Электрическое установочное устройство скрытой проводки для регулирования яркости осветительной установки

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в осветительной установке. Техническим результатом является повышение качества регулирования яркости и снижение мощности потерь. Электрическое установочное устройство (1) скрытой проводки содержит систему управления для регулировки желательной яркости осветительной установки (18), приборную вставку (13) скрытой проводки, имеющую несущее кольцо (14), насаживаемый на нее орган (16) управления, защитную рамку (17). Приборная вставка (13) скрытой проводки содержит блок (2) соединительных клемм для подключения фазного провода (L) сети переменного напряжения и нагрузочного провода (L'), подводимого к осветительной установке (18). Осветительная установка (18) с другой стороны соединена с нулевым проводом (N) сети переменного напряжения. Орган (9) управления имеет элемент (9) регулировки для задания желательной яркости. Система управления выполнена в виде высокочастотного генератора широтно-импульсной модуляции, который через LC-фильтр (3) подключен к блоку (2) соединительных клемм и управляется микроконтроллером (8). Элемент (9) регулировки нагружает микроконтроллер (8), устанавливая отношение импульс/пауза высокочастотного тактирования сетевого переменного напряжения. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к электрическому установочному устройству скрытой проводки с системой управления для регулировки желательной яркости осветительной установки, с приборной вставкой скрытой проводки, содержащей несущее кольцо, с насаживаемым на нее органом управления, а также с защитной рамкой, причем приборная вставка скрытой проводки содержит блок соединительных клемм для подключения фазных проводов сети переменного напряжения, а также нагрузочного провода, подведенного к осветительной установке, и осветительная установка, с другой стороны, соединена с нулевым проводом сети переменного напряжения, и причем орган управления имеет элемент регулировки для задания желательной яркости.

Электрические установочные устройства скрытой проводки для регулирования яркости осветительной установки или соответственно регуляторы света или системы управления широко известны, при этом можно сослаться, например, на Busch-Jaeger Katalog 2009, BJE 0001-0-1117/09.08/0502-M, dpi 404103, стр. 288-292. Традиционно управление яркостью осветительной установки осуществляется по принципу системы импульсно-фазового управления, как, например, известно из ЕР 0 618 667 В1. При этом недостатком является несинусоидальное потребление тока из сети переменного напряжения, в результате чего возникают, например, проблемы, заключающиеся в нежелательных высших гармониках тока. Кроме того, качество регулирования яркости зависит от сетевой частоты (колебаний сетевой частоты) и от накладываемых сетевой частотой тональных частот (сигналы централизованного управления). Кроме того, в силовой части электрического установочного устройства скрытой проводки возникают относительно высокие мощности потерь.

В основе изобретения лежит задача предложить оптимизированное электрическое установочное устройство скрытой проводки для регулирования яркости осветительной установки.

Эта задача в соответствии с изобретением решается посредством электрического установочного устройства скрытой проводки, содержащего систему управления для регулировки желательной яркости осветительной установки, приборную вставку скрытой проводки, имеющую несущее кольцо, вставляемый на нее орган управления, а также защитную рамку, причем приборная вставка скрытой проводки содержит блок соединительных клемм для подключения фазного провода сети переменного напряжения, а также нагрузочного провода, подводимого к осветительной установке, при этом осветительная установка, с другой стороны, соединена с нулевым проводом сети переменного напряжения, причем орган управления имеет элемент регулировки для задания желательной яркости, и причем система управления выполнена в форме высокочастотного генератора широтно-импульсной модуляции (HF-PWM), который через LC-фильтр подключен к блоку соединительных клемм и управляется с помощью микроконтроллера, причем элемент регулировки нагружает микроконтроллер и тем самым устанавливает отношение импульс/пауза высокочастотного тактирования сетевого переменного напряжения.

