SE457313B - Effektregulator, speciellt ljusregulator - Google Patents

Description

457 313 , 1 av huvudspänningen letttill bortfall eller åtminstone stört driften av en apparat som en följd av de svajande strömmar, som använts av kompensationskapacitanserna, En lösning har tidigare föreslagits (Dos 26 44 553), enligt vilken man gjort ansträngningar för att leda strömmen från början av en halvcykel till bortkopplingsmomentet enligt ett förutbestämt värde.

På basis av denna teknikens ståndpunkt är ett ända- mål med föreliggande uppfinning att åstadkomma en effekt- regulator, i synnerhet en ljusregulator, som lämpar sig för styrning av ljusintensiteten från såväl kompenserade som okompenserade ljuskällor, vilka är anslutna till en huvud- ledning med växelström, vilken regulator har en eller flera omkopplingselement inkopplade i en krets mellan huvudled- ningen och ljuskällan, samt en styrkrets för ett omkopplings- element eller flera sådana element, som under förfarandet för styrning av intensiteten bortkopplar matarströmmen åtminstone en gång under varje halvoykel, när strömmen har letts från O-momentet hos en halvcykel till momentet enligt ett inställt värde.

Emellertid har den praktiska tillämpningen av denna princip hittills omöjliggjorts av ett flertal problem beroende på t.ex. olika kompensationsgrader hos en belast- ning. När belastngen är tillräckln;;kompenserad, kan spänningen hos belastningen sjunka långsammare än huvud- ledningsspänning. Sålunda skall energi kunna överföras från belastningen till huvudledningen så att en spännings- skillnad mellan huvudledningen och belastningen förblir liten.

När kompensationsgraden hos en belastning är låg efter flödesväktarens brytning, som har åstadkommits av omkopplingselementet, söker spänningen hos belastningen att bli komplementär till huvudledningens spänning, under 2 i 457 n: det att en induktiv belastning tar upp sin ström från kompensationskapacitatorn. Med en låg grad av kompensa- tion kommer denna komplementära spänning att öka i sådan grad, att bortkopplingselementet skulle förstöras, såvida icke detta hindrades.

För eliminering av dessa problem kännetecknas en ljusregulator enligt uppfinningen därigenom att kopplings- elementet utgöres av ett med belastningen seriekopplat, dubbelriktat kopplingselement, som under repsektive halv- period styres för att avbryta strömmen endast från nätet mot belastningen, men att tillåta strömmens flöde i mot- satt riktning, och att ett andra dubbelriktat kopplings- element är kopplat parallellt med belastningen och under respektive halvperiod är styrt för att hindra strömmens flöde i nätspänningens riktning, men tillåta strömmen att flyta i motsatt riktning via det andrakopplingselementet. Även om belastningen är klart överkompenserad, kan be- lastningens spänning ej i betydande grad överskrida huvud- ledningens spänning av den orsaken, att energin hos en kompenserande kapacitansaïurladdas automatiskt till huvud- ledningen genom det första tvåvägsomkopplingselementet.

Med denna regleringsanordning enligt uppfinningen är det även möjligt att hålla belastningsspänningen hos en belastning med en låg kompensationsgrad nära noll, om spänningen hos belastningen söker bli komplementär till hnvudledningens spänning, eftersom i detta läge det andra omkopplingselementet börjar att leda ström till en lampa.

Med flödesövervakningsstyrningen hos det första i serie med belastningen anslutna omkopplingselementet till- kopplat, utvecklas sålunda ej någon strömtopp tack vare en ringa spänningsskillnad mellan huvudledningen och belastningen.

Följande fördelar erhålles med styrning av olika lamptyper under användning av den andra omkopplaren. 457 313 4 Fluoroscenslampor med 38 mm diameter regleras under använd- ning av glödtransformatorer på samma sätt som hos en vanlig regulator utan kompensation oberoende av kompensations- graden. Med tändningskretsar försedda 38 mm fluoroscens- lampor styres oberoende av kompensationsgraden bättre än med vanliga regulatorer utan kompensation.

Fluoroscenslampor med en diameter på 26 mm kunde över huvudtaget inte tillförlitligt styras medelst en vanlig regulator. Genom användning av en regulator enligt uppfinningen kan sådana med tändningskrets styras oberoende av kompensationsgraden.

Kvicksilverånglampor kan styras medelst den nya regulatorn oberoende av kompensationsgraden mera effektivt än medelst en vanlig regulator utan kompensation.

