Система освещения и устройство питания переменным электрическим током потребителя мощности, преимущественно газоразрядных ламп, таких как флюоресцентная трубка

 

Использование: в источниках питания переменным электрическим током высокой частоты разрядных ламп, таких как флюоресцентные трубки. Сущность изобретения, система освещения содержит, по меньшей мере, один светильник и узел измерения освещенности, детектирующий светом этого светильника. Устройство питания газоразрядной лампы, входящей в состав светильника, выполнено по схеме самовозбуждающегося инвертора на управляемых активных элементах, например транзисторах 1. 2. Управление транзисторами осуществляется с помощью обмоток обратной связи 3, 4. За счет наличия обмоток управления 9, 10, подсоединенных к узлу управления , имеется возможность регулирования напряжения, подводимого к лампе, в широком диапазоне частот с помощью маломощного сигнала постоянного или переменного тока. Освещенность, создаваемая данной системой, может регулироваться в любой заданной функции. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 8 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСК ИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s Н 05 В 37/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4203712/07 (22) 30.10.87 (46) 30.07.93. Бюл. ¹ 28, (31) 5230/86 (32) 31.10.86 (33) 0К (71) Йерк энд Ларсен А/С Хальберг энд Томсен электроник и/с (ОК) (72) Пеер Хербслеб, Келль Хербслеб, Курт

Халберг и Карл Are Е н сен (D K) (56) Патент США ¹ 4.135116, кл. Н 05 В 37/02, 1979. (54) СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ ПЕРЕМЕННЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ ПОТРЕБИТЕЛЯ

МОЩНОСТИ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП, ТАКИХ КАК ФЛЮСРЕСЦЕНТНАЯ ТРУБКА (57) Использование: в источниках питания переменным электрическим током высокой

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в источниках питания переменным электрическим током высокой частоты разрядных ламп, таких как флюоресцентные трубки, Целью изобретения является создание устройства, с помощью которого потребитель, такой как флюоресцентная трубка, может питаться электрическим током высокой частоты, который является регулируемым, и с помощью которого, даже когда ток уменьшен, вырабатывается выходное напряжение такого уровня, что флюоресцентная трубка. поджигается без затруднений,. т.е, повышение КПД путем зкономии электро„,59„„1831774 АЗ частоты разрядных ламп, таких как флюоресцентные трубки. Сущность изобретения: система освещения содержит, по меньшей мере, один светильник и узел измерения освещенности, детектирующий светам этого светильника, Устройство питания газоразрядной лампы, входящей в состав светильника, выполнено по схеме самовозбуждающегося инвертора на управляемых активных элементах, например транзисторах 1, 2. Управление транзисторами осуществляется с помощью обмоток обратной связи 3, 4. За счет наличия обмоток управления 9, 10, подсоединенных к узлу управления, имеется возможность регулирования напряжения, подводимого к лампе. в широком диапазоне частот с помощью маломощного сигнала постоянного или переменного тока. Освещенность, создаваемая данной системой. может регулироваться в любой заданной функции. 2 с. и 3 з и. ф лы, 8 ил, энергии за счет автоматического регулирования уровня освещенности.

Возможность регулирования может быть обеспечена довольно простой схемой управления, поскольку управляющим сигналом может быть сигнал постоянного тока.

Система управления не вызывает повыше: ния стробаскопического эффекта, и рисущего системам управления известного уровня техники и не вызывает повышения радиопомех. Электрическая схемауправления может работать от низких напряжений и не имеет гальванической связи с питающей . сетью. Стратегия управления мажет изменяться в широком диапазоне и можно управлять раздельно положитель ыми и! !.

i+) ! !

