DE3902785A1 - Schaltungsvorrichtung zur leistungssteuerung von beleuchtungsanlagen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Leistungssteuerung von Beleuchtungsanlagen, die vorzugsweise mit Entladungslampen - in erster Linie Quecksilber- und Natriumdampf-Hochdrucklampen - bestückt sind.

Es bestehen Forderungen nach Energie- und Kostenein­ sparung auch bei Beleuchtungsanlagen, insbesondere Straßenbeleuchtungsanlagen. Vornehmlich in den ver­ kehrsarmen Nachtstunden ist es wünschenswert und in vielen Fällen auch bereits Praxis, das Beleuchtungs­ stärkeniveau zu reduzieren und somit Energiekosten einzusparen.

Die einfachste und wohl auch verbreitetste Methode hierzu besteht darin, jede zweite Brennstelle einfach abzuschalten, so daß nur noch die Hälfte der vorhande­ nen Lampen ganznächtig in Betrieb ist. Bei zwei- und mehrflammigen Leuchten ist dieses Verfahren in der Tat wegen seiner bestechenden Einfachheit vielfach un­ übertreffbar. Sehr viel problematischer wird es dagegen im Falle von einlampigen Leuchten, wo dann jede zweite Leuchte komplett abgeschaltet werden muß. We­ gen des dann quasi verdoppelten Leuchtenabstandes ist die Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen, kontinuier­ lichen Lichtniveaus in aller Regel nicht mehr möglich, so daß die Verkehrssicherheit beeinträchtigt wird. Es kommt zu ausgeprägten Hell-Dunkel-Zonen; wodurch das Auge des die Straße befahrenden Kraftfahrers strapaziert wird und in den Dunkelzonen Hindernisse oder Fußgänger auf der Fahrbahn oft erst zu spät erkannt werden. Aus diesem Grunde wird dieses Prinzip abgelehnt. Es ent­ spricht auch nicht den geltenden Richtlinien.

Zur Leistungsreduktion ist es bei Entladungslampen be­ kannt, die ohnehin ein strombegrenzendes Vorschaltgerät (Drosselspule) benötigen, durch Variation dieser Vor­ schaltimpedanz die Energieaufnahme der Lampe zu beein­ flussen. In der Regel wird hierzu eine Zusatzimpedanz in Reihe zu der vorhandenen Vorschaltdrossel verwendet, welche durch ein Relais überbrückt werden kann. Auf diese Weise können zwei Betriebszustände geschaltet werden: einmal der Vollastbetrieb (mit Vorschaltgerät allein), das andere Mal ein Betrieb mit reduzierter Leistung (Zusatzimpedanz in Reihe).

Das Verfahren ist einfach und wirkungsvoll, besitzt aber auch verschiedene Nachteile. So ist in aller Regel nur die starre Schaltung von zwei Betriebszuständen möglich; eine tatsächliche Leistungssteuerung mit stufenloser Wahl des Absenkungsgrades wie auch ein kontinuierlicher Übergang zwischen den jeweiligen Endzuständen ist ent­ weder gar nicht oder nur mit einem unvertretbar hohen Aufwand hiermit realisierbar. Der Augenblick des Überganges von voller Leistung auf reduzierte Leistung ist mit einem Helligkeitssprung verbunden, der Autofahrer irri­ tieren kann.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus der Tatsache, daß die Lampen mit eingeschalteter Zusatzimpedanz nach Strom­ unterbrechungen nur schwer wieder starten; zumindest er­ gibt sich aufgrund des reduzierten Anlaufstromes eine im Vergleich zum Normalbetrieb erheblich verlängerte Anlaufzeit.

Ferner verhält es sich nachteilig, daß dieses Verfahren zur Leistungsreduktion streng an eine ganz bestimmte je­ weilige Lampentype angepaßt werden muß. Es ist also sinn­ gemäß praktisch nicht möglich, ein nach diesem System ar­ beitendes Leistungsreduziergerät zu schaffen, welches für verschiedene Lampentypen oder Leistungsstufen gleichermaßen verwendbar (kompatibel) ist oder welches ggf. auch als Gruppengerät für den gemeinsamen Parallelbetrieb von mehre­ ren Lampen eingesetzt werden kann.

Schon seit längerer Zeit gibt es deshalb auch elektronische Leistungssteuergeräte, die nach dem bekannten Prinzip der Phasenanschnittsteuerung arbeiten. Hierbei wird unter Beibehaltung der normalen Vorschaltdrossel durch Verän­ derung des Stromflußwinkels mittels elektronischer Bauelemente (Thyristoren, Triacs) die Leistungsaufnahme der Entladungslampen gesteuert oder geregelt. Die Zündwinkel­ steuerung für den bzw. die Leistungshalbleiter erfolgt hierbei vorzugsweise mittels eines integrierten elektro­ nischen Schaltkreises; wobei die Leistungsaufnahme der angeschlossenen Last durch eine bequem zu handhabende nie­ drige Gleichspannung am Stelleingang des Bausteins (z. B. von 0 . . . 6 Volt), z. B. mit Hilfe eines Potentio­ meters, praktisch verlustlos gesteuert werden kann.