Natriumlampor regleras på samma sätt som kvick- silverånglampor bättre än vid användning av en vanlig regulator. Båda dessa lamptyper kan styras till en lägre nivå än vid användning av en vanlig regulator. Reglering nedåt kan även genomföras avsevärt snabbare än med en konventionell regulator. I Förbättringenav regleringskarakteristikorna beror i hög grad på det förhållandet, att när kraftmatningen från huvudledningen till lampan avbrytes, avbrytes ej en ström till lampan, utan det är möjligt att utnyttja energin hos kompensationskapacitansen och strypa denna, varvid den strömlösa tiden hos en lampa blir kortare än vanligt, vilket avsevärt förbättrar regleringsegen- skaperna hos en lampa, t.eX. genom minskning av återtänd- ningsspänningen.

Ett annat problem, som måste lösas, är tidsin- ställningen av styrningen av bortkopplingsmomentet hos ett omkopplingselement, som är seriekopplat med belast- ningen. En lösning, som av en fackman kan betraktas som konventionell, är en reglering, som är baserad på tids- mätning för styrning av tidsinställningen. b' 4-57 sin Ett ändamål med uppfinningen är även att finna en enklare och mera praktisk lösning för tidsinställningen av styrningen av nämnda omkopplingselement. Enligt uppfin- ningen har för att bestämma kretsbrytmomentet för omkopp- larna hos ett omkopplingselement anordnats en styrlogik- krets med en integrator, en avkännare för avkänning av 0-momentet hos huvudledningens spänning och en referens- inställning inställande anordning, varigenom från O-momentet hos huvudledningens spänning med den integrerade spänningen, som når den inställda referensspänningen, integratorn ger styrdatavärden för komparatorlogiken i ändamål att bryta strömmen hos nämnda omkopplingselement i nämnda riktning (från huvudledningen mot belastningen). Tack vare denna integreringsprincip kommer bortkopplingen att äga rum med högre huvudspänning än tidigare med låg spänning, så att förändringar i huvudledningens spänning får avsevärt mindre effekt på intensiteten hos lamporna, än när man använder en styrning, som är baserad på tidsmätningen. Vidare söker integreringsprincipen att göra belastningsströmmen symmetrisk.

Uppfinningen skall i det följande närmare förklaras med hänvisning till de bifogade ritningarna, varå fig. 1 är ett diagram, som åskådliggör principen hos regulatorn enligt uppfinningen, och fig. 2 visar en lämplig utförings- form av omkopplingselementen S1 och S2, som användes i regulatorn enligt fig. 1. Fig. 3 visar kurvformen hos den ingående och utgående spänningen hos en regulator enligt uppfinningen, och fig. 4 visar ett blockdiagram för styrningen avomkopplingselementen till en regulator enligt uppfinningen, Fig. 5 visar en första utförings~ anordning enligt uppfinningen för tidsbestämningen av omkopplingselementen i regulatorn enligt uppfinningen, och fig. 6 visar en andra utföringsform av anordningen 4-'57 - 3-13 e för tidsinställningen av styrningen för omkopplingsele- menten. Fig. 7 visar en tredje möjlighet för tidsbestäm- ning av styrningen för nämnda omkopplingselement. Fig. 8-12 visar alternativa utföringsformer för ett omkopplings- element, som visas i fig. 2.

Fig. 1 åskådliggör användningen av en ljusregulator enligt uppfinningen för styrning av ljusintensiteten hos en fluoroscenslampa L. Fluoroscenslampan L är genom ett stör- filter 1 ansluten till växelströmshuvudledningen. Med 3 har betecknats en induktans, som består t.ex. av en spole, som begränsar strömmen till lampan L. För begränsning av fluoroscenskraften är i kretsen inkopplad en kompense- rande kapacitans 2 för varje ljuskälla.

En regulator enligt uppfinningen omfattar en första omkopplare S1, som är seriekopplad med ljuskällan L. En andra omkopplare S2 är kopplad parallellt med belastningen L mellan denna och det första omkopplingselementet S1.

En styrlogik 4, som skall beskrivas mera detaljerat med hänvisning till fig. 4, styr omkopplingen av omkopplar- elementet S1 och S2, som vid exemplet enligt fig. 2 består av två transistorer a och b, vilkas kollektorer är sammankopplade. Sålunda kan transistorerna anslutas till samma kylplatta utan isolering. Ett sådant omkopplings- element kan omslutas av integrerande transistorer a och b till en komponent med solitt tillstånd. Parallellt med varje transistor har kopplats relativt omkastade dioder d, vilkas urladdningsriktning går från emitter till kollektor hos en transistor parallellt med denna. Vid användning av en integrerad komponent kan dioderna integreras i mot- svarande transistorer såsom åskådliggöres vid utförings- exemplet enligt fig. 8.

