NL7909341A - Frequentiegevoelige schakelketen. - Google Patents

Description

* i * F requentiegevoelige schakelketen

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op elektronische regelketens en in het bijzonder op een frequentiegevoelige schakelketen voor het regelen van de bekrachtiging van belastingen zoals fluoresc ent ielampen en hoge-intensiteitsontladingslampen met 5 voorschakeltoestel.

Het Amerikaanse octrooischrift 3.971-010 beschrijft een be-lastingsregelstelsel in het bijzonder geschikt voor het selectief regelen van groepen van lampen met voorschakeltoestel zodanig, dat het nemen van energiebesparende maatregelen wordt vergemakkelijkt.

10 het bijzonder veroorlooft het stelsel het selectief verbreken van belastingen met voorschakeltoestel vanaf een voedingsketen zonder het verstoren van andere belastingen verbonden met de keten en zonder aanzienlijke wijziging van bestaande bedrading. Regelsignalen met respectieve vooraf gekozen frequenties worden toegevoerd aan de voe-15 dingsgeleiders op een geschikte plaats verwijderd van de belastingen. Frequentiegevoelige schakelketens verbinden de belastingen met de geleiders en deze schakelketens worden in werking gesteld tengevolge van de regelsignalen voor het bekrachtigen van slechts de gewenste belastingen.

20 In het kort bevat elk van de frequentiegevoelige schakel ketens gebruikt bij dit stelsel, een vaste-stofschakelorgaan zoals een triac met eerste en tweede hoofdklemmen en een regelpoort voor het regelen van de geleiding tussen de klemmen. De eerste hoofdklem van de triac is verbonden met een van de wisselspanningsvoedingsge-25 leiders, welke energie toevoeren naar de belasting, terwijl de tweede hoofdklem is verbonden met één zijde van de belasting, waarbij de andere zijde van de belasting is verbonden met de neutrale geleider van de wisselspanningsvoedingsketen. Een impedantie-element zoals een weerstand of een parallelresonantieketen, is verbonden tussen de 30 regelpoort en de eerste hoofdklem van de triac en een serieresonan- 7909341 * ψ 2 tieketen ingericht voor het doorlaten van het regelsignaal en het "blokkeren van het werkvermogen, is verbonden tussen de regelpoort en de neutrale wisselspanningsvoedingsgeleider.

Bij de afwezigheid van een regelsignaal met een frequentie, 5 waarop de LC-serieresonantieketen is afgestemd, zal de poortketen niet in werking worden gesteld en de triac niet-geleidend blijven. Indien dus de belasting een of meer fluorescentielampen met voorscha-keltoestel omvat, zal de sectie van het lichtstelsel geregeld door deze triacschakelketen uitgeschakeld blijven. Teneinde deze sectie 10 van bet lichtstelsel te bekrachtigen, wordt een verwijderd opgestelde frequentiegenerator in werking gesteld voor het superponeren op de voedingsgeleiders, van een regelsignaal met een frequentie overeenkomend met die waarop de bovengenoemde LC-resonantieketen is afgestemd. Aangezien de serieresonantieketen het regelsignaal zal door-15 laten, verschijnt het volledige regelsignaal over het met de poort verbonden impedantie-element, waardoor de triac wordt ingeschakeld en de belasting wordt bekrachtigd. Teneinde de triac geleidend te houden en bekrachtiging van de belasting te handhaven, moet de poortketen van deze bekende frequentiegevoelige schakelketen continu 20 worden bediend door het regelsignaal. Wanneer het regelsignaal wordt beëindigd, zal de triac worden uitgeschakeld en de belasting worden afgeschakeld. Ofschoon dus het belastingsregelstelsel van het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift 3.971*010 een aanzienlijke voortgang in de techniek levert met betrekking tot energiebesparing, zou-25 den de voordelen van het stelsel aanzienlijk kunnen worden verbeterd, indien het niet nodig was continu signaalvermogen te verbruiken teneinde de belastingsbekrachtiging te handhaven.