Gewisse Probleme im Zusammenhang mit der Steuerung von Entladungslampen (insbesondere von Hochdrucklampen ohne extern heizbare Elektroden) mittels Phasenanschnittver­ fahren können sich daraus ergeben, daß infolge der sich mit abnehmendem Stromflußwinkel systembedingt verbrei­ ternden stromlosen Pausen die Lampen mitunter zum Ver­ löschen neigen. Das Erreichen eines ähnlich breiten Regel­ umfangs wie bei Glüh- bzw. Leuchtstofflampendimmern (mit kontinuierlicher Elektrodenvorheizung) ist daher mit Hochdrucklampen nur schwer bzw. mit einem hohen schaltungstechnischen Aufwand möglich; vor allem des­ halb, weil deren Elektroden mit abnehmendem Strom immer kühler und damit schwerer emissionsfähig werden.

Das ist für den Fall der Straßenbeleuchtung meist von geringerer Bedeutung, da der Grad der Leistungsabsenkung sich in einem Rahmen bewegt, der bei den meisten Lampen noch zu keinerlei nennenswerten Schwierigkeiten führt.

Die bekannten elektronischen Phasenanschnittschaltungen können zur stufenlosen Helligkeitssteuerung von Entladungs­ lampen ausgelegt sein. Diese weisen den Nachteil auf, daß die zur Leistungseinstellung erforderliche variable Steuergleichspannung für den Zündimpulsgenerator ent­ weder über ein Potentiometer oder mittels externer Steuer­ geräte zugeführt werden muß. So ist z. B. in der europä­ ischen Patentschrift 00 03 528 eine Schaltungsanordnung beschrieben, bei der unter vergleichsweise hohem zusätz­ lichem Aufwand eine Helligkeitssteuerung von Natrium- und Quecksilberdampf-Hochdrucklampen bis herab zu etwa 3% ihres Nennlichtstroms möglich sein soll, was unter den Aspekten von Lichtausbeute und Lebensdauer frag­ würdig und ohnehin nur für ganz spezielle Beleuchtungs­ aufgaben (z. B. tageslichtabhängige Tunnelbeleuchtungen) interessant ist.

Für den Einsatz in der allgemeinen Straßenbeleuchtung besteht dagegen das Problem, daß in den entsprechenden Netzen der EVU's im allgemeinen nur einfache Netzspan­ nungsleitungen vorhanden sind, welche lediglich zu- oder abschaltbar sind. Eine Potentiometersteuerung oder die Notwendigkeit weiterer Steuergeräte würde einen erheb­ lichen zusätzlichen Aufwand bedeuten, welcher insbeson­ dere in den Fällen einer Einzelsteuerung der Lampen vielfach unvertretbar wäre.

Bei den bekannten Schaltungen zur Reduktion der Lampen­ leistung tritt gerade in den besonders verkehrsschwachen Zeiten zwischen Mitternacht und dem frühen Morgen die ge­ wünschte Leistungseinsparung trotz Einschaltung der Pha­ senanschnittschaltung nicht auf. Das liegt daran, daß in diesen besonders verkehrsschwachen Zeiten die Netzspan­ nung höher ist als in den verkehrsreichen Zeiten. Die Re­ duktion der von den Entladunglampen aufgenommenen Leistung muß so eingestellt sein, daß auch bei tiefsten Spannungswerten in einem überlasteten Netz die Lampen nicht zum Erlöschen kommen, das hat zur Folge, daß bei Überspannungen in einem nahezu lastlosen Netz Leistungen von den Entladungslampen aufgenommen werden, die viel höher als erwünscht und eingestellt sind.

Die vorliegende Erfindung vermeidet die Nachteile des Standes der Technik. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit einer optimalen Reduktion der Leistung von Straßenbeleuchtungsanlagen mit einfachen Mitteln durch eine einfach aufgebaute Schaltung zu schaffen, und vorzugsweise dabei das Umsteuern von Vollastbetrieb auf reduzierte Leistung, wobei dieser Wert innerhalb gewisser Grenzen stufenlos vorwählbar ist, hierbei selbsttätig erfolgen zu lassen, ausgelöst durch ein einfaches Ein/Aus-Kommando, vorzugsweise in Form von Zu- bzw. Abschalten einer Netzspannungsphase.