) 4

<(д

1831774

55 отрицательными полупериодами тока, посредством чего можно влиять на кривую зависимости тока от времени, хотя изображенная схема не имеет возможности образования после выходных клемм це-. пи постоянного тока, Схема может быть собрана очень компактной, так чтобы она могла быть вставлена Внутрь обычного светильника, Схема управления, используемая в изобретении, может быть приспособлена для очень малых мощностей, так как ток управления требуемой величины может вырабатываться и поддерживаться стабильным без затруднений, Обмотки обратной связи намзтаны вокруг обоих магнитных сердечников, так что магнитный сигнал от любого из этих сердечников будет наводить напряжения возле обоих сердечников и, таким образом, в обеих обмотках обратной связи. Однако эти обмотки рассчитаны так, что сигнал только от одной из этих обмоток для преобладающего выходного тока будет недостаточным, чтобы осуществить обратную связь. Она может быть осуществлена только сложением сигналов от обоих магнитных сердечников, Так как обмотки управления намотаны вокруг обоих сердечников в противоположных направлениях относительно обмоток обратной связи, схема приобрела новое свойство, заключающееся в том, что максимальная мощность для потребителя достигается тогда, когда ток управления равен нулю, а подача тока управления уменьшает выходную мощность независимого от направления этого тока.Тем самым облегчается сборка системы, так как электрик не должен обращать внимание на маркировку клемм управления, Кроме того, гарантируется, что схема никогда не выдаст выходной ток больше допустимого. Далее, можно управлять схемой с помощью переменного тока при условкв, что этот переменный ток управления имеет частоту. которая ниже частоты выходного сигнала.

Эта система допускает ряд применений, Устройство может быть использовано для создания стробоскопа, работающего на флюоресцентных трубках в качестве источника света, посредством которых может быть получена световая отдача, превышающая световую отдачу, нормально создаваемую стробоскопом. Освещение может быть промодулировано звуковым сигналом музыкальной сис емы, Следующей целью изобретения является .создание системы освещения, которая экономит электроэнергию путем автоматического регулирования уровня освещенности в соответствии с дневным светом, гарантируя, что этот уровень всегда достаточен и что освещение приятное. поскольку частого переключения освещения нет, и которая может иметь сравнительно низкую стоимость.

На фиг. 1 изображена схема в соответствии с первым примером реализации изобретения; на фиг. 2 — схема второго примера реализации изобретения; на фиг. 3 — схема, приспособленная для питания газонаполненных ламп вместо флюоресцентных трубок; на фиг. 4, 5 — электрические обмотки на магнитных сердечниках; на фиг. б — система освещения с несколькими светильниками, управляемыми автоматически; на фиг, 7— электронная схема управления для создания сигналов управления устройствами регулирования в светильниках; на фиг. 8— уровни освещения в,зависимости от времени, которые могут быть созданы системами освещения по фиг. б и 7.

Устройство (фиг. 1) состоит из двух управляемых активных элементов 1,2. управляющие входы которых подсоединены к обмоткам обратной связи 3. 4, расположенным на сердечнике выходного насыщающегося трансформатора, разделенном на две части, образующих трансформатор 5 и трансформатор 6. на которых размещены также выходные обмотки 7, 8 и обмотки управления 9, 10. Блок пуска, состоящий из

RC-цепи 11, 12 и порогового элемента 13, подсоединен к базе одного из управляемых элементов, выполненных на транзисторах.

Устройство работает следующим образом.

Схема питается через резистор электроэнергией от питающей сети, выпрямляемой мостовым выпрямителем и сглаживаемой конденсатором. За счет соединения пушпулом двух электронных усилительных устройств выходное напряжение может регулироваться в диапазоне. определяемом напряжением постоянного тока. От точке е течет ток. который подается через обмотку трансформатора к двум параллельным индуктивностям, последовательно подключенным каждая к соответствующей флюоресцентной трубке. Цепь тока питания завершается конденсатором 14. Эта схема может питать флюоресцентные трубки переменным током с частотой, определяемой значениями элементов.

Управляемые электронные элементы 1 и 2 п редставля ют мощн ые металлооксидные — ðàíçèñòîðû. Эти элементы имеют три клеммы, маркированные S-ucvcx, О-сток, Gзатвор. Тип проводимости представляет так называемый К-канал,;орого клемма 0 в

1831774 практических применениях соединяется с положительным напряжением, а клемма $— с отрицательным напряжением, после чего так, протекающий ат клеммы 0 к клемме S, может регулироваться напряжением, прилаженным к клемме G. Одной из характеристик этих типов транзисторов является to, что электрод G обладает весьма высоким импедансом, и та, чта так, протекающий от клеммы D к клемме S, может управляться с весьма высоким коэффициентом усиления тока. Когда напряжение на клемме G — отрицательна относительно клеммы S, транзистор полностью закрыт. При положительных напряжениях на клемме G, которые не превышают порогового значения характеристики, обычно значения 4 В, этот транзистор все еще закрыт для тока.