De Amerikaanse octrooiaanvrage 912.606 van Hidler en Plumb ingediend op 5 juni 1978, levert een betere frequentiegevoelige scha-2o kelketen, welke op aanzienlijke wijze het verbruik van regelsignaal-vermogen vermindert op een verhoudingsgewijs eenvoudige en economische wijze. In het bijzonder wordt hier de schakelketen van het Amerikaanse octrooischrift 3-971.010 als volgt gewijzigd. De verbinding tussen de condensator en de spoel van de serieresonantieketen 35 is direkt verbonden met de triacklem, welke is verbonden met de belas- 79 0 9 3 4 f 3 ting. Verder is een extra seriecondensator verbonden tussen de re-sonantieketenspoel en de neutrale voedingsgeleider. De capaciteits-waarde van deze extra seriecondensator wordt gekozen om het werkvermogen te blokkeren en het regelsignaal door te laten, dat een fre-5 quentie heeft overeenkomend met die, waarop de serieresonantieketen is afgestemd. Als resultaat van deze wijziging van de keten, wordt het overgedragen regelsignaal gevormd over de poortimpedantie-orga-nen voor het in werking stellen van de triac in geleiding bij het einde van elke halve cyclus van het werkvermogen. De resulterende ΊΟ geleiding van het werkvermogen doorbet schakelorgaan werkt dan voor het effectief kortsluiten van de condensatorcomponent van de serieresonantieketen en het daardoor zorgen dat de spoelcomponent van de resonantieketen het regelsignaal blokkeert voor de rest van de halve cyclus van werkvermogen. Aldus wordt het regelsignaal geblokkeerd 15 gedurende elke halve cyclus van het aangelegde wisselspanningsvermo-gen, behalve een klein deel van elke halve cyclus, waardoor het verbruik van regelsignaalvermogen aanzienlijk is verminderd.

Ofschoon de bovenbeschreven schakeling van de Amerikaanse octrooiaanvrage 912.606 af doende werkt voor de gewenste energiebe-20 sparing, kan het constant schakelen de triac verstoren en dus de levensduur van de schakeling beïnvloeden.

Een doel van de uitvinding is te voorzien in' een frequentie-gevoelige schakelketen voor het regelen van belastingsbekrachtiging.

Een speciaal doel van de uitvinding is een dergelijke seha-25 keling met verlengde levensduur, terwijl op aanzienlijke wijze verbruik van regelsignaalvermogen wordt verminderd.

Een en ander wordt volgens de principes van de uitvinding bereikt door het wijzigen van de beschreven schakelketen uit de bovengenoemde Amerikaanse octrooiaanvrage 912.606 als volgt. Het ver-30 bindingspunt tussen de condensator en de spoel van de serieresonantieketen wordt verbonden via een stroombegrenzingsweerstand met de triacklem, welke is verbonden met de belasting. De waarde van deze weerstand wordt gekozen om voldoende hoog te zijn voor het verkrijgen van effectieve begrenzing van stroom in de poortketen van de triac of ander 35 schakelorgaan, indien in werking gesteld. Tegelijkertijd is de gekozen ^909341 t

V

weerstandswaarde voldoende gering voor het vergemakkelijken van het kortsluiten van de condensatorcomponent van de serieresonantieketen. · Als resultaat zal deze schakelketen met stroombegrenzingsweerstand de verstoring van het schakelorgaan tot een minimum beperken en dus 5 de levensduur van de keten verlengen.

De uitvinding zal aan de hand van de tekening in het volgende nader worden toegelicht.

De figuur toont een schakeling van een frequentiegevoelige keten volgens de uitvinding.

!Q Het Amerikaanse octrooischrift 3.971.010 als bovenbesproken, toont een belastingsregelstelsel met een aantal regelsignaalbronnen voor het selectief aanbrengen van regelsignalen van respectieve vooraf gekozen frequenties op de wisselspanningsvoedingsgeleiders voor het regelen van de bekrachtiging van een aantal belastingen met voor-15 schakeltoestel, zoals fluorescentielampen. Bij de koppeling tussen elk van de selectief te regelen belastingen en de wisselspanningsvoe-dingsgeleiders is een frequentiegevoelige schakelketen aanwezig. De uitvinding geeft nu een frequentiegevoelige schakelketen aan, welke direkt kan worden aangebracht in plaats van elke schakelketen van 2q het bekende regelstelsel uit het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift 3.971.010.

