DE2325853C2 - Notstromquelle für Beleuchtungssysteme - Google Patents

Notstromquelle für Beleuchtungssysteme

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DE2325853C2 DE2325853A DE2325853A DE2325853C2 DE 2325853 C2 DE2325853 C2 DE 2325853C2 DE 2325853 A DE2325853 A DE 2325853A DE 2325853 A DE2325853 A DE 2325853A DE 2325853 C2 DE2325853 C2 DE 2325853C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Notstromquelle für Beleuchtungssystcme gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Notstromquelle ist aus der DE-AS 16 65 643 bekannt. Dort soll die Batterie den Wechselrichter dann und nur dann speisen, wenn erstens das Netz ausfällt und zweitens an die Stromversorgung ein Verbraucher angeschlossen ist.
Wenn die Batterien zur Lieferung von Notstrom für die Beleuchtungssysteme herangezogen werden und an ihnen Strom entnommen wird, dann entladen sie sich selbstverständlich langsam. Wenn jedoch zuviel Strom entnommen wird und es zu einer Tiefentladung der Batterie kommt, kann dies zu einer Zellenumkehr im Innern der Batterie und zu einer Zerstörung der Batterie führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Notstromversorgung der eingangs genannten Gattung derart auszugestalten, daß eine zu starke Stromentnahme vermieden wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei einem Abfall der Batteriespannung auf einen vorgegebenen Wert die Stromentnahme unterbrochen wird und die Batterie sich somit erholen kann. Nach einer Erholung kann die Stromversorgung fortgesetzt werden. Dies führt zu einem zyklischen Beirieb der Notstromversorgung, durch den die Lebensdauer der Batterie wesentlich verlängert wird. Kin schlechter I5atteriezusiand wird dem Benutzer durch den intermittierenden Betrieb des Beleuchtungssystems rechtzeitig angezeigt.
Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Figur zeigt einen Schaltplan eines Bogenentladungs-Beleuchtungssystenis, welches eine Notstromversorgung gemäß der Erfindung enthält.
Die Figur zeigt eine normale Hauptquelle oder Versorgungsquelle 10 für 60 Hz (oder 50 Hz), welche verwendet wird, um dem Belichtungssystem oder Verbraucher 17 in an sich bekannter Weise Leistung zuzuführen.
Dm bei einem Ausfall der Quelle 10 einen fortgesetzten Betrieb des Beleuchtungssystems zu gewährleisten, wird eine alternative Leistungsquelle durch eine Rescrvebiif.ürie 18 geliefert. Die Batterie 18 liefert Leistung an den Verbraucher beim Ausfall der Quelle 10 über eine Wechselrichter-Oszillatorschaltung 19. welche den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom für den Verbraucher umformt.
Die Wechselrichterschaltung enthält zwei Transistoren 20 und 21 als aktive Elemente und ebenso Wicklungen 14, 16, 22, 23 und 24 eines Transformators 15.
Der positive Anschluß der Batterie 18 ist mit dem Emitter der Transistoren 20 und 21 verbunden. Der negative Anschluß der Batterie 18 ist mit dem Kollektor
des Transistors 20 über die Wicklung 22 und mit dem Kollektor des Transistors 21 Ober die Wicklung 23 verbunden. Ein Rückkopplungskreis zur Ansteuerung der Basis des Transistors 20 führt über die Wicklung 24 und das ÄC-Glied 25. In ähnlicher Weise ist ein Rückkopplungskreis für die Basis des Transistors 21 durch die Wicklung 14 und das «C-Glied 26 vorgegeben. Die Leistung wird dem Verbraucher 17 von der Primärwicklung 22 und 23 des Transformators 15 durch die Sekundärwicklung 16 zugeführt.
E", ist selbstverständlich im allgemeinen nicht erwünscht, daß die Wechselrichterschaltung 19 auch Verbraucherstrom liefert, wenn die normale Versorgungsquelle 10 verfügbar ist Hierzu ist eine Hemmschaltung 27 vorgesehen, welche die Wechselrichterschaltung unter diesen Normalbedingungen außer Betrieb hält.
