AT218628B - Impulsgerät für Entladungslampen - Google Patents

Description

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    Impuls gerät   für Entladungslampen 
Die Erfindung bezieht sich auf den Betrieb von Entladungslampen mit wenigstens teilweise positiver
Stromspannungscharakteristik, Die Verlegung des Arbeitspunktes in einen positiven Kennlinienbereich ausreichender Steilheit erlaubt den Betrieb einer Entladungslampe ohne Strombegrenzungsglied. Der positive Kennlinienbereich liegt normalerweise bei Stromstärken, die für einen Dauerbetrieb der Lampe zu gross sind ; dies gilt insbesondere, wenn zugleich die Stromstärke so hoch gewählt werden soll, dass die Lampe ihre höchstmögliche Lichtausbeute erreicht.

   Hier wird von aer an sich bekannten Massnahme Gebrauch gemacht, die Lampe impulsweise mit sehr hoher Leistung zu betreiben, während in den Pausen zwischen den Impulsen die Lampenleistung sehr niedrig oder null ist, so dass sich im Mittel die Nennleistungsbelastung der Lampe ergibt. Um die Stromstärke während des Impulses in dem gewünschten optimalen Bereich zu halten, sind rechteckförmige Stromimpulse erforderlich. 



   Die bisher bekannten Impulsbetriebsverfahren für Entladungslampen bedienen sich meist der Entladung eines passend dimensionierten Kondensators. Als Schalter zur Einleitung der Entladung dient entweder die Lampe selbst oder ein Thyratron. Bei Betrieb mit Wechselstrom mit oder ohne Kondensatorentladungen werden bis jetzt Thyratrons, eisengesättigte Drosseln oder Transduktoren als Schalter verwendet und durch geeignete Steuerung bzw. Dimensionierung Kondensatorentladungen bzw. Teile der   Wechselstromhalb-   wellen über induktive Strombegrenzungsglieder auf die Lampe geschaltet. Zum Betrieb von Niederdruckentladungslampen sind auch Transistoren als Schalter verwendet worden, mittels deren die Betriebsspannung über strombegrenzende Widerstände und/oder Drosseln impulsweise auf die Lampe geschaltet wird. 



   Mit allen diesen Verfahren ist es jedoch nicht möglich, auch nur annähernd rechteckförmige Stromimpulse hoher Leistung zu erzeugen. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Kurvenform zu verbessern und Vorschaltglieder, die den Impulsstrom begrenzen, ganz zu vermeiden. 



   Die Erfindung besteht in einer Impulseinrichtung für elektrische Hochdruckentladungslampen unter Ausnutzung des positiven Astes ihrer Stromspannungscharakteristik, bei der das Zu- und Abschalten der Lampe gegenüber der Spannungsquelle unter Vermeidung von Strombegrenzern mit Hilfe zweckmässig elektronischer Schalter in der Weise gesteuert ist, dass die Lampe Stromimpulse von im wesentlichen rechteckiger Kurvenform erhält. Bei einer vorgegebenen Betriebsspannung erfolgt die Strombegrenzung verlustlos auf Grund der positiven Kennlinie der Lampe. Zur Speisung kann eine periodisch variierte Spannungsquelle bzw. eine Spannungsquelle mit konstanter, aber einstellbarer Spannung Verwendung finden. 



  Die Impulsstromstärke der Lampe ist bei periodisch variierter Speisespannung durch die Phasenlage des Einschalt- und Ausschaltmomentes des Impulses gegenüber der Spannungskurve, bei Gleichspannung durch Einstellung der Betriebsspannung wählbar. Zweckmässig wird der Impulsstrom so gewählt, dass sich die höchste Lichtausbeute der Lampe ergibt (Fig. 1). Die Lampenleistung kann durch Einstellung des Tasterhältnisses oder Steuerung der Leistungszufuhr zum Speicherkondensator auf den optimalen Wert eingestellt werden. Das Ein- und Ausschalten der Impulsströme geschieht zweckmässig mit Hilfe von Leistungstransistoren, die einen Schaltwirkungsgrad von über 99% aufweisen. 



   Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, dass die Entladung in der Lampe in den Pausen zwischen den Stromimpulsen mit geringerer Stromstärke aufrechterhalten wird, wobei zweckmässigerweise der in den Pausen zwischen den Impulsen fliessende Haltestrom über einen Transistor gesteuert wird, welcher der 

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 gleiche sein kann, der auch die Leistungsimpulse schaltet. Derartige Betriebseinrichtungen werden insbesondere dann mit Vorteil eingesetzt, wenn der ausgenutzte Bereich der positiven Stromspannungscharakteristik ausreichend steil verläuft, was bei hohen Impulsstromstärken von mehr als 25 A eintritt und durch die Konstruktion der Lampe beeinflussbar ist. 



   Im folgenden ist die Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. 