In dit Amerikaanse octrooischrift 3.971.010 wordt het volledige regelstelsel aangegeven in verband met een gebruikelijk drie-fasig vermogensdistributiestelsel met vier draden en van de soort, 25 zoals veel gebruikt in bestaande gebouwen. Dit stelsel omvat fasege-leiders en een neutrale geleider, welke wisselspanningsvermogen toevoeren naar het gebouw vanaf een uitwendige bron, typerend bij een lijnfrequentie van 60 Hz en een effectieve spanning tot 600 volt tussen elk van de fasegeleiders en de neutrale geleider. Binnen het 2o gebouw wordt vermogen toegevoerd naar de verschillende aftakketens door lijngeleiders (daar aangegeven met L1, L2, L3) en een neutrale geleider (N) verbonden met de hoofdfase-neutrale geleiders bij een distributiepaneel. Het stelsel omvat verder organen voor het toevoeren van regelsignalen van een vooraf bepaalde frequentie aan de ge-25 leiders van de aftakketens. De speciale uitvoeringsvorm als in dat 79 0 9 3 41 5 octrooischrift getekend, is een tweekanalenstelsel met respectieve regelsignaalbronnen, elk werkend op een andere frequentie. Elke regelsignaalbron omvat een frequentiegenerator, die werkt met een gegeven frequentie, bij voorkeur in het gebied van 30 tot 70 kHz, 5 ofschoon regelsignaalfrequenties neerwaarts totaan 20 kHz en opwaarts tot 90 kHz mogelijk zijn.

Volgens de tekening omvat de frequentiegevoelige schakel-keten een tweerichtingsschakelorgaan zoals een triac 10 met een eerste hoofdklem verbonden met de keteningangsklem L1, een tweede hoofd-10 klem verbonden met een zijde van de belasting 12 en een regelpoort voor het regelen van geleiding tussen de klemmen. De ingangsklem L1 vertegenwoordigt ketenorganen verbonden met één van de 60 Hz lijngeleiders. Een tweede keteningangsklem ïï is verbonden met de andere zijde van de belasting 12 en toont organen verbonden met de neutrale 15 geleider van de 60 Hz voedingsbron. Een impedantie-orgaan zoals weerstand lU is verbonden met de regelpoort en de eerste hoofdklem van de triac .10 terwijl een serieresonantieketen 16 is verbonden tussen de triacregelpoort en de neutrale klem N. De resonantieketen 16 is een LC-serienetverk voorzien van een spoel 18 en een condensator 20, 20 waarbij de condensator is verbonden tussen een zijde van de spoel en de regelpoort van de triac 10. De waarden van de LC-componenten 18 en 20 zijn gekozen voor het vormen van een keten, afgestemd op de resonantie bij de frequentie van een gekozen signaal van de bovengenoemde regelsignalen, welke kunnen zijn gesuperponeerd op de 60 Hz 25 voedingsgeleiders. De andere zijde van de spoel 18 is verbonden met de neutrale klem N via een condensator 22, welke een capaciteits-waarde heeft, gekozen voor het blokkeren van het 60 Hz werkvermo-. gen maar het doorlaten van het respectievelijke regelsignaal, waarop de keten l6 in resonantie is afgestemd.

30 Volgens de uitvinding is het verbindingspunt van de resonan- tieketencondensator 20 en de spoel 18 verbonden via een stroombe-grenzingsweerstand 28 met de tweede hoofdklem van de triac 10, welke is verbonden met een zijde van de belasting 12.