Die Erfindung besteht darin, daß die Steuerschaltung der Phasenanschnittschaltung eine Regelschaltung und eine Schaltung zur Reduktion der Lampenleistung aufweist, daß die Schaltung zur Reduktion der Lampenleistung für eine langsame Verschiebung des Phasenanschnittes konti­ nuierlich in kleinsten Stufen ausgelegt ist, und daß die Regelschaltung für eine Einwirkung auf die Phasen­ anschnittschaltung im Zustand reduzierter Lampenleistung zur Auslösung gegensinnig zu Netzspannungsschwankungen er­ folgender Regelwirkungen ausgelegt ist, so daß die im reduzierten Zustand eingestellte Lampenleistung konstant gehalten wird.

Bei dieser Reduktionsschaltung wirken eine Regelschal­ tung zum Ausgleichen von Netzspannungsschwankungen und die Schaltung zur Reduktion der Lampenleistung derart zu­ sammen, daß bei einer optimalen Reduktion keine Gefahr besteht, daß die Entladungslampen zum Erlöschen kommen. Dieses ist durch die langsame Verschiebung des Phasen­ anschnittes erreicht, was kontinuierlich in kleinsten Stufen erfolgt und was darüber hinaus den Vorteil mit sich bringt, daß die Verkehrsteilnehmer die Reduktion der Lampenlei­ stung nicht wahrnehmen und dadurch nicht vom Verkehrs­ geschehen abgelenkt werden. Mit dieser langsamen Reduk­ tion der Lampenleistung lassen sich viel höhere Reduk­ tionsgrade ohne Erlöschen der Lampen erreichen, als sie mit einer plötzlichen Einschaltung der Phasenanschnitts­ schaltung erreichbar sind. Durch das Zusammenwirken mit der Regelschaltung ist erreicht, daß der Reduktionsgrad bis auf seinen optimalen Wert eingestellt werden kann, ohne daß Netzspannungsschwankungen bei dieser Einstellung zu berücksichtigen sind. Dadurch wird mit Hilfe der Re­ gelschaltung nicht nur erreicht, daß Überspannungen in verkehrsschwachen Zeiten nicht zu einer Verminderung der Leistungseinsparung führen, sondern auch, daß die Leistungseinsparung durch optimalen Betrieb der Entla­ dungslampen auf sonst nicht erreichbare Werte gebracht werden kann.

Während die langsame Reduktion der Lampenleistung zu­ sammen mit der Regelschaltung diese erheblichen Vorteile erbringt, ist im Gegensatz hierzu für die Erhöhung der Lampenspannung eine Schaltung bzw. ein Schalter für eine schlagartige Erhöhung der Lampenspannung vorgesehen. Das vermindert den baulichen Aufwand, ohne nachteilige Folgen für den Verkehr zu haben. Denn bei voller Einschaltung der maximalen Lampenspannung kommt die Lampe erst nach und nach auf ihre volle Beleuchtungs­ stärke. Diese Veränderung der Beleuchtungsstärke wird somit von den Verkehrsteilnehmern kaum bemerkt. Diese Schaltung für eine schlagartige Erhöhung der Lampen­ spannung wirkt somit in baulich sehr einfacher Weise mit der Reduktionsschaltung dahingehend zusammen, daß die Beleuchtungsstärke nur sehr langsam und kaum wahr­ nehmbar sich bei Tätigkeit der Schaltungen ändert.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erfolgt die Leistungsreduktion sehr langsam. Darüber hinaus ist dafür gesorgt, daß auch in den durch Phasenanschnitt be­ dingten Strompausen ein gewisser Reststrom durch die Lampe(n) fließt.

Es hat sich gezeigt, daß eine Leistungsreduzierung über etwa 50% von P _Nenn minimal hinaus nicht sinnvoll und auch nicht wirtschaftlich ist. Zum einen sinkt der Licht­ strom überproportional mit abnehmender Leistung, wonach eine mit 50% ihrer Nennleistung betriebene Entladungslampe nur noch etwa 40% ihres Nennlichtstromes abgibt. An­ dererseits wirkt sich eine zu große Leistungsabsenkung mit im Vergleich zum Nennstrom erheblich verringertem Betriebsstrom auch auf die Lebensdauer nachteilig aus, da die Elektroden dieser Lampen nicht extern vorheizbar sind und somit ausschließlich durch den Lampenbetriebs­ strom auf Emissionstemperatur gehalten werden. Hierbei ist es eine bekannte Tatsache, daß zu kalte Elektroden eine erhöhte Kathodenzerstäubung als Folge von vermehr­ ten Sekundärelektronenemissionen bewirken, was die Lebensdauer negativ beeinflußt.

