DE1763367C3 - Lichtsteuersystem - Google Patents

Description

ausgangslast auftreten würden, und daß die Simu- 25 mierte Helligkeit proportional zum Quadrat der nor-

lationslast (RiS) derart angeordnet ist, daß der mierten Steuerspannung ν ist, aber in den unteren

Innenwiderstand des Steuersystems an den Klem- Dekaden von ν sollte die Beziehung dem Gesamt-

men (12, 13) der Beleuchtungslast (L) nicht merk- bereich der normierten Lichthelligkeit angepaßt sein.

Hch verringert wird. Für Bühnenbeleuchtungen werden im allgemeinen

30 Wolframdraht-Glühlampen benutzt. In einer für

diesen Zweck gebräuchlichen 5-kW-Lampe kann die

normierte Lichthelligkeit
Die Erfindung betrifft ein Lichtsteuersystem, bei dem

die eine Klemme einer elektrischen Stromversorgung _{L =} tatsächliche Lampenhelligkeit

mit einem Ende einer Beleuchtungslast verbunden ist, 35 höchstzulässige Lampenhelligkeit
mit einem Eingangszweig, der die andere Klemme der

elektrischen Stromversorgung mit der anderen Klemme mit ij·⁵ variieren für 1,0 > R > 0,1, wobei
der Beleuchtungslast verbindet und zumindest eine

elektronisch betätigte Stromsteuervorrichtung umfaßt, _R ^ tatsächliche effektive Lampenspannung
wobei eine Steuerschaltung Steuersignale an die Strom- 40 höchstzulässige effektive Lampenspannung
steuervorrichtung(en) anlegt und eine Rückkopplungsschaltung vorgesehen ist, die die Steuersignale beein- ist und mit R* für R < 0,1; bei einer 200-W-Lampe flußt. mit höherer Lebensdauer kann L mit R* innerhalb des Dem mit der Technik der Bühnenbeleuchtung be- gesamten Arbeitsbereichs der Lampe variieren. Wenn faßten Fachmann ist es bekannt, daß die Helligkeit 45 L proportional R* nahe R = 1 ist und wenn L proporvon Lampen für derartige Anwendungszwecke mit tional v* in der Gegend von ν = 1 verlangt wird, wird dem Quadrat des Steuerwerts des Lichtreglers variieren auch R proportional v¹ * in der Nähe von ν = 1 versollte; d. h., wenn die Lichtreglersteuerung eine lineare langt; ist L proportional ij·⁵, wird R proportional Spannungssteuerung darstellt, die ein normiertes Aus- v⁰·*' für L proportional v*.

gangssignal 50 Aus der USA.-Patentschrift 3 193 728 ist ein Licht-

_ tatsächliche Steuerspannung steuersystem der eingangs erwähnten Art bekannt, bei

^v :—T-^t dem die Rückkopplung von der Spannung über der

maximale Steuerspannung Beleuchtungslast abgeleitet wird. Da eine derartige

liefert, und wenn der sich ergebende Wert der Aus- negative Spannungsrückkopplung, die von den Klem-

gangsgröße der Helligkeit 55 men der Ausgangsbelastung eines Systems mit hoher

Spannungsverstärkung abgeleitet wird, den Innen-

_{L =} tatsächliche Helligkeitsgröße widerstand des Steuersystems an den Klemmen der

maximale Helligkeitsgröße Beleuchtungslast reduziert, ergibt sich ein plötzliches

Ansteigen des Stromes bei Kaltstart, wenn die Beleuch-

ist, so sollte L variieren mit v*. Der erforderliche Be- 60 tungslast beispielsweise eine Wolframlampe ist. Bei

reich der Helligkeitsvariation einer Bühnenbeleuchtung der bekannten Schaltung wird deshalb ein Begren-

ist groß, vor allem, wenn so dramatische Wirkungen zungssystem benötigt, das aus einer Drossel, drei

erzielt werden sollen, wie sie Übergänge von voller weiteren Elementen und der Wicklung eines Transfor-

Helligkeit zu völliger Dunkelheit darstellen: Der er- mators besteht, um den Spannungsstoß bei Kaltstart

forderliche Helligkeitsbereich kann sich (im Fernseh- 65 aufzufangen.

bereich) wie 500:1 verhalten, auf der Theaterbühne Die USA.-Patentschrift 3 243 653 zeigt ein ähnliches

sogar wie 10 000:1. Es zeigt sich jedoch, daß die allge- Steuersystem mit von der Spannung an der Beleuch-

mein bevorzugte quadratische Abhängigkeit zwischen tungslast abgeleiteter Rückkopplung. Da diese den

Kaltstart-Stromstoß verschlimmert, ist zur Begrenzung rator G erzeugt und zwischen Steuerelektrode und ein Brückensystem mit antiparallelgeschaiteten Steuer- Kathode jedes Thyristors über getrennte Sekundärbaren Gleichrichterpaaren in dem Gleichspannungs- wicklungen 51 und 52 eines impulsübertragers PT diagonalarm vorgesehen. Hierdurch wird zwar zu angelegt. Ferner sind Widerstände R1, Rl vorgesehen, einem gewissen Teil die Reduzierung des Innenwider- 5 die Unterschiede der Steuerelektroden-Eingangsirnpestandes des Steuersystems aufgehoben, die Brücken- danz der Thyristoren ausgleichen. Der Stromflußanordnung ist jedoch kostspielig, benötigt eine hohe winkel in dem Verbraucher wird durch das Zeitpro-Gesamtspannung, und der Leistungsverlust ist hoch; gramm der Triggerimpulse innerhalb der Halbperiode außerdem ist dieses Steuersystem empfindlich für in- der Stromversorgung bestimmt. Dieses^ Zeitprogramm duktive Lasten, beispielsweise Lampen mit isolierten 10 kann z. B. verändert werden durch ein Steuersignal, Transformatoren. das den Klemmen CT des Triggergenerators G zuge-

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lichtsteuersystem führt wird.