Voor deze bespreking zal de belasting 12 worden beschouwd 35 als een lampvoorschakeltoestel. Aanvankelijk wordt aangenomen, dat 7909341 ft 6 de lijngeleiders zoals L1 worden bekrachtigd met 6o Hz vermogen en dat er hetzij geen regelsignalen zijn gesuperponeerd op de lijn of elk opgewekt regelsignaal dat is met frequenties verschillend van de frequentie waarop de resonantieketen 16 is afgestemd. Onder deze om-5 standigheden werkt de resonantieketen 16 voor het blokkeren van het 60 Hz werkvermogen, terwijl de triac 10 uitgeschakeld zal blijven en de belasting 12 afgeschakeld zal blijven.

Indien een regelsignaal met een frequentie overeenkomend met de afstemresonantie van de keten 16 wordt toegevoerd aan de lijnge-10 leider L1, laten de serieketen 16 en een condensator 22 het signaal passeren en het volledige regelsignaal verschijnt over de weerstand 1^. Als resultaat van de spanning, gevormd op de regelpoortketen, wordt de triac ingeschakeld en levert dan volledige geleiding voor het 60 Hz werkvermogen om de belasting 12 te bekrachtigen. Buitendien 15 echter overbrugt de geleidende triac 10 ook het regelsignaal naar het verbindingspunt van de spoel.18 en de condensator 20, waardoor de condensator 20 effectief wordt kortgesloten, zodat de keten 16 niet langer resoneert bij de regelsignaalfrequentie. Onder deze omstandigheden werkt de spoel 18 als een hoge impedantie voor het blokkeren 20 van het regelsignaal. Buitendien dient, zoals bovengenoemd, de serie-condensator 22 voor het blokkeren van het 60 Hz werkvermogen wanneer de triac geleidend is. Wanneer het werkvermogen en dus de belastings-stroom terugkeren naar nul aan het einde van elke halve cyclus van de 60 Hz lijnstroom, stopt de overbruggingswerking van de triac, waar-25 na de condensator 20 opnieuw in resonantie komt met de--spoel_j8 bij de regelsignaalfrequentie voor een spanningsopbouw over de weerstand 1U, Vrijwel de volledige regelsignaalspanning verschijnt over de weerstand 1U. Deze zelfde spanning verschijnt tussen de triacregelpoort en de triachoofdklem verbonden met L1, waardoor de triac 18 in gelei-30 ding komt voor het voortzetten van bekrachtiging van de belasting 12 en het opnieuw kortsluiten van de condensator 20 gedurende de rest van de halve cyclus van de lijnstroom.

Resumerende neemt de frequentiegevoelige schakelketen het regelsignaal vanaf de lijngeleider slechts lang genoeg aan om de triac 35 opnieuw te schakelen bij het begin van elke halve periode van het 79 0 93 41 7 6θ Hz werkvermogen, aangelegd door de triacschakelaar naar de belasting 12. Anders gezegd, wordt het regelsignaal gevormd over de weerstand 1U en toegevoerd naar de poort van de triac 10 om deze in geleidende toestand te brengen aan het einde van elke halve cyclus 5 van werkvermogen en daarna dient de geleiding van het 60 Hz werkvermogen via de triac voor het effectief kortsluiten van de condensator 18 voor het blokkeren van het regelsignaal gedurende de rest van de halve cyclus van het 60 Hz werkvermogen. Aldus wordt signaalvermogen slechts uit de lijn af genomen gedurende een kleine fractie van de 10 totale tijd, dat het signaal wordt overgedragen, waardoor het verbruik van regelvermogen tot een minimum wordt teruggebracht.