Ток ат клеммы 0 к клемме потечет только тогда, когда напряжение на клемме G превысит это пороговое значение. Из-за весьма высокого импеданса клеммы 6 у таких транзисторов должны быть предусмотрены внешние элементы для защиты транзистора ат перенапряжения. Поэтому транзистор 1 снабжен в цепи затвора резистором 15 и стабилитроном 16, а транзистор 2 аналогичНо снабжен резистором 17 и стабилитроном

18.

Ва время регулярных колебаний транзисторы 1 и 2 поочередно отпираются и запираются, таК как они, естественно, никогда не могут быть открыты одновременно.

В тат момент, когда, например, транзистор

2 открывается, напряжение на клемме 0 этого транзистора, и, таким образом, на клемме е, которое отличается на ничтожную величину падения напряжения между клеммами 0 и 5 транзистора 2, становится равным -. пряжению отрицательного полюса источника питания. Параллельно каждой флюоресцентной трубке подключен конденсатор, соответственно, а последовательно с каждой трубкой включена индуктивность соответственно. Так как индуктивнаст включены с флюоресцентными трубками последовательно и имеют значительную величину индуктивности, они будут ограничивать проходящий через них ток, так что этот ток будет возрастать только плавно. Пока флюоресцентные трубки не зажгутся, ток мажет проходить через параллельные конденсаторы соответственно, и конденсатор

14, завершающий цепь питания. Как талька световая дуга в трубках за»кжется, ток потечет через трубки, а также через параллель. ные конденсаторы. дет удлинен.

Ясно, что обмотка управления 9 такая же, KBK и абл1стка 10, и пода га тока в сбмстПредположим теперь, что в обмотку 10 от внешнего генератора тока (не показанно- ку 9 в одном или другол напрлвле ги.. л1с»;ет га) падается постоянный так, называел ыЧ ссствсгств :,ннс укора «ивать или у.,-.ин-ть

-15

55 управляющим током. Этот ток вносит свой вклад в намагничивание трансформатора.

Схема генерирует колебания и ток, подаваемый в обмотку 10, не влияет на обмотку 4. подключенну о к транзистору 2, Транзистор

2 откроется, ток направится от ламп, это вызовет намагничивание сердечника трансформатора 5 в направлении, flðoòèâoïoëîæном направлению намагничивания, создаваемого током в обмотке 10, но предполагая, чта намагничивание, создаваемое обмоткой 10, имеет ограниченную величину, и, в частности, меньше, чем намагничивание, создаваемое обмоткой 7, в обмотке 3 трансформатора будет наводиться напряжение, создающее на клемме G транзистора

1 отрицательное напряжение относительно клеммы этого транзистора. Во время интервала, когда транзистор 2 закрыт, а транзистор 1 открыт, ток будет протекать от ламп в направлении противоположном предыдущему направлению. Это создает намагничивание, наводящее на обмотке 3 напряжение, способствующее еще большее отпирание транзистора 1. Однако, вклад намагничивания о-, обмотки 10 теперь вызовет магнитное насыщение сердечника трансформатора при меньшей величине тока в обмотке 7, нежели это было в том случае, когда обмотка 10 не вносила свай вклад. Как талька возникнет насыщение сердечника 5, транзистор 1 запрется, и это запирание заставит транзистор 2 открыться. Понятно, что система управления использует принцип трансдуктора, но трансдукторнсй системой регулируется ток управления транзисторами, а не полный ток лал1п, как в случае обычных трансдукторных систем управ;ения.

Ток, подаваемый в обмотку 10, создает эффект укорачивания временного интервала, B течение которого транзистор 1 открыт.

Поскольку лампы включены последовательно с соответствующим конденсатором. очевидно, что постоянный ток через лампы не потечет, но с помощью регулирования палуволн тока, протекающего через транзистор

1 модифицируется форма тока, протекающего через лампы, Аналогично можно понять, что ток. подаваемый в обмотку 10 в направлении, противоположном вышеуказанному, вызовет тот эффект, гго для насыщения магнитного сердечника 5 потребуется соответственно больший ток через обмотку 7. Таким образом, интервал, в течение котсрага транзистор 1 открыт, бу1831774

20

30

45

50 временные интервалы, в течение которых открыт транзистор 2, Понятно, что путем. пропускания симметричных токов через..обмотки t0 и 9, т.е. токов одинаковой величины и направлений, так чтобы периоды, в течение которых транзисторы 1 и 2 открыты, оба укорачивались или оба удлинялись, обеспечивается управление частотой колебательной схемы, при котором достигается изменение частоты относительно частоты холостого хода в зависимости от подаваемого управляющего тока, хотя эта зависимость не обязательно линейная.