   Wie bereits ausgeführt, wird ein Lampenbetrieb mit möglichst hohem Gesamtwirkungsgrad angestrebt. Die Lampe soll deshalb mit der Impulsstromstärke Ji opt betrieben werden, bei welcher der Lampenwirkungsgrad   1/in   Lumen/Watt ein Optimum aufweist (Fig. 1). Hiezu wird eine aus der Lampenkennlinie (Fig. 2) sich ergebende Spannung Uopt an die Lampe gelegt. Zur Erzielung eines hohen Wirkunggrades ist weiter erforderlich, dass die Lampe stets mit ihrer Nennleistung Nn oder besser mit ihrer zulässigen Leistung Nzul betrieben wird. Die beim Betrieb in dem gewählten Arbeitspunkt (Fig. 2) während des 
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 mit ti = Impulsdauer und fi = Impulsfrequenz. 
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 oder Impulsfrequenz fi frei gewählt werden kann. 



   Zur weiterenErläuterung der Erfindung sollen an einigenAusführungsbeispielcn   erfindungsgemässe Be-   triebsarten beschrieben werden. 



   Bei Betrieb einer   Entladungslampe, insbesondere einer Hochdrucklampe mit Gas-und/oder   Dampffüllung an einem Wechselstromnetz kann die Wahl der geeigneten Lampenspannung Uopt zur Erzielung des Stromes Jiopt dadurch erfolgen, dass die Phasenlage   So   des Impulses gegenüber der Spannungskurve der gleichgerichteten Netzspannung, Fig. 3 einstellbar ist. Da bei dieser Betriebsart die Impulsfrequenz gleich der Netzfrequenz oder einem Vielfachen davon sein wird, muss das Tastverhältnis durch die Wahl der Impulsdauer bestimmt werden. Ist die Impulsdauer klein gegenüber der Dauer einer Wechselstromhalbwelle, so wird die Stromstärke während des Impulses praktisch konstant und kann gleich Ji opt gemacht werden. 



   Die Impulsdauer und damit   das Tastverhältnis lassen sich durch an sich bekannte Regeleinrichtungen   so einstellen, dass der Lampe stets ihre Nennleistung zugeführt wird. In der Schaltung Fig. 4, ist'eine Hochdruckentladungslampe 1 im Betriebszustande über einen Schalter   2,   einen kleinen, nicht als Strombegrenzer wirkenden Messwiderstand 3, einen oder mehrere parallelgeschaltete Leistungstransistoren 4 und einen Gleichrichter 5, der zweckmässig aus Silicium-Leistungsgleichrichterelementen besteht, an ein Wechselstromnetz 6 angeschlossen. 



   Die Impulssteuerung des als Schalter dienenden Leistungstransistors erfolgt durch die Netzfrequenz über einen Phasenschieber 7 und einen an sich bekannten Multivibrator 8. Die Einstellung der Impulsdauer ti und damit der Lampenleistung erfolgt durch geeignete Beeinflussung des Multivibrators 8 und kann entweder von Hand oder durch eine Regeleinrichtung - bestehend aus einem Sollgeber 10 und einem Istgeber 9 - erfolgen. Der Istgeber 9 muss nach einem an sich bekannten Verfahren eine-der von der Lampe aufgenommenen mittleren Leistung proportionale - Spannung liefern. Diese wird mit einer am Sollgeber 10 einzustellenden Spannung verglichen. Die Differenz beider Spannungen steuert durch Beeinflussung des Multivibrators 8 die Impulsbreite ti. Die gewünschte Lampenleistung kann also am Sollgeber 10 eingestellt werden.

   Der in den Impulspausen die Entladung   aufrechterhaltende Haltesaom kann   entweder über den Leistungstransistor 4 der Lampe zugeführt werden, was durch eine, dem Steuerimpuls überlagerte Basisemitter-Gleichvorspannung erreicht werden kann. Der Haltestrom kann jedoch auch, wie in Fig. 4 ausgeführt, über einen weiteren Transistor 11 geliefert werden. Infolge des hohen differentiellen Innenwiderstandes eines Transistors wird hiedurch in an sich bekannter Weise erreicht, dass sich ein stabiler Arbeitspunkt auf dem. bei niedrigem Strom fallenden Kennlinienast der Lampe Fig.   2,   einstellt.

   Besser noch wird in ebenfalls bekannter Weise durch eine Regelschaltung lla ein gleitender Arbeitspunkt derart eingestellt, dass die Spannung Kollektoremitter einen bestimmten kleinen Wert nicht überschreitet und die Verlustleistung des Transistors 11 niedrig bleibt. Der Kondensator 12 hat in Verbindung mit der Drossel 13 und dem Widerstand 14 die Aufgabe, während des Nulldurchganges der Wechselspannung die Spannung hinter dem Gleichrichters nie unter die Brennspannung der Lampe absinken zu lassen. Der Kondensator 12 ist so bemessen, dass er diese Funktion nur während der Dauer des niedrigen Haltestroms, nicht aber während des stromstarken Impulses ausübt. 

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   Zur Zündung der Lampe wird der zweipolige Schalter 2 in die-Stellung c geschaltet. Hiedurch wird ein an sich bekanntes Hochspannungszündgerät 15 in Betrieb gesetzt, der Hochspannungszündkreis über die Lampe   l   geschlossen und über den Begrenzungswiderstand 16 und die Hochfrequenzdrossel 17 die Betriebsgleichspannung an die Lampe gelegt. Durch die Hochfrequenzdrossel17 wird ein Abfliessen der hochfrequenten Zündspannung auf die Gleichstromkreise unterbunden. Der Kondensator 18 bildet einen Kurz schluss für den von der Drossel 17 noch durchgelassenen hochfrequenten Strom. 