Volgens de uitvinding wordt de waarde van de weerstand 28 gekozen voor het begrenzen van de stroom lopend in de poort van de triac 10, wanneer de triac tot geleiding is gebracht bij het einde van 15 elke halve cyclus van het werkvermogen. Dit betekent, dat de weerstand 28 de stroom in de poort begrenst wanneer de triac wordt ingeschakeld en de condensator 20 wordt ontladen door de weerstand 1^ en de poort van de triac 10. Ofschoon de waarde van de weerstand 28 is gekozen om voldoende hoog te zijn voor het begrenzen van de stroom, 20 wordt deze weerstandswaarde ook gekozen om voldoende laag te zijn ter vergemakkelijking van het kortsluiten van de condensator 20. Dit betekent dat de stroombegrenzingsweerstand van de component 28 wordt gekozen om de ketenimpedantie optimaal te maken bij signaalfrequen-ties na het inschakelen. De impedantie van de frequentiegevoelige 25 schakelketens en belastingen (voorschakeltoestellen) moet een maximum worden gemaakt om de signaalstroom, welke de regelsignaalbron moet leveren, tot een minimum te beperken. Aldus beschermt de weerstand 28 de triac tegen buitensporige stroom tengevolge van het ontladen van de condensator 20 wanneer de triac is ingeschakeld, doch is de waar-30 de van de weerstand 28 (voldoende laag) gekozen om het effect op de overbruggingswerking van de keten en de resulterende hoge impedantie, gewenst met betrekking tot de signaalbron, tot een minimum te beperken.

De selectiviteit van de frequentiegevoelige schakelketen 35 kan worden verbeterd door een parallelresonantieketen te verbinden 79 0 9 3 4 1 8 tussen de triacregelelektrode en de klem van de triac verbonden met L1 in plaats van de enkele weerstand lU. Dit kan worden uitgevoerd, zoals getekend met stippellijnen in de tekening, door het verbinden van een spoel 2h en een condensator 26 parallel over de weerstand 1¼.

5 Deze parallelresonantieketen wordt afgestemd op resonantie bij de gewenste regelsignaalfrequentie, dat wil zeggen dezelfde frequentie waarop de serieresonantieketen is afgestemd.

Bij het aannemen van vooraf gekozen waarden voor de spoel 18 en de condensator 22 kan de getekende schakelketen worden uitge-10 voerd om te werken bij verschillende regelsignaalfrequenties door het gebruik van verschillende capaciteitswaarden voor de condensator 20. De vereiste signaalspanningsniveaus worden bepaald door de keuze van de weerstandswaarde voor de weerstand A.

Ofschoon de beschreven schakeling kan worden uitgevoerd 15 met componentwaarden in gebieden geschikt voor elke speciale toepassing, zoals in de techniek bekend, toont de volgende tabel componentwaarden en typen voor een frequentiegevoelige schakelketen gemaakt volgens de uitvinding. In het bijzonder levert de onderstaande tabel een keten voor het bekrachtigen van booglampvoorschakeltoestellen 20 met een werkspanning van 277 volt bij 60 Hz tengevolge van een regel-signaal van 10 volt bij 30 kHz.

Triac 10 Teccor type^ QÖOOÖlA

Weerstand A 68 ohm, lA watt

Spoel 18 7-9 millihenry, Q ^ 30 25 Condensator 20 0,0056 microfarad, 1200 volt gelijkspanning

Condensator 22 0,01 microfarad, 1200 volt gelij kspanning

Weerstand 28 390 ohm, 1/H watt 30 Een tweede uitvoering van de keten om aan te spreken op een 55 kHz regelsignaal omvat dezelfde componentwaarden als boven-gegeven met de uitzondering van weerstand A, welke een waarde van 180 ohm, 1 A watt heeft en de condensator 20, welke een waarde heeft van 0,0012 microfarad, 1200 volt gelijkspanning.

35 Indien de bovenstaande 55 kHz schakelketen wordt gebruikt 7909341 9 in een netwerk parallel met de bovengenoemde 30 kHz schakelketen, kan het wenselijk zijn een hogere waarde te kiezen voor de weerstand 28 in de 55 kHz keten, bijvoorbeeld een weerstandswaarde van 2200 ohm, waardoor de impedantie van het parallelle ketenpaar optimaal zal 5 zijn om energiebesparing voor het stelsel maximaal te maken.

Bij de beschreven uitvoeringen verbruikt de schakelketen slechts signaalvermogen gedurende ongeveer 1/80 van elke halve cyclusperiode van de lijnstroomgolfvorm, dat wil zeggen dat signaalvermo-gen wordt verbruikt na de nuldoorgang van de golfvorm gedurende een 10 periode van ongeveer 100 microsec. gedurende elke halve cyclusperiode van ongeveer 8 millisec. van de 60 Hz stroom, gevoerd door de triac 10 naar de belasting 12.