Styrlogikkretsen 4 mottar sin matning och synkro- nisering från huvudledningens ström såsom antytts med en pil 6. Pilen 5 åskådliggör en strömmen begränsande styr- anordning, som användes för att bryta styrningen från om- kopplingselementen S1 och S2, tills det följande noll- v ”åäö "313 momentet hos hnvudledningens ström, när belastningsströmmen hos ett omkopplingselement överskrider ett tillåtet värde.

Kurvan i fig. 3 åskådliggör den generella arbets- principen för en regulator. Kurvformen hos regulatorns in- gående spänning är sinusliknande. Den utgående spänningen ökar med en motsvarande kurvform från O-momentet av spän- ningen, tills ett önskat kretsbrottmoment har nåtts. Därvid öppnas omkopplaren a i ett omkopplarelement S1, som hit- tills varit stängt, under det att omkopplaren b fortfarande förblir stängd. Sålunda brytes ett framåt riktat strömflöde, dvs. ström från huvudledningen till belastningen och den utgående spänningen hos en regulator börjar att sjunka beroende på graden av kompensation av belastningen i mot- svarighet till olika alternativ, av vilka fig. 3 åskådlig- gör de följande: I är en underkompenserad ljuskälla, II en kompenserad ljuskälla och III en överkompenserad ljuskälla. Genom en diod d som är kopplad parallellt med omkopplaren b, och omkopplaren a kvarstår emellertid en möjlighet för automatisk återmatning av kraft från belast- ningen till huvudledningen, om belastningsspänningen skulle få en tendens att överskrida huvudledningens spänning.

En viktig del av uppfinningen är även att se i en styrlogikkrets 4 för omkopplarna S1 ooh S2, vilken krets nu skall förklaras med hänvisning till fig. 4.

Regulatorn bygger upp en betjäningsspänning, som erfordras av styrelektroniken, från en huvudlednings- spänningsmatning 6 medelst sin egen kraftkälla 7.

För att följa huvudledningens spänning har anordningen försetts med en synkroniserande krets 8.

Medelst en O-momentavkännarejbildas ett datavärde på O-momentet hos huvudledningens spänning. Kretsen är vidare försedd med ett organ 10 för att följa polariteten hos huvudledningens spänning. i 45.7 3-13 g För bestämning av kretsbrottmomentet hos styr- anordningen för omkopplingselementet S1 har en huvudled- ningens spänning följande integral funktion utformats i en integrator 11. Integreringen igångsättes vid O-momentet hos huvudledningens spänning. När den integrerade spän- ningen nâr en referensspänning, som är inställd, t.ex. medelst en potentiometer 12, alstrar en komparator 13 ett logiskt datavärde för öppnandet av strömställaren a i omkopplingselementet S1 för blockering av strömflödet från huvudledningen till belastningen. Tack vare integre- ringsprincipen kommer avbrotten att ske vid en högre spän- ning hos huvudledningen tidigare än vid en låg spänning, varför variationer i huvudledningens spänning får avsevärt mindre effekt på intensiteten hos lamporna än vad fallet skulle vara, om man använde normal, på tidsmätningar ba- serad styrning. 1 På basis av nolldata hos huvudledningens spänning, dess polaritet och bortkopplingsdatavärden, som erhålles medelst komparatorn 13, användes de logiska kretsarna 14 för att alstra logiska styrsignaler från omkopplarna i omkopplingselementet S1. De logiska kretsarna 15 användes för att på basis av nolldata och polariteten hos huvud- ledningens spänning alstra logiska styrsignaler för styrning av omkopplarelementen i omkopplaren S2. Styr- signalerna kan tidsinställas pâ tre olika sätt, som skall senare beskrivas med hänvisning till fig. 5 - 7.

Styrsignalerna är galvaniskt skilda från huvud- ledningens spänning i en enhet 16. Efter den galvaniska separeringen omvandlas de logiska datavärdena till en styrström för omkopplarna a och b hos omkopplarelementen S1 och S2 i styrkretsarna 18 och 20. En del av den styr- ström, som erfordras av kretsarna 18 och 20, tas från spänningskällan 7. Huvuddelen av styrströmmen alstras emellertid medelst en strömomvandlarenhet 22, som är o 5 4s1 z13 återkopplad från huvudkretsen (se fig. 1, pilen 5). Så- lunda kan styrkretsen från omkopplingselementet S1 ökas i motsvarighet till belastningsströmmen. Med en låg be- lastningsström är sålunda möjligt att eliminera extra kraftförbrukning i styrkretsen. När man dessutom arbetar med höga strömmar förbättras strönmesßtiviteten hos om- kopplartransistorerna, eftersom basströmmen hos en tran- sistor kan ökas i motsvarighet till belastningsströmmen.