Так как. частота генераторной схемы, т.е. частота, когда управляющий ток равен нулю, а лампы горят, несколько ниже, чем резонансные частоты пар индуктивности

19, 20 и конденсаторов 21, 22, повышение частоты вызовет увеличение тока через конденсаторы 21 и 22, и ричем этот ток является реактивным и поэтому не представляет никаких потерь мощности, поскольку ток колеблется, так сказать, туда-сюда между конденсаторами и индуктивностями. Однако это понижает мощность, подводимую к пампам, но поддерживает пиковые напряжения почти неразряженного значения, так что световая отдача ламп уменьшается, а напряжение на лампах даже при существенном понижении мощности все еще достаточно, чтобы гарантировать надежное зажигание ламп.

Теперь со ссылкой на принципиальную схему по фиг. 2 и устройство обмоток трансформатора по фиг. 4 будет пояснен следующий пример реализации изобретения. Как можно видеть из фиг. 4 или 5, используются два кольцевых сердечника, а обмотка для тока ламп s любом из примеров реализации по фиг. 4 и 5 представляет простой проводник. идущий прямо от клеммы е к клемме f.

Обмотка обратной связи для транзистора 1, т,е, обмотка 3, подключенная на фиг. 4 или

5 к клеммам г и Ь, намотана на обоих кольцевых сердечниках в одном направлении. В примере реализации по фиг.4 каждый виток в цепи между клеммами а и Ь проходит сперва вокруг первого кольцевого сердечника, а затем вокруг второго кольцевого сердечника. В примере реализации по фиг. 4, 5 проводник делает все витки вокруг первого кольцевого сердечника, а затем делает все витки вокруг второго кольцевого сердечника в том же направлении. Эти два примера. реализации, будучи конструктивно различными, электрически равноценны и действуют совершенно одинаково, Обмотка обратной связи для транзистора 2, т.е, проводник между клем лами с и d, аналогично намотана вокруг обоих кольцевых сердечников, но направление ее витков противоположно направлению витков обмотки обратной связи между клеммами а и b. Каждый кольцевой сердечник снабжен обмоткой управления и две обмотки управления соединены последовательно, так что управляющий ток, например, от клеммы g к клемме h протекает вокруг nepaoro кольцевого сердечника в одном направлении и в противоположном направлении вокруг второго кольцевого сердечника. Понятно, что фиг; 4 и 5 иллюстрируют идею устройства и направления намотки, но число витков у каждой изображенной обмотки может отличаться от указанного. Однако, предпочтительно делать устоойство симметричным, т.е. таким, чтобы соотношение различных обмоток на одном сердечнике было точно таким же, как соотношение обмотбк на другом сердечнике.

Путем взаимного соединения двух обмоток в управления достигается положительный эффект, .который заключается в том, что какое-либо напряжение, наводимое на одной обмотке управления током выходной силовой обмотки е-f, всегда будет сбалансировано противоположным напряжением равной величины, наводимым во второй обмотке управления, Таким образом, на выходных клеммах обмотки g-h напряжение осветительной цепи не наводится. В действительности из-за производственных допусков может быть небольшая разница между обмотками управления, так что могут наводиться умеренные напря>кения, которые полностью не балансируются, Кроме того, когда наступает магнитное насыщение сердечника, на клеммах обмотки управления будет наводиться напряжение сети освещения. Однако, эти напряжения делпфируются конденсатором

23, установленным параллельно клеммам gh. Поэтому электрическая схема для создания управляющего тока может быть рассчитана на умеренные напряжечия, поскольку она не подвергается действию наводимых обратно напряжений какой-либо значительной величины.

Кроме того, параллельно входному конденсатору подключен меньший конденсатор с целью демпфирования возможных высокочастотных шумовых сигналов и предотвращения их проникновения в питающую сеть.