der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß Der Zusammenhang zwischen Triggerimpulsen und

keine Reduzierung des Innenwiderstandes des Steuer- Ausgangsspannung oder -strom ist bei a bzw. b der

systems an den Klemmen der Beleuchtungslast auf- 15 F i g. 2 dargestellt. Wenn φ die Phasenverzögerung im

tritt und somit der Kaltstart von Wolframlampen ohne Bogenmaß zwischen dem Anfang einer Halbwelle und

schädlichen F.'nfluß auf das Lichtsteuersystem ist. dem Beginn des Triggerimpulses (bei b) darstellt, ist

Gemäß der prfindung wird dies dadurch erzielt, daß der Stromflußwinkel θ = π — φ. Es läßt sich nacheine Simulationsschaltung vorgesehen ist, die von der weisen, daß der normierte Mittelwert M der BeStromversorgung gespeist wird und mindestens eine ao lastungsspannung in jeder beliebigen Spannungsverweitere elektronisch betätigte Stromsteuervorrichtung sorgung gegeben ist durch
in Reihe mit einer Sim "^tionsiast enthält, die nicht direkt mit den Klemmen der Beleuchtungslast verbunden _M _ tatsächliche mittlere Belastung (Volt)
ist, in der jedoch der Betrag und der Phasenwinkel des maximale mittlere Belastung (Volt)
Stromes diejenigen Werte simulieren, die in einer »5

parallel zur Beleuchtungslast geschalteten konstanten = JL (i _ _COs Θ) = sin* —

Widerstandsausgangslast auftreten würden, und daß 2 2
die Simulationslast derart angeordnet ist, daß der

Innenwiderstand des Steuersystems an den Klemmen und daß der normierte Effektivwert R der Belastungs-

der Beleuchtungslast nicht merklich verringert wird. 30 spannung gegeben ist durch

Durch die Anordnung der Simulationsschaltung

wird die Spannungstrennlinie des Reglers verformt, _{R =} tatsächliche effektive Belastung (Volt)

jedoch der Innenwiderstand des Systems nicht redu- maximale effektive Belastung (Volt)
ziert.

Die Grundlagen der Erfindung sowie eine Ausfüh- 35 _ &_ _ sin 21? 1^l/*

rungsform derselben werden nachstehend an Hand der _n 2π J
Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine bekannte Lichtsteuerschaltung, Wenn der normierte Stromflußwinkel θ/π in jeder

F i g. 2 ein Diagramm für die Beziehung zwischen Halbperiode gleich der normierten Steuerspannung ν

der Triggerimpulssteuerung in der Schaltung nach 40 gemacht wird, so daß für ν = 1 Θ = π wird, dann

F i g. 1 und der Ausgangswellenform, ändern sich M und R mit ν gemäß dem Diagramm der

F i g. 3 und 4 weitere Diagramme, die die Arbeits- Fig. 3. Ein Vergleich der Kurven für R und v^l/i in weise der bekannten Schaltung nach F i g. 1 veran- F i g. 3 zeigt, daß für die Steuerung von Wolframschaulichen, draht-Glühlampen die oberen 25 % des Steuersignal-

F i g. 5 ein Schaltbild einer weiteren bekannten 45 bereichs unwirksam sind; außerdem zeigt sich, daß für

Lichtsteuerschaltung, _v < 0,5/Ä proportional v³'^l ist, d. h., wenn eine GrößeL

F i g. 6 Diagramme für die Erläuterung der Wir- proportional R¹, dann ist sie proportional v^e; die

kungsweise der bekannten Schaltung nach F i g. 5, Steuerung im Mittelbereich ist damit zu grob. Die

F i g. 7 ein Schaltungsbeispiel für eine weitere be- lineare Steuerung des Stromflußwinkels ist für den vorkannte Lichtsteuerschaltung, 50 liegenden Zweck also ungeeignet.

F i g. 8 einen Schaltplan der bevorzugten Ausfüh- Die normierten Parameter in dieser Anmeldung sind

rungsform der Erfindung, individuell definiert, in jedem Fall ist als Normalwert

F i g. 9 Kurven der mit der Schaltung nach F i g. 8 aber der erreichbare Höchstwert des betreffenden

erzielbaren Arbeitsweise. Parameters angenommen; die normierten Werte

Bei einem bekannten Verfahren zum Steuern einer 55 variieren gleichsinnig und erreichen gleichzeitig den

Wechselstromleistung werden Thyristoren (siliziumge- Wert 1.

steuerte Gleichrichter, SCR) oder Bidirektional- Eine bessere Steuerung ist erzielbar, wenn die nor-Thyristoren (Triacs) verwendet, um den Stromfluß- mierte mittlere Ausgangsspannung M gltich der norwinkel zu steuern und damit die Leistung im Ver- mierten Steuerspannung ν gemacht wird; die norbraucher. Daher sind nach F i g. 1 die Thyristoren 60 mierte effektive Ausgangsspannung R ändert sich dann SCRi und SCRl antiparallel in Serie zwischen den gemäß Fig. 4a, wo noch v¹'² zum Vergleich einge-Wechselstromanschluß ST und den Verbraucher L ge- zeichnet ist; M, R und v¹'² sind in F i g. 4b noch einlegt, der in diesem Fall als Wolframglühdrahtlampe mal, jedoch in logarithmischen Maßstäben gezeichnet, angenommen wird. Zum VerbraucherL gelangt erst „,-,.. · . * ... ,.. „, _ActR r dann eine Leistung, wenn passende Triggerimpulse an 6₅ ^{R verlauft} asymtotisch *u_y v³'¹ fur ν 0,3, so daß L die Steuerelektroden der Thyristoren gelangen. Ein proportional R* und L proportional v³ gilt für ν 0,3.
Triggerimpuls wird an einer bestimmten Stelle jeder Es sind rückführungslose Steuerungen bekannt, Wechselstromhalbperiode von einem Triggergene- durch die die normierte mittlere Ausgangsspannung M

in jeder Halbperiode einer thyristorgesteuerten Strom- F i g. 1 oder 5 zur Steuerung der Bühnenbeleuchtung ii

Versorgung linear proportional der normierten Steuer- Fernsehstudios benutzt werden, lassen sich Leistungei

spannung ν gemacht werden kann. Derartige rück- in der Größenordnung von 100 kW steuern. Bein

führungslose Steuerungen sind beispielsweise in Fig. 8 Triggern stellenThyristoren die volle Leistung innerhall

bis 14 auf S. 132 des Buches »Silicon Controlled 5 von etwa 1 μ5 her. Die schnellen Vorderflanken derar