Het zal duidelijk zijn dat wijzigingen binnen het kader van de uitvinding mogelijk zijn-.

15 7109341

Claims (8)

1. Frequentiegevoelige schakelketen voor het regelen van bekrachtiging van een belasting tengevolge van een regelsignaal aangebracht op voedingsketengeleiders welke werkvermogen voor de belas-5 ting voeren, waarbij het regelsignaal een eerste frequentie heeft en het werkvermogen een wisselstroom van een tweede frequentie vormt, met het kenmerk, dat de schakelketen is voorzien van een.tweerichtings-schakelorgaan met eerste en tweede hoofdklemmen en een regelpoort voor het regelen van geleiding tussen de klemmen, organen voor het verbin-10 den van de eerste hoofdklem van het schakelorgaan met een eerste van de voedingsketengeleiders en organen voor het verbinden 'van de tweede hoofdklem van het schakelorgaan met een zijde van de belasting, een impedantie-orgaan verbonden tussen de regelpoort en de eerste hoofdklem van het schakelorgaan, een serieresonantieketen afgestemd voor 15 het doorlaten van het regelsignaal en het blokkeren van het werkvermogen en voorzien van een eerste condensatororgaan en spoelorgaan, waarbij het eerste condensatororgaan is verbonden tussen de regelpoort van het schakelorgaan en een zijde van het spoelorgaan, een tweede condensatororgaan met een klem verbonden met een zijde van het spoel-20 orgaan en met een capaciteitswaarde gekozen voor het doorlaten van het regelsignaal en het blokkeren van het werkvermogen, en organen voor het verbinden van een tweede klem van het tweede condensatorór-gaan aan zowel een tveede zijde van de belasting als een tweede voedingsketengeleider waardoor het impedantie-orgaan, het eerste conden-25 satororgaan, het spoelorgaan en het tweede condensatororgaan in serie zijn verbonden in die volgorde over de eerste en tweede voedings-geleiders, terwijl een eerste weerstand is verbonden tussen de tweede hoofdklem van het schakelorgaan en het verbindingspunt van het eerste condensatororgaan en het spoelorgaan, waarbij deze eerste weer-30 stand een waarde heeft welke is gekozen voor het begrenzen van de stroom in de poortketen van het schakelorgaan wanneer dit schakelorgaan in geleiding is gebracht.

2. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eerste frequentie is gelegen in het gebied van ongeveer 20 tot 90 kHz 35 en de serieresonantieketen is afgestemd op resonantie bij deze eer- 7909341 ste frequentie terwijl het regelsignaal wordt gevormd over het im-pedantie-orgaan en wordt toegevoerd naar de poort van het schakelorgaan om dit tot geleiding te brengen bij het einde van elke halve cyclus van het werkvermogen en het geleiden van het werkvermogen door het 5 schakelorgaan werkzaam is voor het effectief kortsluiten van het eerste condensatororgaan en om te zorgen dat het eerste spoelorgaan het regelsignaal blokkeert gedurende de rest van de halve cyclus van het werkvermogen waardoor verbruik van regelsignaalvermogen wordt verminderd, terwijl de gekozen waarde van de eerste weerstand voldoen-10 de hoog is voor het leveren van effectieve stroombegrenzing en voldoende laag voor het vergemakkelijken van het kortsluiten van de eerste condensator.

3. Schakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de eerste frequentie is gelegen in het gebied van 30 tot 70 kHz. 15 k. Schakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de tweede frequentie ongeveer 60 Hz is.

5. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk.'dat het schakelorgaan een triac is.

6. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het 20 impedantie-orgaan een tweede weerstand is.

7· Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het impedantie-orgaan is voorzien van een parallelresonantieketen afgestemd op resonantie bij de eerste frequentie.

8. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 25 belasting is voorzien van een boogontladingslamp met voorschakeltoe- stel.

9. Inrichting in hoofdzaak zoals beschreven in de beschrijving en/of weergegeven in de tekening. 7909341