Первоначал.ьно будет пояснена работа схемы для случая, когда управляющих токов нет, Предположим, что через обмотку управления от клеммы g к клемме h протекает

1831774

50 постоянный ток. Этот ток вызовет некоторое намагничивание обоих трансформаторных сердечников, причем предполагается, что это намагничивание имеет ограниченное значение и, в частности, меньше максимального намагничивания, которое может быть вызвано выходным током обмотки е-f.

Схема генератора будет в основном генерировать как пояснялось ранее, причем транзисторы 1 и 2 будут поочередно пропускать ток. В течение временных интервалов, когда открыт транзистор 2, ток протекает по выходной обмотке от клеммы f к клемме е, вызывая намагничивание обоих трансформаторных сердечников. Можно видеть, что эти два намагничи вающих действия в трансформаторе 5 будут взаимно противоположны, тогда как в трансформаторе б возникнет насыщение. Следовательно, насыщение сердечника трансформатора б возникнет при меньшем выходном токе, «ем в случае отсутствия управляющего тока. Поэтому напряжения, наводимые в обмотках обратной связи понизятся, поскольку щрдечник 6 более не вносит евой вклад. Q лррой стороны, насыщение в сердечнике 6 не возникнет до .тех пор, пока не будет более высокого уровня выходного тока, по сравнению с уровнем тока, который вызвал бы насыщение в отсутствие управляющего тока. При таких уровнях тока в выходной цепи f-e, когда транзистор 2 насыщается, таким образом, не внося более своего вклада в наведение напряжения на обмотках обратной связи, . сердечник трансформатора 5 все еще может вносить вклад в наведение напряжения обратной связи, При насыщении одного трансформаторного сердечника напряжение сети освещения, наводимое s любой обмотке обратной связи 3, 4, полностью не исчезнет, а упадет а общем примерно до половины только что предшествующего значения.

Путем выбора приемлемого соотношения витков на трансформаторных сердечниках. возможно рассчитать схему, так, что напряжение, наводимое на обмотке обратной связи для открытого транзистора, в данном случае 2, при насыщении одного трансформаторного сердечника упадет ниже порогового значения, па существу, полностью выключая ток между клеммами О и

3 этого транзистора. хотя другой транзистор вСе еще наводит некоторое напряжение. Из-за включенных паследавател но с лампами индуктивностей выходной ток в момент отпирания транзистора сперва изменяетСя скачком, а затем с уменьшающейся скоростью. Поэтому в обмотках обратной связи во время интервала отпирания одного транзистора первоначально наводится сравнительно большое напряжение, а патам она постепенно уменьшается. Следовательно, легко выполнить конструкцию обмоток так, чтобы напряжение обратной связи при насыщении одного трансформаторного сердечника, которое вероятно возникнет в более поздней части этого интервала, падало ниже порогового значе10 ния для рассматриваемого транзистора. Так как теперь транзистор 2 заперт, схема работает так, чта выходной так начнет уменьшаться ат максимального значения, наводя тем самым магнитное поле в обоих транс15 фарматарных сердечниках, направленное противоположно предыдущему направлению, и заставляя вклады в намагничивание ат выходного тока и управляющего тока складываться в трансформаторе 5, тогда как в трансформаторе 6 они взаимно противоположны. Таким образом, в обмотках обратной связи наводятся напряжения, удерживающие транзистор 2 запертым и открывающие транзистор 1, Выходной так упадет да нуля и начнет увеличиваться в, противоположном направлении. Как только выходной ток в цепи между клеммами е и f начнет расти, ан через некоторое время достигнет такай величины, что трансфармаЗ0 торный сердечник 5 войдет в насыщение, за счет чего напряжение, наводимое на обмотках обратной связи. упадет до такого уровня, что транзистор 1 закроется. Однако это вызовет отпирание транзистора 2 и схема продолжит генерацию, на с более коротким периодом, нежели в случае отсутствия управляющего тока, Таким образом, достигается возможность управления частотой.

