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Einrichtung zur Steuerung oder Regelung der Lampenspannung in Bühnenbeleuchtungsanlagen
mit Stelltransformatoren Bei der Bühnenbeleuchtung haben sich seit langer Zeit Stelltransformatoren,
sogenannte Bordoni-Regler, gut bewährt. Diese werden im allgemeinen durch Seilzüge
von einem Stellwerk aus verstellt. In neuerer Zeit ist man auch dazu übergegangen,
die Seilzüge abzuschaffen und eine Fernverstellung der Transformatorschieber durch
elektrische Stellmotoren vorzunehmen.
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Die Erfindung betrifft eine Verbesserung bei derartigen Einrichtungen,
die geeignet ist, die Stelltransformatoren mit den in neuerer Zeit aufgekommenen
elektronischen und magnetischen Regeleinrichtungen wieder besonders in Wettbewerb
treten zu lassen. Als Hauptnachteil der mit Stelltransformatoren und elektrischen
Stellmotoren arbeitenden Bühnenbeleuchtungseinrichtungen hat man es bisher empfunden,
daß zusätzlich zu diesen Geräten, die sich an sich durchaus bewährt haben, noch
Steuer- und Regeleinrichtungen benötigt werden, die verhältnismäßig viel Raum einnahmen
und außerdem oft zu Störungen Anlaß gaben.
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Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch behoben, daß die
Motoren zur Steuerung in den Ausgang von Halbleiterverstärkern geschaltet sind,
die mit impulszeitmodulierter Steuerspannung nach dem Amplivibratorprinzip arbeiten,
und daß Mittel vorgesehen sind; die bei- fehlender Gegenspannung während des Motoranlaufs
eine Überlastung und schädliche Erwärmung der Halbleiter verhindern.
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Halbleiterverstärker sind an sich wesentlich kleinere Bauelemente
als Röhren, Entladungsgefäße oder Magnetverstärker, wie sie bisher zur Steuerung
von Motoren gebräuchlich waren. Ferner sind Halbleiterverstärker ohne weiteres sofort
betriebsbereit, weil sie keine Heizung und damit keine Anheizzeit benötigen. Sie
unterliegen auch keiner Abnutzung und brauchen daher nicht erneuert zu werden. Alle
diese Punkte sind für die Bühnenbeleuchtungstechnik sehr wichtig, da die Zuverlässigkeit
der verwendeten Einrichtungen eine große Rolle spielt und zumal auch der auf einer
Bühne zur Verfügung stehende Raum sehr begrenzt ist.
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Unter Halbleiterverstärkern versteht man im allgemeinen Einrichtungen,
die mit Transistoren als Verstärkerelemente arbeiten. Darüber hinaus können für
die Zwecke der Erfindung auch andere Halbleiterverstärkerlemente ver-,vendet werden,
beispielsweise Widerstände mit magnetischer Sperrschicht, wie sie in dem Aufsatz
von Welker »Magnetische Sperrschichten in Germanium« in der Zeitschrift für Naturforschung,
Bd.8a (1R53), Seiten 681 bis 686, beschrieben sind.
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Das an anderer Stelle vorgeschlagene Ampliv ibratorprinzip ermöglicht
es, einen Halbleiterverstärker mit nahezu 100% Wirkungsgrad zu betreiben und damit
die bei Stellmotoren erforderlichen Leistungen zu 'beherrschen. Der Grundgedanke
dieses Prinzips besteht darin, einen Halbleiterverstärker im wesentlichen nur im
geöffneten oder im gesperrten Zustand zu betreiben, wo die Eigenverluste des Halbleiters
verhältnismäßig sehr gering sind. Der Übergangsbereich, in dem verhältnismäßig große
Verlustleistungen auftreten können, wird dagegen sehr schnell durchstenert. Dabei
werden dem Halbleiterverstärker impulszeitmodulierte Signale mit veränderbarem Tastverhältnis
zugeführt. Das Tastverhältnis stellt ein Maß für die Dauer des Impulses zur Dauer
der Impulspause dar. Je nachdem, ob der Impuls kurz oder lang ist, ergibt sich ein
anderer Ausgangsmittelwert für den Transistor.