Rectifier Manual« der General Electric Company of großer geschalteter Leistungen können Anlaß z<

America (3. Ausgabe, 1964) dargestellt. Eine ähnliche starken induzierten und ausgestrahlten Feldern geben

Anordnung ist in F i g. 5 gezeichnet, wobei die Signal- welche die Mikrophonkreise des Studios stark stören

form V, W, X, Kund Z aus den F i g. 6a, 6b und 6c an Um derartige Effekte so klein wie möglich zu halten

den entsprechend gekennzeichneten Schaltungszweigen io ist es erforderlich, Induktivitäten in Reihe in da:

der Fig. 5 auftreten. Nach Fi g. 5 erzeugen ein Steuersystem einzubauen, um die Geschwindigkeit dei

Transformator T und Gleichrichter B eine Ausgangs- Stromänderung zu begrenzen,

größe mit der Signalform V nach F i g. 6a. Diese In einem System nach F i g. 1 läßt sich eine reihen·

Signalform wird mittels eines Widerstandes A3 und geschaltete Induktivität zwischen den Thyristoren unc

einer Zenerdiode ZD gekappt, um das unterbrochene 15 dem Verbraucher oder zwischen den Thyristoren und

Signal W nach F ig. 6a zu erzielen. Das Signal W wird der Stromversorgung unterbringen. Wegen seinei

dem Anschluß an der Basis 2 einer Doppelbasisdiode Zwischenschichtkapazität kann ein Thyristor zufällif

UJT über einen Strombegrenzerwiderstand A4 züge- auch durch kapazitive Kopplung eines schnell an

führt, und der Anschluß an der Basis Al der Doppel- steigenden Anodcnspannungs-Einschaltstoßes mit sei-

basisdiode wird über die Primärwicklung des Impuls- ao ner Steuerelektrode getriggert werden. Im allgemeinen

Übertragers PT mit der Null-Leitung 0 V verbunden. hat der Benutzer eine bessere Kontrolle über die Be-

Der Emitter der Doppelbasisdiode liegt an einem Kon- lastungsstöße als über die Nelzstöße, so daß die In-

densator C, der über eine Diode D schnell zu Beginn duktivität vorteilhafterweise zwischen die Thyristoren

einer Halbperiode der Stromversorgung durch das und das Netz gelegt wird, wo sie die Thyristoren gegen

Signal X (F i g. 6b) aufgeladen wird; dieses Signal Λ" 45 fehlerhafte Triggerung schützt, die durch Netzstöße

erscheint am Schleifer eines Spannungsteilers VR6. hervorgerufen wird.

Über einen Hochohmwiderstand RS lädt das Signal V Die Übergangszonen und die Wärmekapazität von den Kondensator C, wodurch eine Kosinus-Kompo- Thyristoren sind klein; Thyristoren können innerhalb nente, nämlich die Signalform Y (Fig. 6b), dem von Millisekunden zerstört werden, wenn sie in eine Potential des Kondensators hinzugefügt wird. Die 30 Kurzschlußbelastung eingeschaltet werden. Mechani-Doppelbasisdiode hat die Eigenschaft, daß dann, wenn sehe Leistungsschalter sind im allgemeinen in ihrer die Basis 2 auf das Potential W gebracht wird, ein An- Arbeitsweise zu langsam, als daß sie einen wirkungsteil η W dieses Potentials in der dem Emitter gegen- vollen Schutz bieten könnten; flinke Sicherungen überliegenden Basisregion erscheint. Liegt die Emitter- können einen geeigneten Schutz bei Belastungen mit spannung unterhalb η W, ist die Emitter-Basis-Strecke 35 konstantem Widerstand bieten, sie sind aber unin Sperrichtung betrieben, und es fließt kein Emitter- brauchbar, wenn es sich darum handelt, Wolframstrom. Übersteigt das Emitterpotential den Wert r_t W. drahtglühlampen aus kaltem Zustand einzuschalten, so fließt der Emitterstrom, und die Doppelbasisdiode Der K alt widerstand einer Wolframdrahtlampe liegt leitet stark zwischen Emitter und Basis 1, wobei der sehr viel niedriger als ihr Brennwiderstand; wenn eine Kondensator C über die Primärwicklung des Impuls- 40 5-kW- oder 10-kW-Wolframdrahtlampe von kaltem Übertragers PT entladen wird und Impulse Z(F i g. 6c) Zustand mit voller Leistung eingeschaltet wird, kann an den Klemmen der Sekundärwicklung erzeugt wer- sie einen Anfangsstrom aufnehmen, der zehnmal so den. Ist der Strom im Widerstand RS niedriger als der hoch ist wie ihr normaler Strom bei voller Leistung, »TaU-Strom der Doppelbasisdiode, so hört diese auf und es kann 100 oder 250 ms dauern, bis er auf 30% zu leiten, sobald der Kondensator C entladen ist, und 45 seines Anfangswerts zurückgeht. Auch können aus dieser lädt sich über die Diode D und den Widerstand Sicherheitsgründen auf dem Boden stehende Lampen R5 wieder auf. In jeder Halbperiode der Stromver- im Fernsehstudio oder auf der Theaterbühne an sorgung kann eine Folge von Trigger-Impulsen erzeugt 110 Volt angeschlossen sein, während Hängelampen werden, aber nur der erste Trigger-Impuls in jeder oder andere feststehende Beleuchtungskörper mit Halbperiode wird zum Zünden eines Thyristors be- 50 240 Volt arbeiten: derartige 110-Volt-Lampen oder nötigt; dann bleibt der Thyristor leitend, bis das Vor- Lampengruppen können an 240-Volt-Lichtreglern über zeichen der Stromversorgung am Ende der Halb- Abwärtstransformatoren betrieben werden, die einen periode wechselt. . Der Ausgangsstrom durch die erheblichen Magnetisierungsstromstoß beim Einschal-Lampe L verläuft wie in F i g. 6d angegeben. ten aufnehmen. Von einer Schutzsicherung werden Es läßt sich nachweisen, daß sich M linear von 0 bis 1 55 daher spezielle Eigenschaften verlangt; sie muß bewegt, wenn folgende Annahmen gemacht werden: schmelzen, ehe die Thyristoren durch einen Belastungs-Spitzenwert von V ist V, die Periode der Stromver- kurzschluß zerstört werden, müssen aber den KaIt-.·:.-_ 1 _ ' „ , , . „ .„_,· start-Stromstoß einer den Lichtregler voll belastenden sorgung ist T₀ = jr, T_s . = CR_b (wobei C und R_s die Wolframdrahtlampe aufnehmen und/oder den Ein-Werte der Kapazität C und des Widerstandes A₅ sind); ^6o schalt-Magnetisierungsstromstoß eines Transformators M bewegt sich dann linear von 0 bis 1, sobald X sich für eine derartige Lampe, ohne dabei dnrchzuschmel_von zen. Sogenannte »crowbare-Schutzschaltungen, die das