   Der Schalter 2 wird nur kurze Zeit in der Stellung c belassen. Nach dem Zünden wird er zum Einbrennen der Lampe in die Stellung b zurückgeschaltet und damit das Zündgerät wieder ausser Betrieb gesetzt. 



   Ein weiteres erfindungsgemässes Schaltbeispiel ist in seinen Grundzügen in Fig. 5a dargestellt. Hier kann die Impulsfrequenz frei gewählt werden. Die Lampe 1 wird über einen kleinen, nicht als Strombegrenzer wirkenden Messwiderstand 3 und den Leistungstransistor 4 aus einem Ladekondensator 19 gespeist, der so gross bemessen ist, dass seine Spannung sich bei Lampennennleistung zwischen zwei Aufladestössen durch den Gleichrichter 5 nur wenig verändert. Die Einstellung der optimalen Betriebsspannung Uopt der Lampe 1 am Kondensator 19 erfolgt hier mit Hilfe eines gesteuerten Gleichrichters 5'über einen Phasenschieber 20. Die Drossel 21 dient zu einer Dämpfung der Ladestromspitzen. 



   Die Impulssteuerung des als Schalter   dienenden Leistungstransistors   erfolgt über einen an sich bekannten selbstschwingenden oder triggerbaren Multivibrator 8'. Die Einstellung und Konstanthaltung der Lampenleistung erfolgt wie im vorangehenden Beispiel beschrieben mittels   Soll-und Istleistungsgebern 9'und   10'. 



   Eine Schaltungsvariante zu Fig. 5a zeigt Fig. 5b. Die Konstanthaltung der Lampenleistung erfolgt hier dadurch, dass die dem   Ladekondensator 19'zugeführte   Leistung durch eine an sich bekannte aus Sollund Istgeber 9"und 10"bestehende Regeleinrichtung stets gleich der Nennlast der Entladungslampe 1 gehalten wird. Durch die Veränderung des Tastverhältnisses am Multivibrator 8" kann der Arbeitspunkt auf der   Lampenkennlinie   (Fig. 2) und damit Ji opt eingestellt werden. Bei einer Änderung der Impulsfrequenz muss in an sich bekannter Weise das eingestellte Tastverhältnis ungeändert gelassen werden. 



   Die Versorgung der Lampe 1 mit Haltestrom und die Zündung der Lampe erfolgt wie im ersten Beispiel beschrieben. Die hiefür notwendigen Kreise sind in den Fig. 5a und 5b nicht gezeichnet. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
 EMI3.1 
 Lampe gegenüber der Spannungsquelle unter Vermeidung von Strombegrenzer mit Hilfe zweckmässig elektronischer Schalter in der Weise gesteuert wird, dass die Lampe Stromimpulse von im wesentlichen rechteckiger Kurvenform erhält.

Claims (1)

1. 2. Impulsbetriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine periodisch variierte Spannungsquelle verwendet ist.

   3. Impulsbetriebseinrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsquelle mit konstanter, aber einstellbarer Spannung verwendet ist.

   4. Impulsbetriebseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsstromstärke der Lampe durch die Phasenlage des Ein- und Ausschaltmoments des Impulses gegenüber der Spannungskurve einstellbar ist.

   5. Impulsbetriebseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsstromstärke durch Regelung der Spannung einstellbar ist.

   6. Impulsbetriebseinrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke während des Impulses auf einen solchen Wert geregelt ist, bei dem die Lampe ihre höchste Lichtausbeute erreicht.

   7. Impulsbetriebseinrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, dass die der Lampe zugeführte Leistung auf konstante oder maximale Lampenleistung gesteuert oder geregelt wird.

   8. Impulsbetriebseinrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, dass eine konstante oder maximale Lampenleistung durch Regelung des Tastverhältnisses einstellbar ist.

   9. Impulsbetriebseinrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, dass eine konstante oder maximale Lampenleistung durch Regelung der Leistungszufuhr auf den Speicherkondensator einstellbar ist.

   10. Impulsbetriebseinrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, dass als elektronische Schalter im Impulsstromkreis Leistungstransistoren verwendet sind. <Desc/Clms Page number 4>

   11. Impulsbetriebseinrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, dass in den Pausen zwischen den Stromimpulsen die Entladung in der Lampe mit geringerer Stromstärke aufrechterhalten wird.

   12. Impulsbetriebseinrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Pausen zwischen den Impulsen fliessende Haltestrom über einen Transistor gesteuert ist.

   13. Impulsbetriebseinrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Impulspausen fliessende Haltestrom über den gleichen Transistor gesteuert ist, der auch die Leistungsimpulse schaltet.

   14. Impulsbetriebseinrichtung nach Anspruch 1 und folgende, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung der Lampe mittels eines besonderen Zündgerätes erfolgt.