En liknande styranordning kan utformas för om- kopplarna a och b hos ett omkopplarelement S2, vilken styranordning som enhet har betecknats med 21.

Fig. 5 visar en första utföringsform av en an- ordning för styrningav omkopplarna a och b i omkopplar- elementen S1 och S2. En skuggad yta åskådliggör en styr- ning, som är beroende på regleringen. Den övre linjen åskådliggör det stängda läget hos en omkopplare och den nedre linjen_dess öppna läge. Beträffande O-momentet för huvudledningânš spänning i fortsättningen, är omkopplaren Síb stängd, möh-omkopplaren Sïa kommer att stängas efter enzfinga fasvinkel från O-momentet. Vid ett visst strömmen bortkopplande moment öppnas omkopplaren Sía, under det att omkopplaren S1b fortfarande förblir stängd, och denna situation varar fram till följande O-moment hos huvud- ledningens spänning. Situationen upprepas nu för övrigt på samma sätt, men funktionellt har omkopplarna a och b om- kastat sina lägen. Det skall vidare påpekas, att en styr- ning på basis av regleringenav omkopplarna a och b stannas och startas på ett avstånd av en ringa fasvinkel från O-punkten hos huvudspänningen. Styrning av omkopplarna a och b för omkopplaren S2 åstadkommas blott beroende på huvudledningens spänning på ett sådant sätt, att strömmen ej kan förskjutas i huvudledningens spännings- riktning av sin verkan men är i stånd att förskjutas i motsatt riktning, om efter den framåt riktade bortkopp- 457 313 to lingen av omkopplingselementet SI spänningen omkastas i förhållande till huvudledningens spänning. Sålunda upp- rätthåller omkopplingselementet S2 belastningsspänningen efter strömbortkopplingen nära noll genom att leda ström till en lampa L, varvid belastningsspänningen är motsatt huvudledningens spänning. Detta blir sålunda ett sätt att hindra utvecklingen av spänningstoppar, som är skadliga för komponenterna, och för användning av all kraft an- tingen till lampan L eller tillbaka till matarhuvudled- ningen.

Det framgår vidare av fig. 5 att båda omkopplarna a och b i omkopplingselementet S2 momentant är öppna på båda sidor om O-punkten för huvudledningens spänning i mot- svarighet till den fasvinkel, vid vilken omkopplarna a och b i omkopplarelementet S2 ej har en av regleringen be- roende styrning.

Emellertid kan omkastningen av tillstånden hos omkopplarna a och b i omkopplingselementet S2 även tids- inställas exakt i förhållande till O-punkten hos huvudled- ningens spänning såsom åskådliggöres i fig. 6. För övrigt motsvarar styrningen det som visas i fig. 5.

Den styrning, som åskådliggöres i fig. 7,skiljer sig från.den enligt fig. 5 därigenom, att när O-momentet hos huvudledningens spänning eller t.o.m. något tidigare än detta båda omkopplarna a och b hos omkopplingselementet S2 är slutna, tills under en av regleringen beroende styr- ning en viss flödesriktad omkopplare a eller b öppnas.

För att hindra skada av omkopplarelementen i kortslutningssituationer användes en strömomformare för att alstra från deras belastningsström en signal, och när denna signal överskrider ett tillåtet värde, bort- kopplas det tillhörande omkopplingselementet från styr- ningen, tills åtminstone nästa O-punkt hos huvudledningens spänning (strömbegränsande styrning enligt fig. 1).

H 457 313 Det principiella sättet för manövrering av om- kopplarelementen S1 och S2 består i att energi ledes genom omkopplingselementet S1 till belastningen från 0-punkten av huvudledningens spänning, tills integratorn 11 hos styrkretsen når ett inställt värde.

När belastningen har kompenserats i tillräcklig grad, kommer belastningsspänningen att falla långsammare än huvudledningens spänning (se den överkompenserade kurvan III i fig. 3). Därvid börjar omkopplingselementet SI att leda, så att energi får en tendens att förskjutas från belastningen mot huvudledningen. Sålunda förblir spänningsskillnaden mellan huvudledningen och belastningen mycket ringa.