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Für den Erfindungsgegenstand ist jedoch noch ein weiterer Gesichtspunkt
von Bedeutung. Bekanntlich liegt bei Motoren, wenn sie eingeschaltet werden, im
ersten Augenblick ein verhältnismäßig niedriger Verbraucherwiderstand vor. Dies
hängt damit zusammen, daß die Gegen-EMK zunächst nicht vorhanden ist und sich erst
ausbilden muß, so daß Gefahr einer überlastung der Halbleiterverstärker besteht.
Werden jedoch besondere Mittel vorgesehen, die eine solche Überlastung der Halbleiterverstärker
während des Anlaßvorganges der Motoren vermeiden, so kann sich das anfängliche Fehlen
der Gegen-EMK nicht schädlich auswirken. Dadurch werden die Halbleiterverstärker
und die benötigten Steuerenergien noch kleiner, was gerade für die Bühnenbeleuchtungstechnik
- dort sind im allgemeinen mehrere Hundert Beleuchtungsstromkreise einzustellen
- raummäßig und leistungsmäßig
sehr wichtig ist. Diei-n-FragekommendenMittel.
können verschiedener Art sein. Es ist beispielsweise möglich, den Ausgangsstrom
des Halbleiterverstärkers zu begrenzen, z. B. durch eine Sättigungsdrosselspule.
Es ist auch möglich, auf . die -die Speisespannung des Halbleiterverstärkers liefefnden
Mittel einzuwirken. Ferner können bei Anwendung einer von Wechselstrom gespeisten
Vollweggleichrichterschaltung zur Speisung des Motorströinkteises und unter Anwendung
des oben beschriebenen Amplivibratorprinzips für die Speisung des mit dem -Motgr
in Reihe liegenden Halbleiterverstärkers Steuerimpulse verwendet werden, die die
gleiche oder die doppelte Frequenz wie die Speisewechselspannung der Vol lweggleichrichterschaltung,
haben. Hierbei wird die zeitliche Lage der Steuerimpulse so gewählt, daß sie symmetrisch
zu der Einsattelung der Halbwellen der gleichgerichteten Wechselspannung liegen.
Durch all diese Maßnahmen wird erreicht, daß trotz des anfänglich geringen Motorwiderstands
der Arbeitspunkt des Halbleiterverstärkers auf oder unterhalb der Grenzleistungshyperbel
desselben liegt, was bekanntlich die Bedingung dafür ist, daß die zulässige Erwärmung
des Halbleiterverstärkers nicht überschritten wird. Es ist außerdem möglich, Mittel
vorzusehen, durch die die Grenzleistungshyperbel während der Anlaufzeit des Motors
vorübergehend im Sinne einer größeren Grenzleistung verschoben wird. Hier ist vor
allem an Wärmeableitungs- und Kühlmaßnahmen gedacht.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist im folgenden auf die Zeichnung
Bezug genommen, die ein schematisches Ausführungsbeispiel zeigt. Mit 1 ist eine
Glühlampe bezeichnet, die über den verstellbaren Abgriff 2 eines Stelltransformators
3 an ein Wechselstromnetz mit den Klemmen R, S angeschlossen ist. Der Stelltransformator
3 kann ein sogenannter Bordoni-Regler sein. Sein Abgriff 2 ist mit dem Anker 4 eines
Gleichstrommotors gekuppelt. Die Erregerwicklung und die Erregerstromquellen sind
nicht mit dargestellt. Zur Steuerung des- Motors ist dessen Anker 4 über Halbleiterverstärker
5 an Gleichspannungsquellen 6 angeschlossen, die als Gleichrichtersätze mit Speisung
aus einem Netztransformator 13 dargestellt sind. Die Halbleiterverstärker 5 können
beispielsweise Flächentransistoren auf Germanium- oder Siliciumbasis sein. Es ist