Теперь будет описан случай, когда от

40 схемы управления постоянный так подается в обратном направлении от клеммы g к клемме h. Он вызовет намагничивание обоих сердечников 5 и 6. соответственно. Вклады в намагничивание током ламп и током обмоток управления в сердечнике 5 будут складываться, а в сердечнике 6 противоположны друг другу. Когда так ламп возрастает, в некоторый момент возникнет насыщение сердечника 5, тогда как сердечник 6 в этот же момент еще не будет насы" щен. Однако насыщение сердечника 5 заставит напряжение. наводимое на обмотке обратной связи, упасть и транзистор 2 закроется. Запирание транзистора 2 заставит транзистор 7 открыться и так ламп начнет уменьшаться. После некоторого момента так ламп изменит напра ление и станет увеличиваться, поскольку вклады в намагничивание QT тока ламп и управляющего тока в трансформаторе 5 будут взакм1831774

2О

40 ляющего тока будет весьма простой, например, в виде трансформатора, подключенного к питающей сети.

Принципиальная схема по фиг. 3 показываст пример использования для газонаполненных ламп без подогрева электродов, таких как ртутные лампы, натриевые лампы и ксеноновые лампы. Схема будет работать с флюоресцентными приборами, хотя в данном случае электроды не подогреваются. Схема равноценна схеме г.о фиг. 2, хотя имеет ту разницу, что показана только одна лампа. и конденсатор 2 I подключен не к подогревателям лампы; а непос,редственно к ее электродам. Схема, эа исключением упомя50

55.но противоположны. э в трансформаторе 6 будут складываться. Поэтому при некото-. ром уровне тока ламп в сердечнике трансформатора 6 возникнет насыщение, за счет чего напряжение, наводимое на обмотке обратной связи 3, упадет так. что транзистор

1 закроется.

Таким образом, схема обладает тем свойством, что управляющий ток имеет одинэковое воздействие независимо от его направления, Когда управляющий ток равен нулю, частота выходного напряжения, подаваемого на лампы, минимальна, за счет чего в лампам подводится максимальная энергия, а.при подаче управляющего тока, независимо от его направления, частота .повышается, за счет чего мощность ламп уменьшается. При этом достигается ряд очень важных достоинств, а именно: энергия, подводимая к лампам, никогда не мажет превысить предопределенное значение, зависящее от схемы; схема рассчитывается так, что максимальное значение равно номинальной мощности ламп;

Тем самым обеспечивается полная безопасность ламп даже в случае нарушения работы или ошибок в схеме управления или же в соединениях.

Кроме того, управляющий ток не обязательно должен быть. сигналам постоянного тока, а может быть сигналом переменного тока, при условии, что его частота не превышает такого значения, которое создает помехи за счет взаимодействия между управляющим током и цепью питания, Поскольку цепь питания работает на частотах порядка 100 кГц, проблем взаимных помех практически не ожидается до тех пор, пока частоты управления не превышают, например. 20 кГц. Поэтому цепь управления может быть, например. подключена к выходу музыкальной системы, так что звуковой сигнал будет модулировать свет. управляющий ток может, например, иметь частоту питающей сети, за счет чего схема для создания управнутных отличий, работает точно так же, как и . схема по фиг. 2.

Фиг. 6 изображает пример возможного применения ус1рпйства по данному изобретению. В помещении с полом 23 и потолком

24 установлен ряд светильников 25, причем каждый оборудован устройством в соответствии с изобретением. К каждому светильнику подводится питающая сеть, которая может иметь воэможность включения и выключения, но не имеет возможности управления. Через светильники также проходит цепь управления, соединяющая все светильники последовательно, так что к ним подается один управляющий ток. В удобном для доступа месте установлен блок управления с рабочими кнопками включения и выключения света и устройством регулирования. на котором может быть нанесена шкала освещенностей. В помещении установлен также измеритель освещенности 26, От измерителя освещенности блок управления получает сигнал, указывающий на фактически имеющий уровень освещенности. Блок управления снабжен схемой управления, которая вырабатывает управляющий сигнал. зависящий от измеренного уровня освещенности, причем управляющий сигнал направляется к светильникам для управления их световой отдачей, Фиг. 7. показывает пример схемы управления, которая может входить в блок управления 27, Схема имеет входы для подачи напряжений питания 5 и 12 В постоянного тока и 220 В переменного тока, входные клеммы для измерителя освещенности 26, выходные клеммы для цепи управляющего тока и выходные клеммы для подачи питания к светильникам.