När graden för kompensation av belastningen är låg (se kurvan I i fig. 3), har belastningsspänningen en tendens att kastas om i förhållande till huvudspänningen efter den flödesriktade bortkopplingen av omkopplings- elementet S1, under det att den induktiva belastningen tar upp sin ström från kompensationskapacitansen 2. Med en låg grad av kompensation kan spänningen stiga så högt, att omkopplingselementen skulle förstöras, såvida detta inte hindrades. Enligt uppfinningen hindras detta medelst ett omkopplingselement S2, som börjar att leda ström till lampan, om belastningsspänningen har md;satt riktning i förhållande till huvudledningens spänning.

Vid det flödesriktade tillkopplingsmomentet för omkopplingselementet S1 kommer sålunda tack vare en ringa spänningsdifferans ej någon hög spänningstopp att ut- vecklas. Även om uppfinningen här har beskrivits som en regulator för effekten hos urladdningslampor för kompen- sation med olika grader, lämpar den sig utmärkt och med lätthet även för reglering av glödlampor liksom för reglering av intensiteten eller effekten hos olika kapacitiva, induktiva och resistiva belastningar.

Claims (8)

457 - 313 m. P a t e n t k r a v

1. Effektregulator, speciellt ljusregulator, vilken lämpar sig för reglering av ljusintensiteten hos såväl kompenserade som okompenserade, till ett växel- strömsnät anslutna belysningsanordningar och i vilken regulator finns ett eller flera kopplingselement, placerade i strömkretsen mellan nätet oèh belysningsanordningen, samt en styrkrets för ett eller flera kopplingselement, som vid effektens reglering avbryter matarströmmen åt- minstone en gång för varje halvperiod, när strömmen ledes från halvperiodens O-ögonblick till ögonblicket för in- ställningsvärdet, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att kopplingselementet (S1) utgöres av ett med belast- ningen (L) seriekopplat, dubbelriktat kopplingselement, som under respektive halvperiod,styres för att avbryta strömmen endast från nätet mot belastningen, men att tillåta strömmens flöde i motsatt riktning, och att ett andra dubbelriktat kopplingselement (S2) är kopplat parallellt med belastningen (L) och under respektive halvperiod är styrt för att hindra strömmens flöde i nät- spänningens riktning, men tillåta strömmen att flyta i motsatt riktning via det andra kopplingselementet (S2).

2. Effektregulator enligt patentkrav 1, k ä n- n e t e c k n a d d ä r a v, att för bestämning av kopplingselementets (S1) strömavbrottsögonblick i en styrlogikkrets (Fig. 4) har anordnats en integrator (11), en observator (9) för nätspänningens 0-ögonblick och en inställningsanordning (12) för jämförelsespän- ningen, varigenom när den från nätspänningens O-ögon- blick integrerade spänningen uppnår den inställda jäm- förelsespänningen, erhålles från integratorn styr- data till jämförelselogiken (13, 14) för att avbryta n. 13 457 313 strömmen i kopplingselementet (S1) i nämnda riktning.

3. Ljusregulator enligt patentkrav 1 eller 2, klä n n e t e c k n a d d ä r a v, att styrningen, som är beroende av kopplingselementets (S1) med belastningen (L) seriekopplade, under respektive halvperiod styrda kopplings (a eller b) reglering, inledes i en liten fas- vinkel från nätspänningens 0-ögonblick, medan respektive andra koppling (b eller a) är ledande under minst en fullständig halvperiod (Fig. 5 - 7).

4. Ljusregulator enligt patentkrav 1, k ä n- n e t e c k n a d d ä r a v, att det andra kopplings- elementet (S2) är kopplat mellan belastningen (L) och det första kopplingselementet (S1).

5. Ljusregulator enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att kopplingselementet (S1 och/eller S2) utgörs av två transistorer (a och b), vilkas kollektorer eller emittrar är hopkopplade på samma kylplatta utan isolering och att parallellt med vardera transistorn (Fig. 2, Fig. 9) eller integrerat till transistorn (Fig. 8) kopplats inbördes motsatt riktade dioder, vilkas utlösningsriktning går från den invidliggande transistorns emittrar till kollektorn.

6. Ljusregulator enligt patentkrav 5, k ä n- n e t e c k n and d ä r a v, att transistorerna är integre- rade till en enda halvledarkomponent, där kollektorerna eller emittrarna är förenade.

7. Ljusregulator enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v en till styr- logikkretsen (4) kopplad strömbegränsningskrets (5), vilken när kopplingselementets (S1, S2) belastningsström över- skrider ett tillåtet värde, avbryter styrningen från 'kopplingselementen minst till följande nätspännings O-ögonblick. 451 z1s;' .H

8. Ljusregxllator enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d d är a v, att kopplingselementen är så styrda, att deras styrningsström, t.ex. transisto- rernas huvudström, växer med belastningsströmmen.