Bei einer mäßigen Leistungsreduktion ist dies jedoch nicht zu erwarten. Geht man von einer Reduzierung auf etwa 50 bis 60% der Nennleistung aus, so verringert sich der Lampenstrom dabei nur um etwa 20% gegenüber dem Nenn­ strom, weil die Brennspannung der Hochdrucklampen durch den nunmehr abnehmenden Druck im Brenner ebenfalls zurück­ geht. Schädliche Auswirkungen auf die Lebensdauer sind hierbei nicht zu befürchten.

Baulich wird diese Vorrichtung sehr einfach, wenn der Pha­ senanschnittschaltung ein als Verknüpfungsschaltung aus­ gelegter Steuerkreis mit zwei Eingängen vorgeschaltet ist, und wenn an den einen Eingang die Regelschaltung, an den anderen Eingang die Schaltung zur Einstellung der Lampen­ leistung angeschlossen ist.

Die Schaltung zur Reduktion der Lampenleistung läßt sich besonders einfach in der Weise gestalten, daß sie einen Zeitgeber, eine Reihe von Widerständen und eine vom Zeit­ geber gesteuerte Schaltung zur successiven Ein- oder Aus­ schaltung dieser Widestände aufweist.

Zweckmäßigerweise ist die Schaltung zur Reduktion der Lampenleistung so aufgebaut, daß der Zeitgeber an seinem Ausgang Impulse in gleichen zeitlichen Abständen liefert, daß die Schaltung zur successiven Ein- oder Ausschaltung der Widerstände ein an den Ausgang des Zeitgebers ange­ schlossener Zähler, ein Schieberegister oder dergleichen mit einer Vielzahl von Ausgängen ist, an die Schalter für die Zu- oder Weg- bzw. Ein- oder Ausschaltung von den Widerständen angeschlossen sind.

Für die schlagartige Wiedereinschaltung der vollen Lampen­ leistung ist es zweckmäßig, einen Schaltkreis zur Über­ brückung der Schaltung zur Reduktion der Lampenleistung vorzusehen.

Weiterhin ist es zweckmäßig, einen Auslösekreis für die Ein- und/oder Ausschaltung der Schaltung zur Reduktion und/oder Vollasteinschaltung der Lampenleistung vorzu­ sehen, der gesteuert ist durch einen Handschalter und/oder einen zeitgesteuerten Schalter und/oder einen verkehrs­ dichtegesteuerten Schalter und/oder einen helligkeits­ abhängigen Schalter.

Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegt dabei darin, daß zumindest das Abregeln der Leistung, welches sowohl aus lampentechnischen Gründen wie auch aus verkehrstechnischer Sicht eindeutig kritischer ist als das Wiederumschalten auf Vollastbetrieb, langsam und allmäh­ lich im Verlaufe mehrerer Minuten erfolgt. Es hat sich näm­ lich gezeigt, daß ein mehr oder weniger abruptes Reduzie­ ren der Leistung speziell bei Phasenanschnittverfahren häufig die Gefahr des ungewollten Verlöschens der Ent­ ladungslampen in sich birgt; da aufrund der plötzlichen Stromreduktion bei noch hohem Druck im Brenner sich kompen­ satorisch einstellende Brennspannungsüberhöhungen leicht zu einem instabilen Betrieb der Entladung führen können.

Die vorliegende erfindungsgemäße Schaltung vermeidet die­ ses Risiko und führt darüber hinaus zu einem unübertroffen hohen Lichtkomfort, da das Absenken der Beleuchtungsstärke nicht plötzlich und unvermittelt, sondern so langsam und gleichförmig erfolgt, daß das Auge des Betrachters bzw. Kraftfahrers dies praktisch überhaupt nicht wahrnimmt.

Ein weiterer, wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß mittels einer zusätzlichen, internen Regelelektronik die Leistungsaufnahme der angeschlosse­ nen Lampe(n) im reduzierten Betriebszustand innerhalb eines weiten Netzspannungsbereiches nahezu konstant gehal­ ten wird. Es ist bekannt, daß insbesondere die heute sehr verbreiteten Natriumdampf-Hochdrucklampen sehr empfind­ lich gegenüber Schwankungen der Netzspannung sind und hierauf mit z. T. großen Leistungsabweichungen reagieren.

Andererseits kommt es gerade in den späten Abend- und Nachtstunden infolge mangelnder Auslastung häufig zu Über­ spannungen in den Netzen. Herkömmliche Leistungsreduzier­ geräte - sowohl konventionelle (Zusatzdrossel) als auch die bisher bekannten elektronischen Phasenanschnittgeräte - geben diese in vollem Umfang an die Lampen weiter, wo­ durch das vorgegebene Verbrauchsniveau in gänzlich uner­ wünschter Weise angehoben und der angestrebte Einsparerfolg dadurch zum Teil wieder zunichte gemacht wird.