Измеритель освещенности 26 представляет в данном случае фоторезистар, у которого при увеличении освещенности сопротивление падает, На основе этого операционный усилитель 28 вырабатывает напряжение, которое характеризует измеренный уровень освещенности. Путем соответствующей регулировки элементов усилителя 28 определяется требуемый минимальный уровень освещенности, N2 (см. фиг. 8). Сигнал от усилителя 28 разделяется на две ветви. Первая направляет сигнал к операционному усилителю 29, служащему вместе с соответствующими элементами для цели ограничения гигнала, чтобы при уровнях освещенности выше установленного порога вырабатывалось напряжение, имеющее предопределенное максимальное значение, например, 2В, тсгда как напряжение ниже этого ограничивающего уровня

13

1831774

35 фиг. 8. Фиг. 8а показывает длительный про- 40

50 должно изменяться пропорционально освещенности. Ограничивающий уровень, определяемый элементами усилителя 29, определяет минимальный уровень освещенности. N1. Этот ограниченный сигнал подается к другому операционному усилителю 30, который совместно со своими окружающими элементами. среди которых есть транзистор. преобразует сигнал напряжения в сигнал тока для использования в цепи управления светильниками.

Сигнал от усилителя 28 направляется также по другой ветви, поступая на операционный усилитель 31. который работает как триггер Шмидта с гистереэисом, т.е. так, что при повышении входного сигнала выходной сигнал не установится до тех пор, пока входной сигнал не превысит предопределенный первый уровень, называемый уровнем выключения (уровень N4 на рис. 8), а при уменьшении входного сигнала выходной сигнал установится только после того; как входной сигнал упадет ниже предопределенного второго более низкого уровня.

Этот второй уровень обозначается уровнем включения (N3 на рис. 8), Выходной сигнал от элемента 31 подается к блоку задержки 32, который со своими окружающими элементами служит для вырабатывания пускового сигнала после задержки, обозначаемой задержкой выключения. при повышении уровня освещенности и вврабатывания пускового сигнала без задержки при понижении уровня освещенности. Этот выходной сигнал управляет реле. которое включает и соответственно выключает линию питания светильников.

Теперь будет пояснена работа системы освещения со схемой, изображенной на межуток времени (порядка 14 ч), а фиг. 8g и

8с иллюстрируют более короткие интервалы времени по 20 мин каждый.

Система искусственного освещения способна создать в помещении уровень освещенности N2, который равен требуемому и по рабочим причинам минимальному, уровню. например уровню освещенности

300 лк, Однако помещение снабжено в потолке 33 прозрачными участками или окнами, а возможно, и другими окнами и отверстиями и получает также наружное освещение, такое как дневной свет. На фиг. 8 иллюстрируется, как доля дневного света в общем освещении помещения может изменяться от нуля ранним утром, плавно увеличиваясь до максимума в полдень и уменьшиться до нуля к ночи. Также показано, как изменяется доля света от системы искусственного освещения, Первоначально

30 на полную мощность действует только искусственный свет, посредством которого поддерживается уровень N2. Как только начинает проходить дневной свет, искусственное освещение немедленно убывает в равной пропорции, поддерживая общий уровень освещенности постоянным. При повышении уровня освещенности в некоторый момент он достигает такого значения, когда схема, связанная с операционным уСилителем 19 ограничит управляющий сигнал, после чего искусственное освещение больше не будет убывать, а станет удерживать фиксированный минимальный уровень N1, например 100 лк. Помещение теперь получает фиксированную долю искусственного освещения, и, возможно, увеличивающуюся долю дневного света.

При увеличении дневного света в некоторый момент может быть достигнут уровень выключения N4, например 750 лк, и искусственный свет после истечения задержки выключения, определяемой блоком задержки, например 10 мин, выключится, Теперь помещение освещается исключительно дневным светом, который увеличивается и уменьшается.

Если дневной свет позже упадет еще больше ниже уровня включения КЗ, например 450 лк, немедленно включится искусственное освещение. работающее с низким уровнем N1. Только тогда, когда дневной свет вносит вклад менее чем значение N2 минус N 1, искусственное освещение будет регулироваться так, что станет поддерживаться требуемый минимальный уровень

N2, Когда вклад дневного света полностью исчерпается,искусственное освещение будет работать на полную мощность.

Как общеизвестно, дневной свет может быстро и нерегулярно изменяться вследствие различных погодных условий, таких как облака. Фиг. 8Ь и 8с иллюстрируют работу системы управления во время быстрых изменений.