Согласно одному варианту выполнения изобретения высокочастотный генератор широтно-импульсной модуляции может быть выполнен либо в форме двух встречно-последовательно включенных силовых полупроводников, в частности силовых транзисторов с встречно-параллельными диодами или альтернативно этому в форме выпрямительного моста с силовым транзистором, подключенным на выходе постоянного тока.

Достигаемые с помощью изобретения преимущества заключаются, в частности, в том, что предложенное электрическое установочное устройство скрытой проводки универсально подходит для регулирования яркости осветительной установки для омических (резистивных), емкостных и индуктивных осветительных установок. Посредством HF-PWM генератора (высокочастотного генератора широтно-импульсной модуляции) установочного устройства скрытой проводки может устанавливаться синусоидальное выходное напряжение с переменной амплитудой. Возможна регулировка без мерцания резистивных, емкостных и индуктивных осветительных установок. Не требуется синхронизация с сетевым переменным напряжением. Кроме того, возможен универсальный режим эксплуатации как в сети переменного напряжения на 50 Гц, так и в сети переменного напряжения на 60 Гц. Предложенное электрическое установочное устройство скрытой проводки с системой управления для регулировки желательной яркости осветительной установки является нечувствительным к сигналам централизованного управления и колебаниям сетевой частоты.

Целесообразные варианты осуществления изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.

Ниже изобретение поясняется на примерах выполнения, представленных на чертежах, на которых показано:

Фиг.1 - схема соединения электрического установочного устройства скрытой проводки с системой управления для регулировки желательной яркости осветительной установки.

Фиг.2 - принципиальная схема подсоединения электрического установочного устройства скрытой проводки к сети переменного напряжения и к осветительной установке.

Фиг.3-5 - представляющие интерес временные характеристики напряжения и тока при различном управлении высокочастотным генератором широтно-импульсной модуляции.

На Фиг.1 показана схема соединения электрического установочного устройства скрытой проводки с системой управления для регулировки желательной яркости осветительной установки. Показано электрическое установочное устройство 1 скрытой проводки для управления яркостью осветительной установки (прибор управления, регулятор света), которое содержит высокочастотный генератор широтно-импульсной модуляции или HF-PWM-генератор, причем электрическое установочное устройство 1 скрытой проводки содержит, в том числе, следующие конструктивные компоненты:

- блок 2 соединительных клемм для подключения фазного провода L сети переменного тока, а также для подключения нагрузочного провода L' (подготовленная фаза),

- LC-фильтр 3, подключенный к блоку 2 соединительных клемм,

- связанные катушки индуктивности 4, подключенные к LC-фильтру 3,

- элемент 5 защиты от перенапряжения между клеммами связанных катушек индуктивности 4,

- два встречно-последовательно включенных силовых полупроводника 6, 7, подключенных к клеммам связанных катушек индуктивности 4, в частности, силовые транзисторы (силовые МОП-транзисторы) с встречно-параллельными диодами,

- микроконтроллер 8, который посредством соединяющих резисторов 10, 11 соединен с управляющими выводами силовых полупроводников 6, 7,

- элемент 9 регулировки, который нагружает микроконтроллер 8 и тем самым задает желательную модуляцию высокочастотного генератора широтно-импульсной модуляции.

Осветительная установка 18, предпочтительно со светоизлучающими диодами (LED), с одной стороны, соединена с нулевым проводом N сети переменного напряжения, а с другой стороны - с нагрузочным проводом L'.

В качестве альтернативы обоим встречно-последовательно включенным силовым полупроводникам может быть также применен выпрямительный мост с подключенным к выходу постоянного тока силовым полупроводником или силовым транзистором (силовым МОП-транзистором).

На Фиг.2 показана принципиальная схема подсоединения электрического установочного устройства скрытой проводки к сети переменного напряжения и к осветительной установке. Электрическое установочное устройство 1 скрытой проводки состоит из приборной вставки 13 скрытой проводки, из насаживаемого на эту приборную вставку 13 скрытой проводки органа 16 управления с элементом 9 регулировки и из защитной рамки 17. Приборная вставка 13 скрытой проводки имеет несущее кольцо 14, а также пружинную распорку 15 для монтажа стандартной приборной розетки скрытой проводки (диаметром 60 мм).