aber auch möglich, andere Halbleiterverstärker zu verwenden, beispielsweise die
oben genannten Halbleiterverstärker mit magnetischer Sperrschicht. Eine mit US bezeichnete
Spannung stammt aus einer Batterie 12, von der sie über ein Potentiometer 11 entnommen
ist. Die Spannung Uj ist der Brennspannung der Lampe 1 proportional und beispielsweise
unmittelbar an den Lampenanschlüssen abgenommen. Zu ihrer Gleichrichtung dient eine
Ventilanordnung 9 aus Trockengleichrichtern. Die Steuerung des Halbleiterverstärkers
5 durch die Differenzspannung aus Ui minus Us bedingt es, daß an der Lampe l jeweils
die gleiche Spannung vorliegt wie am Ausgang des Potentiometers 11. Die Schaltung
stellt eine Regelkreisschaltung dar, in der der Motor 4 über die Halbleiterverstärker
5 jeweils so lange den Abgriff 2 des Transformators 3 verschiebt, bis die Brennspannung
der Lampe l der durch das Potentiometer 8 vorgegebenen Sollspannung entspricht.
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Die Steuerung der Halbleiterverstärker 5 erfolgt nach dem Amplivibratorprinzip.
Mit 10 ist eine an anderer Stelle beschriebene Einrichtung bezeichnet, die eine
impulszeitmodulierte Rechteckspannung mit veränderbarem Tastverhältnis erzeugt.
Hierzu kann die Einrichtung 10 einen astabilen Kippgenerator enthalten, der- dreieckförmige
Spannungsimpulse abgibt. Diese Spannungsimpulse sind der Differenz der Spannungen.
US und Uj entgegengeschaltet. Überbelastungen der Halbleiterverstärker können durch
die bereits erwähnte Einstellung der zeitlichen Lage der Impulse vermieden werden.
Man kann auch in den Primärkreis des Transformators 13 ein Strombegrenzungsglied
legen.
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Für die Zwecke der Erfindung können außer Gleichstrommotoren auch
Induktionsmotoren als Stellmotoren verwendet werden. In diesem Fall wird man die
Stellmotoren beispielsweise durch Frequenzänderung der ihnen zugeführten Wechselspannungen
mit Hilfe von Halbleiterverstärkern beeinflussen, wie dies an anderer Stelle bereits
vorgeschlagen wurde. Eine andere Möglichkeit liegt darin, Induktionsmotoren an sich
beliebiger Phasenzahl zu verwenden und durch die Halbleiterverstärker als Schalter
die Phasen entweder ein- und auszuschalten oder in der Reihenfolge zu vertauschen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine in baulicher Hinsicht
besonders vorteilhafte Anordnung der neuen Bühnenbeleuchtungseinrichtung dadurch
geschaffen, daß - die Halbleiterverstärker mit in der Beleuchtungswarte, in der
sich auch die Einstellpotentiometer für die Lampenstromkreise befinden, untergebracht
werden. Außerdem können die Stellmotoren mit den Schiebetransformatoren baulich
vereinigt werden. Dadurch wird eine Bühnenbeleuchtungseinrichtung geschaffen, die
äußerlich neben den Lampen und den elektrischen Zuleitungskabeln nur durch die Beleuchtungswarte
I und die als Einheit II ausgeführten Schiebetransformatoren und Stellmotoren in
Erscheinung tritt (vgl.dieFigur). Irgendwelcher weiterer Raum, wie er bei Bühnenbeleuchtungseinrichtungen
mit Magnetverstärkern oder Entladungsgefäßen .im allgemeinen .erforderlich ist,
wird dadurch nicht benötigt.