Im übrigen hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung einen zusätzlichen, beachtlichen Vor­ teil für den Fall erzielen läßt, indem die Lampen in leistungsreduziertem Zustand gestartet und hochgefahren werden müssen; z. B. nach Stromunterbrechungen. Während herkömmliche Systeme die Lampen auch in diesen Fällen ledig­ lich mit dem herabbegrenzten (Anlauf-)Strom versorgen, was oftmals zu Schwierigkeiten, in jedem Falle aber zu gegen­ über dem Normalbetrieb erheblich verlängerten Hochlauf­ zeiten führt, wird mit der vorliegenden Erfindung erreicht, daß die Lampen bei jedem Einschalten (also auch im Redu­ zierbetrieb) grundsätzlich mehrere Minuten lang praktisch mit dem vollen Anlaufstrom versorgt werden. Somit wird also auch im Betrieb mit reduzierter Leistung ein zuver­ lässiger und im Vergleich zum Normalfall kaum verzögerter Hochlauf sichergestellt.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das prinzipielle Übersichtsschaltbild (Blockschaltbild),

Fig. 2 das detaillierte Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 erfolgt die Leistungssteuerung für die Leuchte 11 mit der Entladungslampe 13 und dem zugehörigen Vorschaltgerät 12 mittels einer an sich bekannten Phasen­ anschnittschaltung 1. Klemme 7 ist der Netzspannungs­ eingang (Phasenleiter), Klemme 8 der gesteuerte Lampen­ ausgang und Klemme 9 der gemeinsame Nulleiter.

Die Informationsverarbeitung zum Umsteuern zwischen den beiden Schaltzuständen Vollast- und Reduzierbetrieb er­ folgt in der Steuerlogik 4, welche ihre Schaltinformation über die Steuerspannungs-Eingangsklemme 10 bezieht. Die­ ses geschieht in der erfindungsgemäßen Schaltungsvorrich­ tung, vorzugsweise in der einfachen Art, daß "Steuer­ spannung ein" an Klemme 10 Vollastbetrieb bedingt, während der Signalzustand "Steuerspannung aus" das Umsteuern auf den leistungsreduzierten Betrieb bewirkt. Vorzugsweise wird als Steuersignal hierbei ein einfaches Netzspannungs­ signal (in Form von Zu- oder Abschaltung einer vorhandenen Phase) verwendet, wodurch ein gemäß der Erfindung aufge­ bautes Gerät vollkommen autonom ohne jegliche weiteren ex­ ternen Hilfs- oder Zusatzvorrichtungen arbeiten kann.

Mittels der Leistungseinstellung 3 wird der gewünschte Absenkungsgrad vorgegeben, welcher z. B. mittels eines Einstellpotentiometers innerhalb eines gewissen Rahmens stufenlos gewählt werden kann. Vorzugsweise ist dieser Bereich hierbei in Anlehnung an die beabsichtigten Praxis­ einsätze sowie an die eingangs erwähnten Lampenbetriebs­ charakteristiken absichtlich eingegrenzt auf beispiels­ weise 40 . . . 75 Prozent der Nennleistung.

Eine zwischen dem Leistungsstellteil 3 und der Umschalt­ logik 4 angeordnete Zeitverzögerung 5 sorgt dabei dafür, daß das Umsteuern zwischen Vollast- und Reduzierbetrieb nicht schlagartig und abrupt, sondern langsam und all­ mählich erfolgt, wobei der Zeitraum für diesen Vorgang hierbei vorzugsweise zwischen etwa 4 und 10 Minuten liegt.

Prinzipiell kann diese Zeitverzögerung hierbei in beiden Schaltrichtungen wirksam sein; bei einer bevorzugten Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsvorrichtung kann diese jedoch auch nur in einer Richtung, nämlich dem (kritischeren) Umsteuern von Vollast- auf Reduzierbetrieb, vorhanden sein. Der umgekehrte Schaltvorgang, also das Umschalten von reduzierter auf volle Lampenleistung, kann hierbei auch direkt und unmittelbar erfolgen.

Ein weiterer, wichtiger Teil der erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung beinhaltet die Netzspannungsverknüpfung 6, welche Schwankungen der Versorgungsspannung erfaßt und zusammen mit dem Ausgangssignal des Leistungsstellgliedes 3 über eine gemeinsame Summenverknüpfungsschaltung 2 auf den Steuereingang der Phasenanschnittschaltung 1 einwirkt.

Das entsprechend der vorgewählten, gewünschten reduzierten Leistung von der Stelleinheit 3 gelieferte Steuersignal wird so mit einem von der Netzspannungserfassung 6 gewonnenen zusätzlichen Steuersignal in Relation gesetzt, wodurch Abweichungen von der Netz-Sollspannung proportional erfaßt werden und folglich gegenregelnd eingegriffen wird. Auf diese Weise können ansonsten unvermeidliche und zumeist erhebliche Leistungsabweichungen im Falle von Spannungs­ schwankungen weitestgehend eliminiert werden, so daß auch bei sehr großen Netzspannungsabweichungen, beispiels­ weise im Bereich von 190 . . . 245 Volt, das eingestellte Verbrauchsniveau praktisch vollkommen konstant gehalten werden kann.

