DE1589163C - Betriebsanordnung für elektrische Entladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betriebsanordnung für eine elektrische Entladungslampe mit einer Gleichrichter-Kondensator-Brücke aus zwei Stromzweigen, von denen jeder einen Gleichrichter und einen Kondensator in Reihenschaltung zwischen Wechselstromeingangsklemmen aufweist, wobei die Gleichrichter so gepolt sind, daß sie in den zwei Stromzweigen in entgegengesetzter Richtung leitend sind, bei der ein Verbraucherkreis mit der elektrischen Entladungslampe an zwei Verbindungspunkte anschließbar ist, die je auf einem der zwei. Stromzweige jeweils zwischen den Gleichrichtern und dem Kondensator liegen. ■

Eine derartige Anordnung ist bereits in der französischen Patentschrift 1 320 547 beschrieben. Dabei wird jedoch der Entladungslampe ein gleichgerichteter Strom mit einer sehr hohen Welligkeit zugeführt, da der Lampenstrom eine sehr ausgeprägte Wechselstromkomponente mit einer Grundfrequenz von doppelter Netzfrequenz aufweist, wobei die Wechselstromkomponente der Gleichstromkomponente überlagert ist. Zur Glättung des gleichgerichteten Stromes wird der Entladungslampe eine Drossel vorgeschaltet.

Ferner ist aus der österreichischen Patentschrift 160 354 bekannt, die üblicherweise vor eine Entladungslampe geschaltete Stabilisierungsimpedanz als Glühfaden auszuführen, der im Lampenkolben angeordnet wird. Diese bekannte Anordnung besteht aus einer mit doppeltem Kolben versehenen Entladungslampe, die eine Hochdruck-Metalldampfröhre mit innerhalb des äußeren Kolbens zugänglichen Elektroden sowie luftdicht in den äußeren Kolben eingeführten Zuleitungsdrähten besitzt und bei der ein in dem äußeren Kolben angeordneter Glühfaden in Reihenschaltung mit der Entladungsröhre an die Zuleitungsdrähte angeschlossen ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Betriebsanordnung für Entladungslampen zu schaffen, die der Entladungslampe eine möglichst glatte Gleichspannung zuführt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in jedem Stromzweig zu dem Kondensator ein Überbrückungsgleichrichter parallel geschaltet ist, der jeweils so gepolt ist, daß er im Vergleich mit dem in demselben Zweig angeordneten Gleichrichter in umgekehrter Richtung leitend ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der oben beschriebenen Anordnung kann in dem Verbraucherkreis ein ohmscher Vorschaltwiderstand mit der Entladungslampe in Reihe geschaltet werden. Der Gesamtwirkungsgrad wird dabei trotzdem gleich oder oberhalb dessen gehalten, der mit üblichen Reaktanz-Vorschaltgeräten erzielt wird. Der ohmsche Widerstand des Glühlampenfadens ist im allgemeinen kleiner als ein Drittel des Ersatzwiderstandes der Entladungslampe entsprechend der Gleichung

. _ E²

^eq " W ' wobei

R_cn = der äquivalente Widerstand, E = die Spannung an der Lampe, W = die in der Lampe verbrauchte Leistung ist.

Ferner kann bei gewissen Lampenarten, wie z. B. Hochdruck-Metalldampflampen mit einer Schutzhülle, der Vorschaltwiderstand als Glühlampenfaden ausgebildet und in dem Zwischenraum zwischen der inneren Entladungsröhre und der äußeren Schutzhülle angeordnet werden. Der Glühfaden gibt während des Anlaufens Licht ab und beschleunigt die Erwärmung der Lampe. Bei Lampen, die eine große Zunahme des Spannungsabfalls im Lichtbogen während der Anwärmperiode zeigen, kann ein Teil des Widerstandes oder in einzelnen" Fällen der gesamte Widerstand während des Betriebes der Lampe und bei einer vorgesehenen Betriebstemperatur kurzgeschlossen werden.