Netz zwischen Sicherung oder Leistungsschalter und

,, w - -¹- · — ^den teistungssleuernden Thyristoren in Abhängigkeit

n τ,, ⁶5 von dem elektronischen Nachweis einer Störung am

Ausgang kurzschließen, sind unwirtschaftlich; die

bis η W ändert, »crowbarc-Thyristoren müssen Leistungsdaten haben,

Wenn Thyristor-Lichtreglerschaltungen nach den die ebenso groß oder größer sind als die der Steuer-

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thyristoren, wenn sie diese schützen sollen und gleich- Netzspannung mit £ bezeichnet wird, ist die Anfangs-

zeitig selbst unzerstört bleiben sollen. , . ,. . . , „. . ... £sino-_x

"P .. ... , , . . .... . .. , .... geschwindigkeit des Stromanstiegs ungefähr ,-'-,

Eine reihengeschaltete Induktivität wirkt der Wir- & & t> & _Li >

kung der Sicherung oder des Leistungsschalters ent- wobei y_K der Phasenwinkel ist, gemessen vom Beginn

gegen; die in der Induktivität durch den Fchlcrstrom 5 der Halbperiodc der Stromversorgung bis zu dem

gespeicherte Energie hält einen Bogen über den Spalt Punkt, an dem der Anstiegsstrom verschwindet und

in der Sicherung oder dem Leistungsschalter aufrecht, der sinusförmige Strom beginnt; der endgültige An-

wodurch die Dauer des Fehlerzustands verlängert wird. . . Esinr/, _u · η α wva . λ λ

Es wurde festgestellt, daß eine Induktivität einer «legsslrom .st ^ , wobei R₁. den W.derstand des

Größe, wie sie erforderlich ist, um eine ausreichende io Verbrauchers bedeutet. In dem Bereich von ψ,, in dem Unterdrückung der Störung und einen ausreichenden die Versorgungsspannungen während der Ansliegs-Schutz gegen fehlerhaftes Triggern durch Netzstöße zu periode sich nicht wesentlich ändern, etwa zwischen erzielen, einen Kurzschlußfehlerzustand durch Auf- φ, 45 und <p_s = 135°, ist die Anstiegszeit Tk der rechterhalten eines Bogens in der Schutzsicherung oder Verbraucherspannung oder des Verbraucherstroms dem Leistungsschalter so weit verlängert daß die t_{5 annähemd ben durch} T _ L₁
Sleuerthyristoren zerstört werden, bevor die Slor- ^{B B} RR,

Situation beseitigt ist. zeigen, daß in diesem Bereich der normierte Mittel-

Ähnliche Probleme können bei anderen elektronisch wert M/· einer derartigen Wellenform gegeben ist getriggerten Schaltanlagen auftreten, die im Rahmen durch

dieser Anmeldung als Einrichtungen deliniert sind, die 20 / 0_/; . \

in ihren leitenden Zustand getriggert werden können ^Mn '" ¹I²V — ^c°s&_s ]- ^ sinö„j,

durch eine einer Steuerelektrode zugeführte Spannung * '

und die in diesem Zustand verbleiben, bis eine Span- und der normierte Effektivwert Rr ist gegeben durch nung umgekehrten Vorzeichens einer geeigneten Elektrode zugeführt wird. as η __

Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist eine Induktivität mit ferromagnetischem Kern
vorgesehen, die in Abhängigkeit von dem verwendeten wobei (~)_It der Winkel des Anstiegsstromflusses und Θ, maximalen Belastungsstrom in wesentlichem Umfang der Winkel des sinusförmigen Stromflusses ist.
gesättigt wird. 30 Ein Teil dieser Schaltung gemäß F i g. 7 ist sehr

Die in einer derartigen Induktivität oder Drossel ähnlich der bereits beschriebenen Schaltung nach unter Kurzschlußbedingungen gespeicherte Energie Fig. 5. Zwischen den Stromversorgungsanschlüssen kann für die durch eine Sicherung zu beseitigende 10,11 und den Thyristoren SCR 1 und SCR2 liegt eine Störung, bevor die die Leistung steuernden Thyristoren Sicherung F in Reihe mit einer sättigungsfähigen In- oder sonstigen Schalteinrichtungen zerstört werden, 35 duktivität L . Der Grad, in dem der Kern dieser Inausreichend klein gehalten werden, während die an- duktivität gesättigt wird, ist durch den Entwurf festgefänglich ungesättigte Induktivität der Drossel so groß legt.

gehalten werden kann, daß^ine ausreichende Störungs- Die Rückführung kann bei dem System nach F i g. 5

unterdrückungundausreichenderSchutzderLeistungs- durch Verwendung eines Transformators T₁ und eines steuerung gegen fehlerhaftes Triggern infolge von 40 Gleichrichtersystems B₁ erfolgen. Die den Anschlüssen Stromstößen aus dem Netz erreicht wird. CS zugeführten und durch einen Widerstand RS und

Die zu sättigende Induktivität wird vorzugsweise einen Kondensator C3 gefilterten Steuersignale werden zwischen den Netzanschlußklemmen und der Schalt- der Basis eines Transistors VTl zugeleitet, während einrichtung bzw. den Schalteinrichtungen angeordnet. das vom Transformator 7~j und Gieichrichtersystcm B₁