Diese Hemmschaltung 27 enthält einen Transformator 12 mit einer Primärwicklung 11, durch welche diese Schaltung 27 Strom aus der normalen Versorgungsquelle 10 erhält Die Sekundärwicklung 28 des Transformators 20 koppelt diese normale Versorgungsquelle mit einem Brückengleichrichter 29, welcher über dem Kondensator 46 eine Gleichspannung erzeugt. Diese Gleichspannung wird verwendet, um der Basis der Transistoren 20 und 21 über Widerstände 30 und 31 und Dioden 32 und 33 eine solche Vorspannung zuzuführen, daß die Transistoren 20 und 21 gespeirt gehalten werden, während die normale Versorgungsquelle 10 Strom an den Verbraucher 17 liefert. Die Diode 32 und der Widerstand 30 bilden eine Reihenschaltung zur Vorspannung der Basis des Transistors 21. In ähnlicher Weise bilden die Diode 33 und der Widerstand 31 eine Reihenschaltung zur Zuführung der Vorspannung an die Basis des Transistors 20. Wenn jedoch die Versorgungsquelle 10 ausfällt, wird die am Brückengleichrichter erzeugte Gleichspannung nicht groß genug sein, um die Transistoren 20 und 21 gesperrt zu hallen, und der Wechselrichter arbeitet und liefert Strom von der Batterie 18 zum Verbraucher 17.
Wenn die normale Versorgungsquellc während einer längeren Zeitdauer nicht /ur Verfügung steht und Strom aus der Batterie entnommen wird, dann könnte die Batterie in einem solchen Ausmaß entladen werden, daß sie dauerhaft beschädigt werden kann. Wenn beispielsweise eine Tiefentladung der Batterie zugelassen wird, kann eine Zelleninversion stattfinden. Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Ausrastschaltung 34 vorgesehen, welche die Wechselrichterschaltung 19 außer Betrieb setzt und eine weitere Entladung der Batterie verhindert, wenn die Batteriespannung auf einen vorgegebenen Wert abgefallen ist. Dieser vorgegebene Wert oder Pegel wird so gewählt, daß er bei einer Spannung liegt, welche oberhalb des Spannungswertes lieg;, an dem eine Tiefentladung und eine dauerhafte Beschädigung der Batterie eintreten würde.
Die Ausrastschaltung 34 bewirkt eine Beendigung des Betriebs der als Beispiel gezeigten Wechselrichterschaltung 19 durch Kurzschließen einer Abstimmwicklung 35 des Transformalors 15, wenn die Batteriespannung auf den vorgegebenen Pegel abfällt.
Wenn die Wicklung 35 durch das Durchschalten eines steuerbaren Gleichrichters kurzgeschlossen wird, beispielsweise ist dies in der dargestellten Ausführungsform ein Thyristor 36, dann werden die Spannungen über allen Wicklungen des Transformators 15 absinken. Der Spannungsabfall der Wicklung, entweder der Wicklung 22 oder der Wicklung 23, weiche in Reihe mit dem zu diesem Zeitpunkt Strom führenden Transistor liegt, entweder mit dem Transistor 20 oder mit dem Transistor 21, neigt dazu, das Fließen eines größeren > Stroms zu gestatten. Gleichzeitig wird die Basisansteuerung an dem Strom führenden Transistor vermindert, da die Spannung der Wicklung, entweder 14 oder 24, vermindert wird. Als Ergebnis wird der Strom führende Transistor aus dem Sättigungsbereich herausgezwun-
Hi gen und dadurch der Betrieb des Wechselrichters unterbunden. Die Kurzschlußeinrichtung vermindert auch die im Wechselrichter gespeicherte Energie in einem hinreichenden Maße, um die Schwingung zu beenden.
ι j In der Ausrastschaltung 34 ist über die Abstimmwicklung 35 ein Kondensator 37 im Nebenschluß geschaltet. Der Thyristor 36 liegt in Reihe mit einer Diode 38, und diese Reihenschaltung ist der Wicklung 35 parallel geschaltet. Normalerweise ist der Thyristor 36 gesperrt (entsprechend dem geöffneten Zustand eines Schalters). Die Ansteuerung oder Triggering des Thyristors 36 macht diesen leitend, wodurch die Wicklung 35 kurzgeschlossen wird. Diese Ansteuerung wird ihrerseits gesteuert mit Hilfe einer Schaltung welche einen
;·, Transistor 39 und einen Kondensator 40 umfaßt. Der Kollektor des Transistors 39 ist mit der Steuerelektrode des Thyristors 36 über einen in einer Richtung leitenden Siliziumschalter 41 verbunden. Der Kollektor des Transistors 39 ist weiterhin mit dem Verbindungspunkt
iii der Anode des Thyristors 36 mit der Kathode der Diode 38 über einen Widerstand 42 verbunden. Der Emitter des Transistors 39 ist mit der Kathode des Thyristors 36 verbunden. Die Basis des Transistors 39 steht mit der Batterie 18 mit Hilfe eines Spannungsteilers in
is Verbindung, welcher durch die Widerstände 43 und 44 gebildet ist. Die Werte der Widerstände 43 und 44 sind so gewählt, daß sie den Spannungswert der Batterie vorgeben, an dem die Ausrastschaltung 34 wirksam wird zu einer Beendigung des Betriebs der Wechselrichter-
·. ι schaltung 19. Der Transistor 39 wird normalerweise in einem gesättigten Zustand betrieben und dadurch bewirkt er einen Kurzschluß und eine Verhinderung der Aufladung des Kondensators 40. Wenn jedoch die Spannung der Batterie 18 auf den vorgegebenen Wert
•ij absinkt, dann wird der Transistor 39 aus der Sättigung herausgebracht und gestattet dadurch das Aufladen des Kondensators 40. Das Aufladen des Kondensators 40 liefert die richtige Steuerspannung zum Durchschalten des Thyristors 36; hierdurch wird die Wicklung 35
in kurzgeschlossen und der Betrieb der Wechselrichterschaltung 19 beendet.