Die mit der oben beschriebenen Anordnung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß im Vergleich zu bekannten Anordnungen die mit Hilfe der Betriebsanordnung erzeügbare Lampenspannung sehr viel gleichmäßiger und die Differenz zwischen der Netzspannung und der Lampenspannung verkleinert ist, so daß die Vorschaltimpedanz kleiner bemessen werden kann. Da als Vorschaltimpedanz auch ein ohmscher Widerstand einsetzbar ist, wird einerseits der Wirkungsgrad der Anordnung erhöht und andererseits der Leistungsfaktor verbessert. Darüber hinaus ist eine bisher üblicherweise verwendete Glättungsdrossel überflüssig, und da die eingesetzten Kondensatoren nicht periodisch mit Netzfrequenz umgepolt werden, sind Elektrolytkondensatoren verwendbar, die sich .durch geringen Raumbedarf, kleines Gewicht und günstigen Herstellerpreis auszeichnen.

Die oben beschriebene Anordnung wird nun an Hand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.

F i g. 1 ist ein Schaltschema der oben beschriebenen Betriebsanordnung mit einer Hybrid-Gleichrichter-Kondensator-Brücke für den Betrieb einer Entladungslampe; '

' Fig. 2a, 2b und 2c sind Ersatzschaltbilder des Stromkreises der Fig. 1 während verschiedener Phasen der Wechselstromperiode;

F i g. 3 zeigt eine Äusf ühryngsform einer aus Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampe und Betriebsanordnung bestehenden Kombination. mit teilweiser Widerstandsstrombegrenzung.

Der in Fig. 1 dargestellte Hybrid-Gleichrichter-Kondensator-Brückenkreis enthält zwei Zweige, von denen jeder zwischen den Brückeneingangspunkten /1 und 7 2 einen Gleichrichter und einen damit in Reihe geschalteten Kondensator sowie einen Überbrückungsgleichrichter in Parallelschaltung zu dem Kondensator enthält. Die Gleichrichter in den beiden Zweigen sind für Stromleitung in entgegengesetzten Richtungen gepolt. Der Überbrückungsgleichrichter· ^n jedem Zweig ist so gepolt, daß er in entgegengesetzter Richtung wie der Gleichrichter in demselben Zweig leitend ist. Wie dargestellt, ist die Wechselstromnetzspannung an den Klemmenil und 52 den Eingangspunkten /1 und /2 zugeführt. Der eine Zweig enthält den Gleichrichter D1 und den Kondensator Cl, wobei Dl so gepolt ist, daß es Stromfluß von dem Eingangspunkt /1 zuläßt; der Überbrückungsgleichrichter D 3 ist entgegengesetzt zu dem Gleichrichter D1 gepolt. Der andere Brückenzweig enthält den Gleichrichter D 2 und den Kondensator C2, wobei D 2 so gepolt ist, daß er Stromfluß auf den Brükkenanschlußpunkt / Ϊ hin zuläßt; der Überbrückungsgleichrichter D 4 ist entgegengesetzt.zu dem Gleichrichter D 2 in demselben Zweig gepolt. Die Gleichrichter sind Halbleiterdioden mit hohem Wirkungsgrad, z. B. Siliziumdioden, und die Kondensatoren kön-

nen polarisierte oder elektrolytische Kondensato- Während dieses Teiles der Periode erhält die

ren sein. Der Stromkreis kann auch als eine Vollweg- Lampe ihre Energie aus dem Kondensator C1 in dem

gleichrichterbrücke angesehen werden, bei der ein einen Zweig, wobei der Strom dann über den Über-

Paar von Kondensatoren zwischen die zugeordneten brückungsgleichrichter D 4 in dem anderen Zweig

Abnahmepunkte und einen der Eingangspunkte an- 5 verläuft. Für minimale Vorschaltgcrätverluste und

geschlossen sind. maximalen Wirkungsgrad ist es wünschenswert, mit

Die Verbindungspunkte zwischen Gleichrichter und einer Lampenspannung zu arbeiten, die nahe der