Es hat sich bei einem 50-Hz-Lichtregler als zweck- 45 herkommende Signal, dessen Mittelwert proportional mäßig erwiesen, die zu sättigende Induktivität so zu der mittleren Ausgangsspannung an den Klemmen 12, dimensionieren, daß eine Anstiegszeit der Ausgangs- 13 des Verbrauchers L in einer beliebigen Halbperiode spannung von etwa 1 ms für eine 90 -Schaltung des ist, durch einen Spannungsteiler R10, All geführt und Leistungsreglers in die volle Nennbelastung der Lampe an die Basis eines zweiten Transistors VTi gegeben erzielt wird und die Sättigung bei etwa dein OJfachen 50 wird. Die Transistoren VTl und VTl mit einem gevollen Belastungsstrom bei voller Ausgangsleistung zu meinsamen Emitterwiderstand Λ9 bilden einen Diffebeginnen, wobei thermische Belastungsstöße außer rentialverstärker, der am Widerstand Ä7 eine Spanacht gelassen werden. nung erzeugt, die proportional dem Überschuß des

Das ergibt im Störungsfall einen guten Kompromiß Steuersignals über das Rückkopplungssignal ist. Die zwischen geringster Störungserzeugung und geringster 55 Doppelbasisschaltung arbeitet wie in den F i g. 5 und 6, Energiespeicherung. Mit einer derartigen sättigungs- und es erscheinen Signalformen V, W, X und Y fähigen Drossel in der stromführenden Leitung der (F i g. 6) an den ebenso bezeichneten Leitern in leistungsstcuernden Thyristoren kann man eine Siehe- F i g. 7. Es ist dabei zu beachten, daß die Signalformen rung wählen, die dem Stromstoß einer einen Licht- nach F i g. 6 hier mit Bezugnahme auf die Spannung regler voll belastenden Wolframdrahtlampe, die aus 60 am Leiter A in F i g. 7 zu verstehen sind. Darüber hindern kalten Zustand zu voller Helligkeit geschaltet aus ist die Signalform X nun proportional der Diffewird, widersteht aber die Thyristoren und ähnlichen renz zwischen dem Steuersignal und dem Mittelwert Einrichtungen im lalle eines Belastungskurzschlusses der Ausgangsspannung in einer beliebigen Halbperiode schützt. der Stromversorgung. Der Differentialverstärker l-TI,

Wenn eine derartige Induktivität benutzt wird, kann 65 VTl trägt zur Rückkopplungsschleifen-Verstärkung die Vorderflanke der Wellenform der Ausgangsspan- bei, die Sicherung F und die sättigungsfähige Induknung einem linearen Anstieg angenähert werden. Wenn livitäl L_s schützen die die Leistung steuernden Thyridie Anfangsinduktivität der Drossel Lj und die höchste stören SCRi, SCRl gegen Vcrbraucherkurzschlüsse,

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9 ίο

und ein Widerstand R6 begrenzt den von einem Emit- Entladung von C durch den Widerstand Λ 4 begrenzt;

terfolger-Transistor VTi lieferbaren Strom, wenn die der Strom in VT5 bzw. VT4 wird begrenzt durch die

Doppelbasisdiode UJT den Kondensator C entlädt. Widerstände Λ19 bzw. RIO. Die an den Sekundär-

Eine solche Rückkopplung führt die gleiche Ver- wicklungen 51, 52 des Impulsübertragers PT durch

ringerung der Nichtlinearität der Steuerung wie der 5 die Entladung des Kondensators C hervorgerufenen

Empfindlichkeit der Steuerung herbei, so daß dann. Impulse triggern einen der beiden Relaislhyristoren

wenn der Fjktor der Steuerungsempfindlichkeitsver- SCR4 und SCR5 über die Spannungsleilerwider-

ringerung groß gemacht wird, indem die Verstärkung stände Ä15, R16 und Λ17, Λ18, je nachdem, welcher

bei offenem Regelkreis groß gemacht wird, der Mittel- Thyristor während der betrachteten Halbperiode der

wert Mn der Ausgangsspannung der Steuerspannung io Stromversorgung in Vorwärtsrichtung betrieben ist.

genau folgt, trotz der Fehler in der Steuerungsbe- Der in Vorwärtsrichlung betriebene und getriggerte

ziehung in dem offenen Regelkreis. Daher läßt sich die Thyristor SCR4 leitet das Netzfrequenzsignal auf der

mittlere Ausgangsspannung in jeder Halbptriode der Wicklung WX des Transformators Tl, gekappt durch

Stromversorgung genau proportional zum Steuer- einen reihengeschalteten Widerstand Λ21 und eine

signal machen. Da jedoch die Steuerung in jeder Halb- 15 Zenerdiode ZD3, einem Spannungsteiler RH, Ä23 zu

periode nur einmal ausgeführt werden kann, ist die und triggert den leistungssteuernden Thyristor SCR 1;

nutzbare Rückkopplungsschleifen-Verstärkung, wie in der in Vorwärtsrichtung betriebene und getriggerte

einem Stichprobensystem, durch Stabiütäts-Erwägun- Thyristor SCR5 triggert entsprechend den leistungs-

gen begrenzt. steuernden Thyristor SCR2 aus der Wicklung Wl

Das System nach F i g. 7 wird so eingestellt, daß die *o über einen Widerstand R14, eine Zenerdiode ZD4 und Rückkopplungsspannung an der Basis von VTX im einen Spannungsteiler R2S, R26. Eine Selen-Spanwesentlichen gleich dem Steuersignal an der Basis von nungsstoßsperre 55 begrenzt durch reversiblen Durch- VTl ist; die Regelungsempfindlichkeit ist demnach bruch übermäßige Spannungsstöße, die anderenfalls an primär durch das gesamte Spannungsteilungsverhältnis den Thyristoren SCRi und SCRl auftreten könnten; des Transformators T₁ und der Widerstände RXQ und as die sättigungsfähige Induktivität L_s begrenzt die Ge-Äll bestimmt. schwindigkeit des Verbraucherstromanstiegs und