Die erwähnte Zeitverzögerung 5 sorgt im übrigen auch dafür, daß bei jedem Einschalten - also auch im reduzierten Be­ triebszustand nach eventuellen Stromunterbrechungen - der Start und Anlauf der Lampe(n) in jedem Falle unter Vollast­ bedingungen erfolgt. Da die Abregelung auf reduzierte Leistung erst allmählich nach einigen Minuten einsetzt, ist zu diesem Zeitpunkt der Hochlaufvorgang bei den meisten Lampen so gut wie abgeschlossen.

Fig. 2 zeigt nun ein bevorzugtes praktisches Ausgestal­ tungsbeispiel der vorgenannten Erfindung.

Über die Filterdrossel 16 wird die Netzspannungsphase von der Klemme 7 zugeführt. Leistungsstellglied ist der Triac 14, welcher von einem an sich bekannten, integrier­ ten Phasenanschnittbaustein 15 (nebst zugehöriger externer Beschaltung 21 . . . 30) gesteuert wird. Der Ausgang des Triacs 14 führt zur Leuchtenanschlußklemme 8; parallel zu diesem liegt ein Varistor 19 zum Schutz gegen (induktive) Überspannungsspitzen sowie ein RC-Glied 18, 20. Neben einer zusätzlichen Schutzfunktion für den Triac 14 kommt diesem noch eine weitere Bedeutung zu: In den durch den Triac 14 abgeschalteten stromlosen Pausen fließt hier­ durch ein hauptsächlich durch den Kondensator 18 bestimm­ ter Reststrom, welcher sich stabilisierend auf das Brenn­ verhalten besonders älterer Entladungslampen auswirkt.

Die Stromversorgung der anschließenden Steuerelektronik erfolgt über ein an den gegenpoligen Nulleiter (Klemme 9) angeschlossenes kapazitives Reaktanzglied 32 mit vor­ geschaltetem Widerstand 31, wodurch sich nach Gleich­ richtung mittels der antiparallelen Dioden 33, 34 sowie Glättung und Stabilisierung über die Kondensatoren 35, 36 bzw. Z-Dioden 37, 38 eine gegenüber der inneren Ge­ rätemasse positive und negative, stabilisierte Gleichspannung aufbaut.

Die Steuerspannung für den Steuereingang des Zündimpuls­ generatorbausteins 15 - zugeführt über die Widerstände 28 und 29 sowie den Pufferkondensator 30 - liefert der Operationsverstärker 39, welcher zusammen mit den Wider­ ständen 40 und 41 die Verknüpfungsschaltung 2 gemäß Fig. 1 bildet.

Deren einer Eingang - entsprechend dem Leistungssteller­ eingang von Block 3 - liegt am Knotenpunkt dreier Wider­ standsgruppen, nämlich des Widerstandes 42, des Wider­ standsarrays 43 sowie der beiden in Reihe geschalteten Widerstände 44 und 45, wobei 45 als Einstellregler zur Justage des gewünschten Reduktionsgrades herangezogen werden kann.

Klemme 10 ist der Steuereingang für die Wahl der je­ weiligen Schaltzustände Vollast- oder Reduzierbetrieb. Über die Diode 46, den Widerstand 47 und eine Z-Diode 48 erreicht das Wechselspannungs-Steuersignal den Optokoppler 50, der parallelgeschaltete Kondensator 49 dient zur Glättung des Halbwellenstromes.

Über den Optokoppler 50, das RC-Glied 51, 52 und den Inverter 53 gelangt das Steuersignal auf den Reset- Einang des Zählerbausteins 54, dessen Clock-Eingang durch einen Oszillator (55, 56, 57) über ein Ver­ knüpfungsglied 58 getaktet wird. Die Ausgänge des Zähler­ bausteins 54 sind mit je einem Widerstand des Wider­ standsarrays 43 verbunden.

Solange Steuerspannung an Klemme 10 anliegt, ist der Optokoppler 50 leitend; der Eingang des Inverters 53 auf Low-Potential und demnach der Reset-Eingang des Zählerbausteins 54 auf High. In diesem Zustand sind alle Ausgänge des Zählers 54 - d. h. das gesamte Widerstands- Array 43 - auf Masse geschaltet, wodurch sich an der Verknüpfungsstelle der Widerstände 42 bis 45 eine ent­ sprechend niedrige Spannung einstellt, die über den Ver­ knüpfungs-Operationsverstärker 39 invertiert an den Steuereingang des Phasenanschnittbausteins 15 weiter­ geleitet wird und diesen auf Betriebszustand "Vollast" mit maximalem Stromflußwinkel schaltet.

