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Die
vorliegende Erfindung bezieht auf eine Adaptereinrichtung zum Anschluß einer
elektrischen Last an eine beliebige Art von geregelter Stromquelle.
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Es
ist bekannt, daß in
Mittel-Hochleistungs-Beleuchtungssystemen,
die Lasten (Lampen) vorzugsweise derart in Reihe geschaltet werden,
daß sie
ein sogenanntes Lastnetzwerk bilden.
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Die
elektrischen Lasten können
auch mittels Kopplungstransformatoren in Reihe geschaltet werden,
deren Primärwicklungen
in Reihe miteinander verbunden sind, um einen Versorgungsstromkreis
zu bilden (1).
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Dieses
erlaubt es, über
eine Stromquelle, von der die werte bekannt sind, den Versorgungskreis
mit einem Strom zu versorgen, der so geregelt wird, daß er in
Bezug zur Anzahl der Lasten steht.
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Jede
Last kann jedoch ein anderes Leistungsniveau erfordern, abhängig von
den Anschluß-Trennungs-Zyklen
und in Abhängigkeit
von ihren Betriebsbedingungen.
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Diese
kombinierten Änderungen
der Spannungs- und Stromversorgung und infolgedessen der Leistung
können
bei manchen Lasten Betriebsprobleme verursachen.
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Aus
der WO-A-9104647 ist eine Feld-Beleuchtungsinstallation
bekannt, die eine Anzahl von in Reihe geschalteten Lampenhalterungen
umfaßt, die über eine
Konvertereinheit aus der wechselstromhauptleitung versorgt werden
und die so ausgebildet ist, daß sie
die im wesentlichen konstante Spannung, die sie aus der Hauptleitung
bezieht, in einen im wesentlichen konstanten Strom in den Abzweigleitungen,
die die Lampenhalterungen enthalten, umwandelt. Eine stromgeregelte
Reguliereinheit ist mit jeder Lampenhalterung oder Gruppe von Halterungen
verbunden, um den Strom durch die dazugehörige Lampe oder die Lampen
zu regeln.
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Die
Ausgangsspannung wird jedoch nicht geregelt und das Versorgungs-Netzwerk
wird mittels eines Boucherot-Stromkreises betrieben, um einen Stromgenerator
zu bilden und den Strom mittels Thyristoren und Triacs zu steuern.
Der Boucherot-Stromkreis
ist ein Reihenresonanzstromkreis, der durch eine Induktanz und einen
Kondensator gebildet wird und der auf die Frequenz der Hauptleitung
abgestimmt ist, so daß,
wenn eine Lampe durchbrennt, die Spannung auf sehr hohe werte ansteigen
kann.
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Daher
ist der Betrieb der Installation gefährlich und muß mit Schutzmaßnahmen
versehen werden, die die Kosten der Anlage erhöhen.
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Der
Stromkreis kann nicht an bereits vorhandene Installationen angeschlossen
werden, da er einen Boucherot-Stromkreis im Versorgungs-Netzwerk erfordert,
was es erfordert, die ganze Installation auszuwechseln oder zu modifizieren,
indem zusätzliche Schutzvorrichtungen
hinzugefügt
werden und so weiter, was nicht immer möglich ist und ziemlich kostspielig
ist.
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Einzelne
Laststromkreise von bereits vorhandenen Installationen können nicht
verändert
werden wenn die anderen unverändert
beibehalten werden. Es wird keine Änderung der Stromfrequenz durchgeführt, und
die Spannung über
der Last wird nicht geregelt.
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Die
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Adaptereinrichtung
zum Anschluß einer
elektrischen Last an eine geregelte Stromquelle vorzuschlagen, die
es erlaubt, die Spannung oder die Leistung über der gleichen Last konstant
zu halten, während
sich der Strom im Stromkreis ändert.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Adaptereinrichtung
vorzuschlagen, die es erlaubt, sowohl die Amplitude als auch die
Frequenz des über
die gleiche Last fließenden
Stromes zu modulieren.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Adaptereinrichtung
vorzuschlagen, die durch eine einfache und preiswerte technische Lösung mit
hohem Funktionalitäts- und Zuverlässigkeitsstandard
verwirklicht wird und die in be reits vorhandenen und/oder veralteten
Einrichtungen verwendet werden kann.
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Die
oben erwähnten
Aufgaben werden in Übereinstimmung
mit dem Inhalt der Patentansprüche
gelöst.