Kondensator in jedem Zweig, nämlich /3 und /4, die Netzspannung liegt. Ein Teil des Stromes wird dann

als zugeordnete Abnahmepunkte bezeichnet sind, die- direkt vom Netz abgenommen und fließt zur Lampe

nen zum Anschluß des Verbraucher-oder Belastungs- io über den Gleichrichter in einem Zweig und gleich-

kreises. Der Belastungskreis enthält die eigentliche zeitig über den Überbrückungsgleichrichter in dem

Belastung L und wahlweise einen mit ihr in Reihe anderen Zweig.

geschalteten ohmschen Vorschaltwiderstand Z zur Eine Beleuchtungseinheit, d. h. eine Kombination

Erzeugung einer geringen zusätzlichen Stromregulic- von Vorschaltgerät und Lampe, unter Verwendung

rung. Die Belastung L ist eine Entladungslampe, die 15 der oben beschriebenen Anordnung mit den Vortei-

im Voll-Leitungszustand bekanntlich eine negative . len eines hohen Wirkungsgrads, niedriger Kosten,

Impedanzcharakteristik hat. Da der Vorschaltwider- geringen Gewichts und kleiner Abmessungen ist in

stand nur zur teilweisen Stromregulierung dient, ist Fig. 3 dargestellt. Die eigentliche Lampe 1 entspricht

es ohne weiteres möglich, für ihn einen Wolfram- im allgemeinen einer 400-Watt-Hochdruck-Queck-

Glühfaden zu benutzen, der eine getrennte Glüh- 20 silberdampf-Lampe. Sie enthält ein Schutzgehäuse,

lampe sein oder wahlweise, einen Teil der Entladungs- das aus dem äußeren eiförmigen Kolben 2 aus Weich-

lampeneinheit bilden kann. ■ glas besteht. Der Hals 3 des äußeren Kolbens ist

Fig.2a, 2b und 2c sind Ersatzstromkreise, die durch einen üblichen umgebördelten Röhrenfuß abdie Verhältnisse in dem Brückenkreis der F i g. 1 geschlossen, in dem verhältnismäßig steife Zulcitungswährend verschiedener Phasen einer Halbwelle wie- 25 drahte 4 und 5 eingeschmolzen sind, von denen der dergeben, bei der die der Klemme 51 zugeführte eine mit dem isolierten Mittelkontakt 6 und der Wechselspannung positiv ist, wobei die Polarität in andere mit dem Schraubgewinde 7 des Sockels verüblicher Weise durch den Pfeil angedeutet ist. Zu bunden ist, der von üblicher Schraubkonstruktion Beginn der Halbwelle leitet Dl in Vorwärtsrichtung, sein kann. Die innere'Entladungsröhre 11 aus Quarz während D 2, D 3 und D 4 gesperrt sind, und infolge- 30 hat an gegenüberliegenden Enden Hauptentladungsdessen fließt der Strom durch Cl. Es sei (K_c.,)₀ die elektroden 12 und 13, deren bandförmige Zuführun-Restspannung auf dem Kondensator C 2 bei Beginn gen in die abgeflachten Enden der Röhre hermetisch der positiven Halbwelle, V_L die Spannung an der eingepreßt sind. Jede Elektrode hat eine doppelte Lampe L, / der augenblickliche Lampenstrom und Wolframdrahtspirale, die mit Elektronen emittieren- E sin cj/ die augenblickliche zugeführte Spannung; 35 den Mischungen von Erdalkalioxyden aktiviert ist. dann können die Verhältnisse durch die folgende Eine Zündelektrode 14 ist auf dem Sockelende der Gleichung ausgedrückt werden: Entladungsröhre angeordnet und mit der Hauptelek-

/trode 13 am anderen Ende der Röhre über einen

,»df _· /Q \ Strombegrenzungswiderstand 15 verbunden. Die Ent-

² °' 40 ladungsröhre 11 ist innerhalb des äußeren Kolbens mittels eines eine durchgehende Seitenstange enthal-