Sobald die Steuerspannung an Klemme 10 abgeschaltet wird, geht der Eingang des Inverters nach kurzer Zeit (Zeitkonstante des RC-Glieds 51, 52) auf High und dem­ nach der Reset-Eingang des Zählerbausteins 54 auf Masse­ potential. Der Zählvorgang startet und der Zähler 54 legt nun nacheinander die im bestimmten Verhältnis zueinander stehenden Widerstände des Arrays 43 auf High-Potential, so daß sich am Verknüpfungspunkt der Widerstände 42 bis 45 eine treppenförmig allmählich ansteigende Spannung einstellt, die über den Triac- Steuerbaustein 15 ein langsames und kontinuierliches Verringern des Stromflußwinkels und damit ein Herunter­ regeln der Leistung der an den Triac 14 angeschlossenen Lampen bewirkt. Der Vorgang ist beendet, wenn die beiden letzten Teiler-Bits des Zählerbausteins 54 zusammen High-Pegel erreicht haben. In diesem Fall wird über die Verknüpfungsglieder 58 und 59 der Zählmodus gestoppt.

Der Kondensator 51 sorgt beim Einschalten in jedem Fall - also auch bei abgeschalteter Steuerspannung, d. h. in Betriebsart "Reduzierte Leistung" - dafür, daß der Zähler­ baustein 54 einen kurzzeitigen Reset-Impuls erhält und somit zunächst auf Vollastbetrieb schaltet.

Der zweite Operationsverstärker 60 nebst den zugehörigen Widerständen 61, 62 und 63 beinhaltet die erwähnte Netz­ spannungsverknüpfung 6 gemäß Fig. 1.

Über die Diode 69, den Widerstand 70 und die Z-Diode 71 sowie den Kondensator 72 wird zunächst aus der Netzwechsel­ spannung eine stabilisierte Gleichspannung gewonnen, die über eine weitere - vorzugsweise temperaturkompen­ sierte - Z-Diode 74 in Verbindung mit dem Widerstand 73 zu einer hochkonstanten Referenzspannung ausgebaut wird. Diese wird dann über ein Einstellpotentiometer 75, wel­ ches zur Einjustage des Netz-Nennspannungswertes dient, dem als Addierer geschalteten Operationsverstärker 60 zugeführt.

Über den Spannungsteiler aus den Widerständen 64, 65 und 66 sowie die Diode 67 und den Glättungskondensator 68 wird aus der Netzspannung eine proportionale Gleich­ spannung erzeugt, die ebenfalls - gegenphasig - dem Addierer 60 zugeleitet wird. Dessen Ausgangsspannung - verbunden mit dem anderen Eingang des Verknüpfungs-Opera­ tionsverstärkers 39 - ist folglich bei Sollwert der Netzspannung Null und weicht bei Schwankungen nach oben oder unten mehr oder weniger zu negativen bzw. positi­ ven Werten ab, was die beabsichtigte Gegenregelung und somit Leistungsstabilisierung bewirkt.

Am Eingang zwischen den Netzspannungsklemmen 7 (Phase) und 9 (Nulleiter) befindet sich neben der bereits er­ wähnten Filterdrossel 16 noch ein paralleler Entstör­ kondensator 17.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung zur Leistungssteuerung (Leistungsreduktion) von Beleuch­ tungsanlagen mit Entladungslampen, vorwiegend Natrium- und Quecksilberdampf-Hochdrucklampen.

Gegenüber herkömmlichen Lösungen in konventioneller (z. B. mittels Zusatzimpedanzen) oder elektronischer (Phasenanschnittsteuerung) Ausführung zeichnet sich die vorliegende erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dadurch aus, daß das Abregeln der Beleuchtungsstärke hiermit langsam und kontinuierlich im Verlauf von meh­ reren Minuten erfolgt, was sowohl aus der Sicht des Lampenbetriebs sehr günstig ist als auch einen über­ aus hohen Lichtkomfort ermöglicht, obgleich zur Aus­ lösung dieses Vorganges nur ein einfaches Ein-/Aus- Steuersignal benötigt wird, welches darüber hinaus netzspannungskompatibel ist.

Die Wahl des Absenkungsgrades ist nicht starr vorge­ geben, sondern kann innerhalb eines bestimmten Berei­ ches frei gewählt und auch später jederzeit wieder geändert werden. Der Betrieb von mehreren Lampen an einem Gerät ist möglich, externe Hilfsvorrichtungen (z. B. Steuergeräte) sind nicht erforderlich.