Wenn die sättigungsfähige Induktivität nach F i g. 7 schützt die Thyristoren SCRX und SCR2 gegen fehler-

so gewählt ist, daß eine Anstiegs dauer von etwa 1 rrsec haftes Triggern, verursacht durch schnelle Netrspan-

entsteht, sofern das System eine 50-Hz-Stromversor- nungsstöße; die Sicherung F schützt die Thyristoren

gung um Os <^ 90° schaltet, dann sind Mr und Rn im 30 SCÄl, 5CÄ2 gegen Verbraucherkurzschlüsse. Die

wesentlichen gleich für alle Werte zwischen O und 1. Dioden Dl bis D5 fangen Überschwingungen der

Daher ist in diesem Fall nach F i g. 7 die normierte Hir.terflanken auf den entsprechenden Wicklungen des

effektive Auigangsspannung Rn im wesentlichen pro- Impulsübertragers P7"auf, und die Kondensatoren C 4,

portional der normierten Steuerspannung r gegenüber C5 schützen in Verbindung mit den Streuinduktivi-

einer Beziehung R proportional r^3/4 bei einem System 35 täten des Transformators Tl die Thyristoren SCR4.

ohne Sättigung}fähige Induktivität. Wenn die nor- SCRS gegen fehlerhaftes Triggern durch Netzspan-

mierte Larrrenhelligkeit mit R* variiert, ist im vor- nungsstöße.

liegenden Fall/, proportional v\ während ohne In- Wenn der Kondensator C entladen wird, triggert

duktivität L proportional 1³ ist. der entstehende Spannungsimpuls in der Sekundär-

Fine Rückkopplung, wie sie in F i g. 7 durch T₁, B₁ 40 wicklung 53 des Impulsübertragers PT einen Thyristor

geboten wird, kann an der Ausgangsgröße des Systems SCR3 über einen Spannungsteiler/?36, /?37. Der

aus Transformator T und Gleichrichter B nach F i g. 5 Thyristor 5CÄ3 ahmt die leistungssteuernden Thyri-

eingeführt werden, sofern ein weiterer Thyristor ver- stören SCÄ1 und SCRl nach und läßt das Signal V

wcjiuci wild, um ι ie wirkung des Leisiungssteuerungs- \on der Wicklung W J des I ransformators Tl und den

thyristors nachzuahmen. 45 Gleichrichtern Bl durch, um an einem Punkt PS eine

Daher erzeugt in der Schaltung nach F i g. 8 eine Gleichstromnachbildung der gesteuerten Ausgangs-Simulationslasi aus Transformator T₂ und Gleich- spannung hervorzurufen, line sättigungsfähige Indukrichter B₂ und gegeberenfalls der Induktivität Lf die tivität LF kann zwischengeschallet werden, um die Signalform V (F i g. 6a) am Leiter Λ. Die Signalform Geichwindigkeit des Spannungsanstiegs bei PS tu bewird durch die Zenerdioden ZDl, ZDl gekappt, um 50 grenzen und damit die proportionale Angleichung an für das Steuersystem die unterbrochene Hochspan- den Anstieg der Nenntelasiung der Lampe L zu ernun/isversorgung zu erzielen, d. h. die Signalform W reichen, wobei die Angleichung exakt für einen be-(F i g. 6b). Der rrit dem Emitter der Doppelbasis- stimmten Wert des Verbraucherwiderstands gemacht diode UJT verbundene Kondensator C wird anfäng- wird. Die Induktivität L_F versucht, die Leitung im lieh durch einen Emitterfolger VTS geladen, für den 55 Thyristor SCR3 am Ende jeder Halbperiode aufrechtder steuernde Basisstrom über einen Emitterfolger zuerhalten; wenn 5CR3 nicht am Ende jeder HaIb- VT4 aus dem Spannungsatfall abgeleitet wird, der an periode der Stromversorgung zu leiten aufhört, vereinem Widerstand Ä12 und einer Diode DX durch den ljert der Ausgang bei Ä38 die Proportionalität zu dem KollektoTStrom des Transistors VTX erzeugt wird. gesteuerten Ausgang von 5CÄ1 und SCRl, und die Der Spannung am Kondensator C wird ein Kosinus- 60 Simulations-Steuerung ist außer Kraft. Die Indukti-Term (Signalform Y, Fig. 6b) durch den Stromfluß vität Lf ist nicht zwingend notwendig und kann kurzin einem Widerstand R13 und einem einstellbaren geschlossen werden. Der Simulatorausgang bei PS Widerstand VR4 aus dem Signal V hinzugefügt. Wenn wird durch Ä38 und den Kondensator C4 geglättet die Spannung am Kondensator C die Emitterdurch- und als Rückführung für den erwähnten Zweck über bruchsspannung η\W der Doppelbasisdiode UJT über- 65 eine Diode Z) 6 und einen Spannungsteiler R 39, Ä40 steigt, entlädt diese den Kondensator C über die zur Basis des Transistors VTl benutzt. Bei CS zuge-Primärwicklung P des Impulsübertragers PT. Der führte Gleichstromsleuersignale, geglättet durch den Strom in der Basis Bl von UJT wird während der Widerstand R8 und den Kondensator C3. werden der

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Basis des Transistors VTl zugeleitet, dessen Emitter schaltung nach F i g. 8 ohne Rückkopplungs-Drossel des Transistors VTl über den Widerstandsteil eines Ly und L proportional zu r⁴ für die Gesamlrückkopp-Spannungsteilers VR24 speist. Der Spannungsteiler lung nach F i g. 7, während die Bühnenbeleuchlungsaus den Elementen Λ41, DS, R41 bestimmt die am Ingenieure L proportional zu r² im allgemeinen als erEmitter eines Transistors VT3 erscheinende Spannung. 5 forderlich bezeichnen.

