 5 yhteydessä esitettiin.

Claims (6)

96472 g

1. Menetelmä valonhimmentimen toiminnan säätämiseksi, jossa valonhimmentimen . tarvitsema sähköteho otetaan valonhimmentimen yli vaikuttavasta vaihtojännitteestä, tunnettu siitä, että tarkkaillaan energiaa, joka on saatavissa valonhimmentimen yli 5 vaikuttavasta vaihtojännitteestä ja tämän perusteella säädetään valonhimmentimen maksimivaihekulmaa siten, että saatava energia ylittää aina asetetun minimirajan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saatavan energian minimiraja asetetaan valonhimmentimen toimintaansa tarvitseman energian pe- 10 rusteella.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valonhimmentimen kytkimen yli vaikuttavan vaihtojännitteen tai siihen verrannollisen jännitteen avulla säädetään maksimivaihekulmaa siten, että kytkimen yli vaikuttava vaihto- 15 jännite pysyy asetetun minimirajan yläpuolella, joka vastaa olennaisesti saatavan energian minimirajaa.

4. Valonhimmennin (1), johon kuuluu kytkin (2), ohjausyksikkö (3) ja vaihekulman säätöyksikkö (4) ja jonka valonhimmentimen tarvitsema energia toimintaa varten 20 otetaan kytkimen (2) yli vaikuttavasta vaihtojännitteestä, tunnettu siitä, että vaihe-kulman säätöyksikön (4) yhteydessä on maksimivaihekulman säätöyksikkö (9), joka on yhdistetty laitteeseen kuuluvaan, kytkimen (2) yli vaikuttavan jännitteen tarkkai-luyksikköön (7) maksimivaihekulman säätämiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen valonhimmennin, tunnettu siitä, että vaihekul man säätöyksikköön (5) kuuluu vertailija (8), tasajännitesäätöyksikkö (9) ja saha-aaltojänniteyksikkö (10), joka on synkronoitu vaihtojännitteeseen, jotka tasajännitesäätöyksikkö (9) ja saha-aaltojänniteyksikkö (10) on yhdistetty vertailijan (8) tuloihin (8a, 8b) tasajännitesäätöyksikön (9) tasajännitteen (Ur) ja saha-aaltojänniteyksi-30 kön (7) nousevan saha-aaltojännitteen (Us) vertaamiseksi ja jonka vertailijan (8) lähdöstä (8c) saadaan ohjauspulssi kytkinohjaimelle (3) kytkimen (2) ohjaamiseksi, ja että maksimivaihekulman säätöyksikkö (6) on yhdistetty tasajännitesäätöyksik-köön (9), jonka tasajännitesäätöyksikön (10) tasajännitteen (Ur) maksimiarvo (Urmax) ja samalla ohjauspulssin maksimipituus eli aikajakson (ts) maksimiarvo 35 (tsmax)Ja maksimivaihekulma säädetään tämän yksikön avulla.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen valonhimmennin, tunnettu siitä, että maksimivaihekulman säätöyksikköön (6) kuuluu kondensaattori (15), jännitteenrajoittaja il 96472 (16), jotka on kytketty toistensa kanssa rinnan ja myös tasajännitesäätöyksikön rinnalle, ja kondensaattorin latauspiiri (17), joka on yhdistetty kytkimen (2) yli vaikut-,. . tavan jännitteen tarkkailuyksikköön.

5 Patentkrav