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Die
charakteristischen Merkmale der Erfindung werden anhand der nachfolgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezug auf
die zugehörigen
Zeichnungen erläutert,
in denen:
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1 einen der Schaltpläne gemäß dem Stand
der Technik zeigt, wie sie z. B. für Beleuchtungssysteme oder
die Bereitstellung einer konstanten Spannung an entfernten Lasten
verwendet werden;
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2 einen Schaltplan der vorgeschlagenen Vorrichtung
zeigt.
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Unter
Bezug auf die oben erwähnten
Abbildungen bezeichnet das Bezugszeichen GAC einen Wechselstromgenerator,
zum Beispiel einen Einphasengenerator, obwohl auch jede andere Art
von Generator benutzt werden könnte.
Der Generator ist mit einem Versorgungskreis 4 verbunden,
der eine Reihe von elektrischen Lasten 3 versorgt. Ein
Versorgungsstrom I1 fließt
durch den Versorgungskreis.
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Die
Lasten werden an den Versorgungskreis 4 über Kopplungstransformatoren 3a angeschlossen, deren
Primärspulen
im gleichen Versorgungskreis 4 in Reihe geschaltet sind.
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Die
Sekundärspulen
des Kopplungstransformatoren 3a sind direkt mit den Lasten 3 verbunden, so
daß die
zugeordneten Lastkreise 6 definiert werden, und ein Hauptstrom
I2 fließt
in jedem Lastkreis (1).
Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Adapterschaltung, die
an den Versorgungskreis 4 über die Sekundärspule eines
Koppelungstransformators 3a angeschlossen ist. Die Ausgangsanschlüsse der Adaptereinrichtung 1 sind
direkt über
eine Last 3 verbunden (siehe 2).
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Ein
erster Detektor 5b wird ebenfalls über die Last 3 angeschlossen,
und ein Strom I5 fließt
durch diesen. Der erste Detektor 5b ist an eine Steuereinheit
C angeschlossen, die die Adaptereinrichtung 1 in Übereinstimmung
mit den Spannungssignalen, die vom ersten Detektor 5b kommen,
ansteuert.
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Ein
zweiter Detektor 5a ist in Reihe mit der Last 3 geschaltet
und folglich ist der über
die Last fließende
Strom IC der gleiche Strom, der auch durch den zweiten Detektor 5a fließt. Auch
der zweite Detektor 5a ist an die Steuereinheit C angeschlossen, so
daß die
Adaptereinrichtung 1 in Übereinstimmung mit dem Strom
angesteuert werden kann, der durch die Last 3 fließt.
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Auf
diese Weise kann die Adaptereinrichtung 1 durch die Steuereinheit
C in Abhängigkeut
von den kombinierten Signalen, die vom ersten und zweiten Detektor 5b, 5a kommen,
angesteuert werden.
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Im
wesentlichen enthält
die Adaptereinrichtung 1 eine Steuergruppe 7 und
eine Halbleiter-Umformergruppe D. Die Steuergruppe 7 ist über die
Eingangsanschlüsse
der Vorrichtung angeschlossen und ein davon abgeleiteter Strom IG
fließt
durch diese.
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Die
Halbleiter- Umformergruppe D ist über der gleichen Steuergruppe 7 angeordnet
und hat die Aufgabe, die sinusförmige
Eingangswelle derart zu verarbeiten, daß ein variables Gleichstrom-Ausgangssignal
in Übereinstimmung
mit vorbestimmten Moden erzeugt wird (zum Beispiel mittels einer
kontrollierten oder halb-kontrollierten Diodenbrücke, einfach oder doppelt).
Dieses geschieht in Übereinstimmung
mit den Signalen, die von der Steuereinheit C kommen.
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Der
Effektivwert des abgeleiteten Stromes IG wird durch die Steuereinheit
C, justiert, die über
den zugeordneten Steueranschluß die
Steuergruppe 7 in Abhängigkeit
vom Effektivwert des Stromes I2, der in dem entsprechenden Lastkreis 6 fließt, regelt.
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Folglich
wird die Last 3, die an den Ausgangsanschlüssen der
Adaptereinrichtung 1 angeschlossen ist, von einem Laststrom
IC durchflossen und über
ihr fällt
eine Lastspannung VC ab, wobei beide vom Versorgungsstrom I1 abhängen. Das
Verhältnis
zwischen dem Versorgungsstrom I1 und dem Hauptstrom I2 hängt vom
Windungsverhältnis
des zugeordneten Kopplungstransformators 3a, vom abgeleiteten
Strom IG, der von der Steuergruppe 7 aufgeprägt wird,
und, zum geringen Anteil, vom Detektionssstrom I5 ab.