Die Spannung an einem Widerstand R43 im Emitter- Es hat sich gezeigt, daß das System nach F i g. 8 verkreis des Transistors VT3 deliniert daher die Emitter- wendet werden kann, um eine völlig befriedigende Be- oder Kollektorströme von VT3, wobei die Diode DS Ziehung der normierten Lichtausbeute L von Wolframthermische Änderungen in der Basis-Emitter-Poten- drahtglühlampen gegen eine normierte Steuerspantialdifferenz von VT3 ausgleicht. Der Spannungsteiler io nung ν über drei Dekaden von ν herzustellen, indem VR14 wirkt als Mehrfachnebenwiderstand, der den diese Schaltungen so eingestellt werden, daß sie bei Null konstanten Kollektorstrom von VT3 zwischen den Volt Sieuerspannung eine geeignete Restausgangs-Transistoren VTl und VTl entsprechend der Teiler- spannung liefern. Beim Zusammensetzen der Schaltung einstellung aufteilt. nach F i g. 8 wird VR4 auf Null Volt Steuerspannung Im Betrieb stellt sich das System so ein, daß die 15 eingestellt, um eine normierte Restausgangsspannung Simulator-Rückführungsspannung an der Basis von R₀ zu liefern, die je nach der Verwendung, die das Be- VTl im wesentlichen gleich der Steuerspannung an der leuchtungssystem finden soll, im Bereich zwischen 0,1 Basis von VTl ist. Der Spannungsvergleicher VTl, und 0,25 liegen kann; VR14 wird so eingestellt, daß VTl und die Doppelbasisschaltung ermöglichen hohe sich bei Rn — 1 auch ν = 1 ergibt. Wenn sich, wie in Verstärkung bei offenem Regelkreis trotz der Ver- 20 der Schaltung nach F i g. 8, eine Beziehung Rk —- r⁷-'⁸ kiste in Λ38, Λ39 und Λ40. Ein Verstärkungsherab- und L -— (v^{7 8})⁴ = r³·⁶ für einen Restausgang Λ_ο — 0 set/ungsfaktor von mindestens 10 ist leicht erzielbar ergibt, entsteht nun eine Beziehung der Form
für einen Steuerspannungsbereich von 2,5 V und einen

Bereich der effektiven Ausgangsspannung von 250 V. R_H — (a +- (1 — α) ν)^{7 8}

Der Steuerspannungsbereich wird durch Wahl des 25

Teilungsverhältnisses des Spannungsteilers Λ38, Λ39. und L ■-- (a -j- (1 — a) v)³·⁸, mit R₀ = a^{1 8}undL₀--a³·⁵ Λ40 ausgewählt. Der niedrigste Ausgangspegel wird, bei ν -- 0 und R - L -~ 1 bei ν - 1. Die Beziehungen wie nachstehend noch erläutert, auf Steuerspannung für das System nach F i g. 8 sind in F i g. 9 für die Null mit Hilfe von VR4 eingestellt, der die Amplitude normierten effektiven Restausgangsspannungen Λ_ο des Kosinus-Termsan der Kapazität Csteuert, und der 30 = 0,125. 0,187 und 0,25 gezeichnet: die sich ergeben-Ausgangspegel von beispielsweise 200 V effektiv, was den Lichtausbeutebeziehungen für L proportional einer Steuerspannimg nahe dem Maximum, beispiels- Rn* sind ebenfalls dargestellt, wobei die entsprechenweise 2,0 V Gleichspannung entspricht, wird durch den den normierten Ausgangspcgel sind: L₀ =s 0,00025, Spannungsteiler VR24 eingestellt. Ein Widerstand 0,001 und 0,004.

R44 gibt dem System eine Vorspannung für Ausgang 35 Es wurde festgestellt, daß bei der Verwendung von Null, wenn die Eingangsklemmcn CS für das Steuer- Wolframdrahtlampen im Theater, wenn alle Lampen fignal offen sind. Diode Dl kompensiert die tempe- miteinander abgeblendet werden, eine ziemlich gut raUirbcdinglen Variationen (.!es Γ/5-Basis-F.miUer- definierte maximale normierte Lampenspannung exi-Pülcntials: mit der Diode D\ können nötigenfalls stiert, bei der die Lampen ein-und ausgeschaltet werweitcre Dioden i.n Reihe geschaltet werden, um eine 40 den können, ohne daß sie merkliche Effekte hervormöglichst geringe temperaturabhängige Gesamtände- rufen: der entsprechende Wert von Rn liegt bei 0,125. rung der Ausgangsspannung des Systems zu erzielen. Zur Verwendung im Theater erhalten daher die Licht-Wenn die Induktivität Ly vorgesehen und so be- regler eine Voreinstellung derart, daß sich R₀ ^ 0,125 messen ist. daü die Simulauirspaiinuiig^-Aristiegs/eii bei ν 0 ergibt.

gleich der Belastungsspannungs-Anstiegs/eit ist, stellt 45 Die Eigenschaften von Fernsehkameras und Fern-

die Rückführung eine getreue Nachbildung der Aus- sehempfängern sind derart, daß bei der heutigen Stu-

eangsspannung in jeder Halbperiode dar. und die diobeleuchtung Abschaltungen vermieden werden und

Steuerbeziehung ist die gleiche wie für die Rückkopp- eine höhere Mindestbeleuchtung eingehalten wird als

lung nach F i g. 7, d. h. Rn proportional v, L pro- beim Live-Theater. Für das Fernsehstudio sind die

porlional 1'. Wenn in Fig. 8 keine Rückkoppliings- 50 R₀ - 0.25 bei ν O entsprechenden Kurven der

induktivität Ly benutzt wird und der Hcrabsetzungs- F i g. 9 besser geeignet, und die Lichtregler für der-

faktor der Rückkopplungsverstärkung groß ist, ergibt artice Zwecke sind so voreingestcllt, daß ein derartiger

sich M -- [ [1 — cos(ö/f · θ*)] linear proportional Restausgang erzielt wird. F i g. 9 zeigt, daß die Schal-

zu γ, während die normierte effektixe Ausgangsspan- Hing nach F i g. 8, w'enn sie für eine Restausgangs-