Фи-; 8b иллюстрирует ситуацию. которая может преобладать в середине дня, когда дневной свет яркий и система искусственного освещения выключена, При снижении освещенности включается система искусственного освещения, которая мгновенно настраивается на уровень, при котором поддерживается минимальная требуемая освещенность, При увеличении внешней освещенности искусственное освещение регулируется до уровня N1, но выключится толька тогда, когда пройдет задержка выключения. определяемая блоком 32.

1831774

Таким образом, благодаря описанной системе внутреннее освещение всегда постоянно. отсутствует частое включение и выключение света. которое может сократить срок службы источников света и которое 5 психологически раздражает.

Данное техническое решение применимо и для управления мощностью любого потребителя энергии, например ртутным лампам, натриевым и др. Возможность уп- 10 равления сигналом постоянного или переменного тока небольшой величины делает изобретение приемлемым для управления или модуляции.

Формула изобретенйя

1. Система освещения, содержащая по меньшей мере один светильник и узел измерения освещенности, детектирующий свет от этого светильника, и подключенное к не- 20 му устройство питания переменным электрическим током потребителя мощности, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД за счет экономии электроэнергии путем автоматического регулирова- 25 ния уровня освещенности, устройство питания переменным электрическим током выполнено по пп. 2-5, а устройство управления выполнено обеспечивающим поддержание измеряемой устройством измерения 30 освещенности всегда больше или равной требуемому минимальному уровню, тогда как потребляемая электроэнергия поддерживается на минимуме устройством управления, оборудованным устройством для 35 включения питания светильника в том случае, когда уровень освещенности падает ниже заданного уровня включения, и оборудованным устройством для выключения питания светильника и устройствам за- 40 держки так, что вйключение происходит тогда, когда уровень освещенности в течение непрерывного интервала времени. определяемого устройством задержки, превзойдет заданный уровень выключения. 45

2. Устройство питания переменным электрическим током потребителя мощно- . сти, преимущественно газораэрядных ламп, таких как флюоресцентная трубка, вы50 полненное по схеме самовозбуждающегося инвертора, содержащее стойку управляемых активных элементов, управляющие входы которых соединены с обмотками обратной связи, расположенными на сердечнике выходного насыщающегося трансформатора. выходная обмотка которого через индуктивность подсоединена к цепи потребителя мощности. блок пуска, соединенный с управляющим входом одного из управляемых активных элементов, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономии электроэнергии. сердечник выходного насыщающегося трансформатора состоит иэ двух частей. каждая из которых снабжена соответствующей обмоткой управления, при этом обмотки управления, выполненные аналогично друг другу, соединенные встречно последовательно друг с другом, подключены к.выходу введенного устройства управления.

3. Устройство по п.2, отл ич а ю ще ес я тем, что выходная обмотка выходного насыщающегося трансформатора состоит из двух одинаковых частей, соединенных согласно последовательно.

4. Устройство по пп. 2 и 3, о т л и ч а ющ е е.с я тем. что соответствующие части выходной обмотки намотаны вокруг обеих частей сердечника в первом направлении, при этом первая обмотка обратной связи намотана вокруг обеих частей сердечника и вокруг каждой из них в том же первом направлении, вторая обмотка обратной связи намотана вокруг обеих частей сердечника и вокруг каждой из них в направлении, противоположном первому направлению, а обмотки управления намотаны так. что первая обмотка управления охватывает первую часть сердечника в первом направлении. а вторая обмотка управления охватывает вторую часть сердечника в направлении. противоположном первому направлению.

5, Устройство по пп. 2-4. о т л и ч à ющ е е с я тем,.что устройство управления содержит устройство измерения какого-либо физического параметра,,выполненное на основе сравнения величины. измеряемого параметра с опорной величиной.

1831774

1831774

1831774

183177((183 4774

3&93774 о о о ° () О о о о о о

Оо о о о о о

OO О, о

О о 8» о о о

O p

4

Р о

1853770

1831774

Составитель Т. Ершова

Редактор C. Кулакова ТехредМ.Моргеитал Корректор Л. Пилипенко

Заказ 2555 тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комика йо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рэушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", Г, Ужгород, ул.Гагарина, 101