Das Kurzschließen der Wicklung 35 beseitigt die Belastung durch die Wechselrichterschaltung von der Batterie und gestattet eine Erholung der Batterie. Um
Γι den Betrieb der Wechselrichterschaltung neu zu starten, wenn sich die Batterie in einem solchen Ausmaß erholt hat, daß ihre Spannung auf einen vorgegebenen höheren Wert ansteigt, ist eine Spannungs-Durchbruchseinrichtung vorgesehen, welche in der gezeigten
■in Ausführungsform eine Zenerdiode 45 ist. Diese schließt den Stromkreis mit der Batterie 18 und der Wechselrichterschaltung 19. Wenn die Batteriespannung die Durchbruchsspannung beispielsweise der Zenerdiode 45 erreicht, wird durch die Zenerdiode 45 ein Stromkreis
Dr> zur Basis des Transistors 21 geschlossen, um den Betrieb der Wechselrirhterschaltung 19 erneut auszulösen.
Wenn die Batterie wieder auf einen vorgegebenen Spannungswert absinkt, welcher zur Auslösung der
Ausrastschaltung 34 ausreicht, dann wird der Wechselrichter wiederum bis zu dem Zeitpunkt abgeschaltet, an dem sich die Batterie erneut auf die Zener-Durchbruchsspannung erholt hat.
Dieses zyklische Verhalten bewirkt, daß die Lampen entsprechend dem Betrieb und dem Abschalten der Wechselrichterschaltung aufleuchten. Diese Erscheinung zeigt an, daß die Batterieleistung zu Ende geht.
Der Betrieb der Notstromquelle gemäß der Erfindung verläuft wie folgt. Unter normalen Betriebsbedingungen erhält das Beleuchtungssystem seine Leistung von der normalen Wechselstromquelle 10, die über einen Transformator 12 mit dem Vollweggleichrichter 29 verbunden ist, welcher eine Gleichspannung an Widerstände 30 und 31 abgibt, die ihrerseits die Transistoren 20 und 21 der Wechselrichterschaltung im Sperrzustand vorspannen.
Wenn kein Strom von der Quelle 10 verfügbar ist, wird sofort von der Batterie 18 Notstrom durch die Wechseirichterschaltung 19 zugeführt. Bei Ausfall der normalen Versorgungsquelle 10 steht an dem Vollweggleichrichter 29 keine ausgangsseitige Gleichspannung zur Vorspannung der Transistoren 20 und 21 im Sperrzustand zur Verfügung, wodurch diese Transistoren leitend werden und dabei eine Spannung an den Wicklungen 22 und 23 erzeugen. Diese Wicklungen koppeln den Ausgang der Wechselrichterschaltung 19 über die Sekundärwicklung 16 mit dem Verbraucher oder der Belastung 17. Der Strom wird jetzt über die Wechselrichterschaltung von der Batterie 18 zugeführt.
Da die Batterie jetzt belastet wird, beginnt sie sich zu entladen. Wenn diese Entladung über eine zu lange Zeitdauer erfolgt, könnte die Batterie Tiefenladungen unterworfen werden, welche eine Zellenumkehr und eine Zerstörung der Batterie verursachen könnten. Wenn jedoch die Spannung der Batterie 18 unter einen vorbestimmten Wert abfällt, der durch die Spannungsteilerwiderstände 43, 44 bestimmt ist, kommt der Transistor 39 außer Sättigung und der Kondensator 40 kann sich aufladen. Mit der Aufladung des Kondensators 40 wird an die
', Steuerelektrode des Thyristors 36 Spannung angelegt. Wenn diese Spannung ausreichend groß ist zur Zündung des Thyristors 36, dann wird die Wicklung 35 des Transformators 15 kurzgeschlossen. Dies verursacht eine Beendigung des Betriebs der Wechselrichterschal-
Hi tung 19. Wenn der Wechselrichter 19 nicht mehr arbeitet, stellt er auch keine Belastung der Batterie 18 dar.