Das vorgegebene reduzierte Leistungsniveau wird innerhalb eines sehr umfangreichen Netzspannungs­ bereiches praktisch konstant gehalten, unabhängig auch von groben Spannungsschwankungen.

Start und Hochlauf der Lampen erfolgen auch in redu­ zierter Leistungseinstellung grundsätzlich unter Vollastbedingungen, somit in jedem Falle zuverlässig und unverzögert.

Liste der Bezugszeichen:

 1 Phasenanschnittschaltung
 2 Summenverknüpfungsschaltung
 3 Leistungseinstellung
 4 Steuerlogik
 5 Zeitverzögerung
 6 Netzspannungserfassung
 7 Klemme
 8 Klemme
 9 Klemme
10 Steuerspannungseingangsklemme
11 Leuchte
12 Vorschaltgerät
13 Entladungslampe
14 Triac
15 Phasenanschnittbaustein
16 Filterdrossel
17 Kondensator
18 Kondensator
19 Varistor
20 Widerstand
21 Widerstand
22 Widerstand
23 Widerstand
24 Kondensator
25 Diode
26 Widerstand
27 Kondensator
28 Widerstand
29 Widerstand
30 Pufferkondensator
31 Widerstand
32 Reaktanzglied
33 Diode
34 Diode
35 Kondensator
36 Kondensator
37 Z-Diode
38 Z-Diode
39 Operationsverstärker
40 Widerstand
41 Widerstand
42 Widerstand
43 Widerstand
44 Widerstand
45 Widerstand
46 Diode
47 Widerstand
48 Z-Diode
49 Kondensator
50 Optokoppler
51 Kondensator
52 Widerstand
53 Inverter
54 Zähler
55 Verstärker
56 Widerstand
57 Kondensator
58 Verknüpfungsglied
59 Verknüpfungsglied
60 Operationsverstärker
61 Widerstand
62 Widerstand
63 Widerstand
64 Widerstand
65 Widerstand
66 Widerstand
67 Diode
68 Kondensator
69 Diode
70 Widerstand
71 Z-Diode
72 Kondensator

Claims (7)

1. Schaltungsvorrichtung zur Leistungssteuerung von Beleuchtungsanlagen, die vorzugsweise mit Entladungs­ lampen - in erster Linie Quecksilber- und Natrium­ dampf-Hochdrucklampen - bestückt sind und die eine Phasenanschnittschaltung sowie eine dieser zugeordnete Steuervorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung der Phasenanschnittschaltung (1) eine Regelschaltung (6) und eine Schaltung zur Reduktion der Lampenleistung (3, 4, 5) aufweist, daß die Schaltung (3, 4, 5) zur Reduktion der Lampen­ leistung für eine langsame Verschiebung des Phasen­ anschnittes kontinuierlich in kleinsten Stufen ausgelegt ist, und
daß die Regelschaltung (6) für eine Einwirkung auf die Phasenanschnittschaltung (1) im Zustand reduzierter Lampenleistung zur Auslösung gegensinnig zu Netzspan­ nungsschwankungen erfolgender Regelwirkungen ausgelegt ist,
so daß die im reduzierten Zustand eingestellte Lampen­ leistung konstant gehalten wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (4) bzw. ein Schalter für eine schlagartige Erhöhung der Lampenspannung vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Phasenanschnittschaltung (1) ein als Ver­ knüpfungsschaltung (2) ausgelegter Steuerkreis mit zwei Eingängen vorgeschaltet ist,
daß an den einen Eingang die Regelschaltung (6), an den anderen die Schaltung (3, 4, 5) zur Einstellung der Lampenleistung angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5) zur Reduktion der Lampen­ leistung einen Zeitgeber (55-57), eine Reihe von Wi­ derständen (43) und eine vom Zeitgeber gesteuerte Schaltung zur successiven Ein- oder Ausschaltung dieser Widerstände aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zeitgeber (55-57) an seinem Ausgang Impulse in gleichen zeitlichen Abständen liefert,
daß die Schaltung zur successiven Ein- oder Ausschal­ tung der Widerstände ein an den Ausgang des Zeitgebers angeschlossener Zähler, ein Schieberegister oder dergleichen mit einer Vielzahl von Ausgängen ist, an die Schalter für die Zu- oder Weg- bzw. Ein- oder Ausschal­ tung von Widerständen (43) angeschlossen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schaltkreis zur Überbrückung der Schaltung (3, 4, 5) zur Reduktion der Lampenleistung.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Auslösekreis für die Ein- und/oder Ausschaltung der Schaltung (3, 4, 5) zur Reduktion und/oder Vollast­ einschaltung der Lampenleistung, der gesteuert ist durch
einen Handschalter und/oder
einen zeitgesteuerten Schalter und/oder
einen verkehrsdichtegesteuerten Schalter und/oder
einen helligkeitsabhängigen Schalter.