Приборная вставка 13 скрытой проводки установочного устройства 1 скрытой проводки включает в себя упомянутые выше компоненты: блок 2 соединительных клемм + LC-фильтр 3 + связанные катушки индуктивности 4 + элемент 5 защиты от перенапряжения + силовые полупроводники 6, 7 (альтернативно выпрямительный мост + силовой полупроводник) + микроконтроллер 8 + соединяющие резисторы 10, 11. Сеть 19 переменного напряжения (сеть в 230 В) соединена через свой фазный провод L с блоком 2 соединительных клемм приборной вставки 13 скрытой проводки и через свой нулевой провод N - с осветительной установкой 18.

Соответственно другие клеммы блока 2 соединительных клемм и осветительной установки 18 соединены между собой через нагрузочный провод L'. Нагрузочный ток, протекающий через нагрузочный провод L', обозначен как i_L', сетевое переменное напряжение между фазным проводом L и нулевым проводом N - как U_L, а выходное переменное напряжение между нагрузочным проводом L' и нулевым проводом N - как U_L'.

Установочное устройство 1 скрытой проводки может предпочтительным образом комбинироваться с любыми компонентами обычного набора установочных устройств для розеток/выключателей/контактных датчиков, также используется защитная рамка 17 данного обычного набора установочных устройств. Под обычными наборами установочных устройств при этом понимаются наборы, которые предлагаются многочисленными изготовителями установочных устройств и включают в себя различные вставки выключателей с качающимся рычажком, вставки клавишных переключателей с качающимся рычажком, вставки розеток, балансиры и 1-позиционные, 2-позиционные, 3-позиционные, 4-позиционные защитные рамки определенного дизайна и определенных цветов.

Кроме того, может быть реализована упрощенная форма выполнения установочного устройства 1 скрытой проводки, согласно которой приборная вставка 13 скрытой проводки, орган 16 управления и защитная рамка 17 образуют единый блок.

На Фиг. 3-5 показаны представляющие интерес временные характеристики напряжения и тока при различном управлении высокочастотным генератором широтно-импульсной модуляции. Также представлены временные характеристики сетевого переменного напряжения U_L, выходного переменного напряжения U_L' и нагрузочного тока i_L', причем t представляет собой временную ось.

В частности показано:

- Фиг.3 - временные характеристики напряжения и тока при 90%-ном управлении высокочастотным генератором широтно-импульсной модуляции, т.е. желательная (установленная) яркость осветительной установки 18 составляет 90%.

- Фиг.4 - временные характеристики напряжения и тока при 50%-ном управлении высокочастотного генератора широтно-импульсной модуляции, т.е. желательная (установленная) яркость осветительной установки 18 составляет 50%.

- Фиг.5 - временные характеристики напряжения и тока при 20%-ном управлении высокочастотного генератора широтно-импульсной модуляции, т.е. желательная (установленная) яркость осветительной установки 18 составляет 20%.

Как следует из Фиг. 3-5, благодаря установочному устройству 1 скрытой проводки обеспечивается осуществление регулятора света или соответственно прибора регулировки яркости с регулируемым по амплитуде синусоидальным выходным напряжением - см. переменное напряжение U_L' - при синусоидальном потреблении тока из сети 19 переменного напряжения - см. нагрузочный ток i_L'. Таким образом, высокочастотный генератор широтно-импульсной модуляции установочного устройства 1 скрытой проводки последовательно соединен с регулируемой осветительной установкой 18. Его силовые полупроводники 6, 7 предпочтительно работают в высокочастотном диапазоне 20…100 кГц в диапазоне регулирования (ширина импульса) 10…90%. Высокочастотный генератор широтно-импульсной модуляции, тактирующий сетевое переменное напряжение, снижает амплитуду напряжения на осветительной установке по отношению к сетевому переменному напряжению, не изменяя при этом синусоидальной формы напряжения. Посредством отношения импульс/пауза высокочастотного тактирования осуществляется управление амплитудой выходного переменного напряжения. Силовые полупроводники 6, 7 высокочастотного генератора широтно-импульсной модуляции отделены от сетевой стороны посредством LC-фильтра 3, так что на установочном устройстве 1 скрытой проводки или соответственно на осветительной установке 18 возникает низкочастотное деление напряжения, коэффициент деления которого зависит от отношения импульс/пауза высокочастотного тактирования. Этот принцип управления не зависит от типа подключенной осветительной установки 18 и предпочтительным образом универсально применим для индуктивных, емкостных и резистивных осветительных установок.