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Eine
Rückkopplung
besteht zwischen dem Versorgungskreis 4 und dem betreffenden
Lastkreis 6, da der abgeleitete Strom IG von der Steuergruppe 7 in Übereinstimmung
mit den von der Steuereinheit C kommenden Signalen geregelt werden
kann.
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Dieses
dient dem Zweck, die effektive Lastspannung VC, den effektiven Laststrom
IS und die dadurch bewirkten zugeordneten thermischen Effekte auf
einem konstanten wert zu halten.
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Die
Steuergruppe 7 ist in der Lage, den abgeleiteten Strom
IG in Übereinstimmung
mit den Funktionszyklen, die durch eine Betriebsfrequenz F, die
innerhalb eines breiten Bereiches variiert, definiert werden, zu
regeln.
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Zum
Beispiel beeinflussen, wenn der Wert des Versorgungsstromes I1 wegen
des Anschlusses oder des Abrennens einer Anzahl von Lasten 3 an den
bzw. von dem Versorgungskreis 4 oszilliert, diese Oszillationen über den
Kopplungstransformator 3a auch den Hauptstrom I2 im Lastkreis 6,
in dem die Adaptereinrichtung 1 angeordnet ist.
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Diese
Oszillationen des Stromes I1 haben jedoch keinen Einfluß auf die
betreffende Last 3, die wegen der Rückkopplung durch die Steuergruppe 7 auf
den Lastkreis 6 immer den gewünschten effektiven Werten des
Stromes IS und der Spannung VC unterworfen wird.
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In
der Tat arbeitet die Steuergruppe 7 als Folge der Signale,
die von der Steuereinheit C kommen, in Übereinstimmung mit den Operationszyklen,
die eine Betriebsfrequenz F so haben, derart, daß der abgeleitete Strom IG
passend so moduliert ist, daß die
Oszillationen des Hauptstromes I2 geeignet gedämpft sind.
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Zum
Beispiel würde,
wenn diese die Oszillationen des Versorgungsstromes I1 eine Zunahme des
effektiven Wertes des Hauptstromes I2 verursachen würden, die
Steuereinheit C für
die Steuergruppe 7 Operationszyklen mit der gewünschten
Betriebsfrequenz F mit dem Ziel veranlassen, den abgeleiteten Strom
IG zu erhöhen,
damit der Strom IC über
der Last und die Spannung VC über
der Last stabilisiert werden.
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In
der gleichen Weise würde,
wenn die Oszillationen des Versorgungsstromes I1 eine Abnahme des
effektiven wertes des Hauptstromes I2 verursachen würden, die
Steuereinheit C für
die Steuergruppe 7 Operationszyklen mit der gewünschten
Betriebsfrequenz F mit dem Ziel veranlassen, den abgeleiteten Strom
IG zu verringern und damit auch den Strom IC über der Last und die Spannung
VC über der
Last.
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Die
oben erwähnten
Stabilisierungsvorgänge,
die durch die Steuergruppe 7 der Adaptereinrichtung 1 über die
Steuereinheit C durchgeführt
werden, erfolgen entsprechend den Ablaufprogrammen, die eine vorbestimmte
Betriebsfrequenz F haben, die in geeigneter Weise in Übereinstimmung
mit den Charakteristika der Last 3 gewählt wird.
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Insgesamt
ist die vorangehend beschriebene Adaptereinrichtung in der Lage,
innerhalb eines engen Variationsbereiches den effektiven Wert des Stromes
IS und/oder der Spannung VC über
einer elektrischen Last 3 zu stabilisieren.
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Dies
erfolgt unabhängig
von den Oszillationen, die den Versorgungsstrom I1 beeinflussen,
der den Lastkreis 4 durchfließt, an den die betreffende Last 3 über einen
zugeordneten Kopplungstransformator 3a angeschlossen ist.
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Zum
Beispiel kann die Steuergruppe 7 Halbleiterkomponenten
umfassen, die drei Anschlüsse haben,
wie sie normalerweise in der Industrieelektronik benutzt werden,
wie "GTO '," BJT" und "IGBT".
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Es
sollte auch angemerkt werden, daß nur sehr wenige und einfache
Komponenten zur Adaptereinrichtung 1 gehören. Dieses
ist insoweit ein erheblicher Vorteil, als dadurch die Herstellungskosten sehr
niedrig sind.