Wenn somit die Belastung der Batterie 18 abgeschaltet ist, kann sich die Batterie wieder erholen. Wenn die Batterie 18 sich auf einen Spannungswert erholt hat, der ausreichend ist zur Oberwindung der Durchbruchsspannung der Zenerdiode 45, dann beginnt die Wechseirichterschaltung erneut zu arbeiten und schaltet die Lampen wieder ein. Wenn die Batterie sich wieder auf den vorgegebenen Wert entladen hat, arbeitet die Ausrastschaltung 34 wie vorstehend beschrieben zur Sperrung oder Abschaltung der Wechselrichterschaltung. Die Batterie ist dann erneut in einem Zustand, in dem sie nicht durch den Wechselrichter belastet ist und sich wieder erholen kann.
Aus dem vorstehend erläuterten Betrieb mit Starten und Stoppen der Wechselrichterschaltung ergibt sich ein zyklischer Betrieb mit Einschaltung und Ausschaltung der Lampe, so daß diese intermittierend arbeiten.
Hierdurch erhält der Benutzer eine Anzeige, daß die Entladung der Batterie sich einem unzulässigen Wert nähert Weiterhin kann durch diese Anordnung die Notstromquelle Ober eine längere Gesamtzeit betrieben werden, als dies auf andere Weise möglich wäre, und außerdem wird eine Beschädigung der Batterie vermieden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche;
1. Notstromquelle für Beleuchlungssysieme zur Lieferung von Notstrom aus einer Batterie nach dem Ausfall einer normalen Leistungsquelle, mit einer Oszillatorschaltung einschließlich mehrerer Transfonnatorwicklungen und mit einer Einrichtung zjr Steuerung der Oszillatorschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für die Oszillatorschaltung (19) eine Einrichtung (36) zum Kurzschließen einer (35) der Transformatorwicklungen (14, 16, 22, 23, 24) aufweist zur Hemmung der Schwingung der Oszillatorschaltung, wenn die Batteriespannung auf einen vorgegebenen Wert abfällt.
2. Notstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (36) zum Kurzschließen einer (35) der Transformaiorwicklungen eine Schalteinrichtung aufweist, die dieser Transformatorwicklung (35) parallel geschaltet ist und im gesperrten Zustand ist, wenn die Batteriespannung oberhalb eines vorgegebenen Wertes liegt, und im leitenden Zustand ist, wenn die Batteriespannung auf oder unter dem dieses vorgegebenen Wertes liegt.
3. Notstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (27) zur Hemmung oder Sperrung der Oszillatorschaltung (19) vor dem Ausfall der normalen Leistungsquelle (10) vorgesehen ist.
4. Notstromquelle nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzschließbare Transformatorwicklung (35) eine Abstimmwicklung ist, die die Oszillatorschaltung (19) steuert.
5. Notstromquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Kurzschließen der Abstimmwicklung (35) eine zweite Schalteinrichtung (39) aufweist, die leitend ist, wenn die Batteriespannting oberhalb des vorgegebenen Wertes ist. und gespeirt ist, wenn die Batteriespan niing auf den vorgegebenen Wert abfällt, und daß die zweite Schalteinrichtung (39) mit der der Abstimmwicklung (35) parallel geschalteten ersten Schalteinrichtung (36) verbunden ist, wobei diese erste Schalteinrichtung (36) gesperrt ist, wenn die zweite Schalteinrichtung (39) leitend ist, und wenn die zweite Schalteinrichtung (39) gesperrt ist.
6. Notstromquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schalteinrichtung (39) ein Transistor und die erste Schalteinrichtung (36) ein Thyristor ist.
7. Notstromquelle nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (45). die Schwingung der Oszillatorschaltung (19) erneut auslöst, wenn die Batterie (18) sich in einem solchen Grade erholt hat, daß ihre Spannung einen zweiten Wert erreicht hat, welcher größer ist als der vorgegebene Spannungswert.
8. Nolstromquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (45) eine Spannungsdurchbruchseinrichtungist.
9. Notstromquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsdurehbruchseinrichtung (45) eine Zenerdiode ist.
10. Notstromquelle nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Oszillatorschaltung (19) zwei Transistoren (20, 21) aufweist, an deren Basis bei Betrieb der normalen
Versorgungsquelle (10) über eine Reihenschaltung eines Widerstandes (30,31) und einer Diode (32,33) eine Vorspannung angelegt ist, die die Transistoren (20,21) im Sperrzustand hält
DE2325853A 1972-05-24 1973-05-22 Notstromquelle für Beleuchtungssysteme Expired DE2325853C2 (de)

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