Перечень ссылочных позиций

1 - электрическое установочное устройство скрытой проводки с высокочастотным генератором широтно-импульсной модуляции в качестве системы управления для регулировки желательной яркости осветительной установки (прибор управления, регулятор света),

2 - блок соединительных клемм,

3 - LC-фильтр,

4 - связанные катушки индуктивности,

5 - элемент защиты от перенапряжений,

6 - силовой полупроводник (силовой транзистор),

7 - силовой полупроводник (силовой транзистор),

8 - микроконтроллер,

9 - элемент регулирования,

10 - соединяющий резистор,

11 - соединяющий резистор,

13 - приборная вставка скрытой проводки,

14 - несущее кольцо,

15 - пружинная распорка,

16 - орган управления с элементом регулировки,

17 - защитная рамка,

18 - осветительная установка (LED),

19 - сеть переменного напряжения,

i_L' - нагрузочный ток,

L - фазный провод сети переменного напряжения,

L' - нагрузочный провод, подготовленная фаза,

N - нулевой провод сети переменного напряжения,

t - время,

U_L - переменное напряжение сети между фазным проводом L и нулевым проводом N,

U_L - выходное переменное напряжение между нагрузочным проводом L' и нулевым проводом N.

1. Электрическое установочное устройство (1) скрытой проводки, содержащее систему управления для регулировки желательной яркости осветительной установки (18), приборную вставку (13) скрытой проводки, имеющую несущее кольцо (14), вставляемый на нее орган (16) управления, а также защитную рамку (17), причем приборная вставка (13) скрытой проводки содержит блок (2) соединительных клемм для подключения фазного провода (L) сети (19) переменного напряжения, а также нагрузочного провода (L'), подведенного к осветительной установке (18), и осветительная установка (18), с другой стороны, соединена с нулевым проводом (N) сети (19) переменного напряжения, причем орган (9) управления имеет элемент (9) регулировки для задания желательной яркости, отличающееся тем, что система управления выполнена в форме высокочастотного генератора широтно-импульсной модуляции, который через LC-фильтр (3) подключен к блоку (2) соединительных клемм и управляется с помощью микроконтроллера (8), причем элемент (9) регулировки нагружает микроконтроллер (8) и тем самым устанавливает отношение импульс/пауза высокочастотного тактирования сетевого переменного напряжения.

2. Установочное устройство (1) скрытой проводки по п.1, отличающееся тем, что высокочастотный генератор широтно-импульсной модуляции выполнен в форме двух встречно-последовательно включенных силовых полупроводников (6, 7), в частности, силовых транзисторов с встречно-параллельными диодами.

3. Установочное устройство (1) скрытой проводки по п.1, отличающееся тем, что высокочастотный генератор широтно-импульсной модуляции выполнен в форме выпрямительного моста с силовым транзистором, подключенным на выходе постоянного тока.

4. Установочное устройство (1) скрытой проводки по п.1, отличающееся тем, что высокочастотный генератор широтно-импульсной модуляции подключен через связанные катушки индуктивности (4).

5. Установочное устройство (1) скрытой проводки по п.1, отличающееся тем, что высокочастотный генератор широтно-импульсной модуляции соединен с элементом (5) защиты от перенапряжения.