nung 55 größe R₀ zwischen 0,125 und 0.25 eingestellt ist und

) ·>(-) ^f-) 112 rnii Wolframdrahtlampen verwendet wird, eine Ge-

R_n

samtcharakteristik ergibt, die zwischen L proportional

' 2-τ 3τ I zu γ- und L proportional 711 v^:l in der oberen Dekade

des Steuerspannungsbereichs liegt, und daß die ExWenn 7*/: 1 msec bei 90 für einen 50-Hz-Licht- Go poncnten der Beziehung wesentlich abnehmen im Berecler bei voller Lampen-Nennbclastung ist, dann reich der unteren Steuerspannungsdekaden.
variiert Ri; cemäß der Darstellung in Fig. 4a. In Es ist bei der Schaltung nach Fig. S zweckmäßig, diesem Fall ist Rn nahezu proportional zu 1^{7 H} bei das Potential am Widerstand R39 bei einer etwas niedrigem Pegel, wobei dann L proportional v³·⁵. unter derjenigen Spannung liegenden Spannung »ab-Zusammcngefaßt ergibt für ν < 0.5 die lineare 65 zufangen«, die durch Rückkopplungswirkung bei Steuerung der normierten mittleren Spannung L pro- Steuerspannung Null erscheint. Eine kleine negative portional zu ι·³ ohne rcihengeschaltetc Induktivität. Steuerspannung führt dann dazu, daß eine Diode Dl L proportional zu ι-³·⁵ für die Simulatorrückkopplungs- das Potential bei Ä39 abfängt und dadurch die Rück-

kopplung über T_t, 3CR3 und Λ38 unterbindet; das System arbeitet nun mit rückführungsloser Verstärkung bei jedem Anwachsen des negativen Steuerspannungseingangs und schaltet schnell ab. Das System kann also mit einem kleinen negativen Steuersignal von seiner Restausgangsspannung A₀ abgenommen werden, um abzuschalten. Die auf diese Weise m der Steuercharakteristik hervorgerufene Unstetigkeit kann scharf oder abgerundet ausgebildet sein, je nachdem, ob der Spannungsteiler R24, RlS eine niedrige oder eine hohe Ausgangsimpedanz gegenüber uem Spannungsteiler Ä39, Ä40 darstellt.

Die in Verbindung mit den F i g. 8 und 9 beschriebenen Schaltungen sind speziell für die Steuerung von Wolframdraht-Glühlampen hoher Leistungsaufnahme entwickelt worden. Natürlich lassen sich diese Schaltungen so anpassen, daß beliebige wechselstrombetriebene Lampen oder andere Einrichtungen gesteuert werden, deren Ausgangsgröße von dem Stromflußwinkel des Versorgungsstroms abhängt.

Si.r.ulatorrückkopplung kann angewandt werden wenn eine richtige Ausgangsrückkopplung unzweck mäßig, schwierig oder unmöglich ist. Simulatorrück kopplung wendet eine eingeschränkte Rückkopp lungsschleife an, die den tatsächlichen Ausgangszwei] und dessen Treiberwandler nicht benutzt, sonden Nachbildungen davon. Da der Simulator nicht dii Wirkungen von Belastungsänderungen nachahmt reduziert die Rückkopplung nicht die Ausgangsimpe danz des Systems. Die Rückkopplung nach F i g. 8 is daher nicht abhängig von den Ausgangsspannungen sie bildet die Ausgangsspannung nach, und die Nach bildung ist unvollständig.

Die Simulatorrückkopplung nach F i g. 8 hat gegenüber der Rückkopplung des wahren Ausgangs nach Fig. 7 den Vorteil, daß die geringere Ausgangsimpedanz nach F i g. 7 nur die Schwierigkeiten vergrößern könnte, die beim Schutz des Thyristors entstehen, indem der Kaltstart-Stromstoß bei einer WoIframglühlampen-BeJastung vergrö3ert wird.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Steuersignal und Helligkeitsausbeute nur bei den

   Patentanspruch· oberen beiden Dekaden der normierten Helligkeitsausbeute (L = 1,0 bis L = 0,001) anwendbar ist, d. h.

   Lichtsteuersystem, bei dem die eine Klemme einer von ν = 1,0 bis ν = 0,1; unterhalb von ν = 0,1 ist die

   elektrischen Stromversorgung mit einem Ende 5 quadratische Abhängigkeit zu grob, wenn eine be-

   einer Beleuchtungslast verbunden ist, mit einem friedigende Steuerung entweder von Hand oder durch

   Eingangszweig, der die andere Klemme der elek- ein linear mit der Zeit variierendes Steuersignal erzielt

   trischen Stromversorgung mit der anderen Klemme werden soll. Es hat sich gezeigt, daß bei einem Steue-

   der Beleuchtungslast verbindet und zumindest eine rungssignal v, das einen Effektivbereich von 1000:1,

   elektronisch betätigte Stromsteuervorrichtung um- io also drei Dekaden, umfaßt, der Exponent von v, mit

   faßt, wobei eine Steuerschaltung Steuersignale an die dem L variiert, in allen Dekaden, mit Ausnahme der

   Stromsteuervorrichtung(en) anlegt und eine Rück- oberen Dekade von v, erheblich verkleinert werden

   kopplungsschaltung vorgesehen ist, die die Steuer- muß; so kann z. B. für Fernsehzwecke, wo ein Ver-

   signalebeeinflußt,dadurch gekennzeich- hältnis500:1 der normierten HelligkeitL erreicht

   net, daß eine Simulationsschaltung (T2, Bl, L_F) 15 werden soll, L proportional v⁸ für 1,0 > ν > 0,1 gelten

   vorgesehen ist, die von der Stromversorgung ge- kann, jedoch L proportional v¹'* für 0,1 > ν > 0,01

   speist wird und mindestens eine weitere elektro- und L proportional v¹'⁸ für 0,01 > v> 0,0001. Bei

   nisch betätigte Stromsteuervorrichtung (SCR 3) in Theaterbeleucbtungen mit einem Bereich von 10 000:1

   Reihe mit einer Simulationslast (Ä18) enthält, die der Helligkeit kann gelten: L proportional v* für

   nicht direkt mit den Klemmen (12,13) der Beleuch- ao 1,0 > ν > 0,1, L proportional ν für 0,1 > ν > 0,01

   tungslast verbunden ist, in der jedoch der Betrag und L proportional v¹'⁴ für 0,001 > ν > 0,0001. Die

   und der Phasenwinkel des Stromes diejenigen erwähnten spannungsgesteuerten Lichtregler können

   Werte simulieren, die in einer parallel zur Beleuch- daher so arbeiten, daß in der höchsten Dekade des

   tungslast (L) geschalteten konstanten Widerstands- Steuerungsspannungsbereichs 1,0 > ν > 0,1, die nor-