Während dieses Teiles der Halbwelle wird der tenden Gestells 16 getragen, das sich von dem Zu-Strom durch die Lampe durch den Kondensator Cl leitungsdraht 4 zu einer Einbuchtung des Kolbens 17 beeinflußt, d. h. durch den Kondensator in dem an- an dem freien Ende des äußeren Lampenkolbens erderen Zweig. · 45 streckt und an der Einbuchtung durch eine Feder-Währenddesnächsten Teiles der Periode sind D1 klemme 18 gehalten wird. Die Entladungsröhre ist und D 4 leitend, und D 2 und D 3 sind gesperrt. V_L an dem Gestell dadurch gehalten, daß seine abgeflachist kleiner als E sin co t, und die Verhältnisse können ten Enden zwischen Metallbändern 19 und 20 eingedurch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: klemmt sind, die sich von der durchgehenden Seiten-■ " - , 50 stange auf entsprechende abgebogene Enden 21, 22 Esin ω/ = iZ + V_L. der Seitenstange 16 erstrecken. Die Seitenstange 16

dient als elektrische Verbindung zwischen der Haupt-

Während dieses Teiles der Periode erhält die elektrode 13 und dem Zuleitungsdraht 4, der seiner-Lampe Energie direkt von dem Netz über zwei seits. die Verbindung mit dem Mittelkontakt 6 des Gleichrichter, nämlich den Reihengleichrichter in 55 Lampensockels herstellt. Die Entladungsröhre 11 entdem einen Zweig und den Überbrückungsgleichrich- hält einen üblichen Quecksilbervorrat und ein neuter in dem anderen Zweig. Nur während dieses Teiles trales Gas, z.B. Argon, bei einem Druck von weniger der Periode ist der Vorschaltwiderstand Z, falls er als 100 mm Quecksilbersäule,
verwendet wird, wirksam. Wie dargestellt, sitzt die Lampe 1 in einer üblichen In dem letzten Teil der Periode ist D 4 leitend und 60 mit Schraubgewinde versehenen Fassung 24 mit einem Dl, D 2 und D3 sind gesperrt. Es sei (Kc)₁ die Fußteil 25, auf dessen oberer Seite die Einzelteile der Spannung an dem Kondensator CI in dem Augen- Gleichrichter-Kondensatorbrücke 26 montiert sind, blick, wo Vι größer wird als E sin ω /, und die Ver- Um den Vergleich mit F i g. 1 zu erleichtern, sind die hältnisse können dann durch die folgende Gleichung Teile und Verbindungspunkte der Brücke in Fig. 3 dargestellt werden: 65 mit denselben Bezugszeichen versehen wie in dem

Schaltschema der Fig. 1. Die Einzelteile sind dicht

= 0. zusammen auf der Oberseite des Fußteils25 montiert, so daß die gesamte Gerätegruppe 26 sich leicht

— /id* —
C J

Claims (1)

1. 5 6

   in einen üblichen elektrischen, schematisch dargcstcll- schaltgerät-Wirkungsgrade im Bereich von 50%. Inten Verteilerkasten 27 einsetzen läßt. folgcdessen.sind die oben beschriebenen Anordnun-

   Jedcr der Kondensatoren Cl, C2 besteht aus gen iii einer vollständig anderen Klasse,

   einem Paar von elcktrolytischen Kondensatoren, die Die Lampe nach Fig. 3, die einen wirksamen

   nebeneinander ganz außen auf dem Fußteil 25 mon- 5 Glühfadenwidcrstand von weniger als einem Drittel

   ticrl sind. Die HalbleiterdiodenDl bis D 4 sind, in des Ersatzwiderstandes der Entladungsröhre hat, ist

   der Mitte zwischen den Kondensatoren zusammenge- besonders für Betrieb mittels einer Hybrid-Gleich-

   faßt. ' richter-Kondensator-Brücke bemessen. Würde diese

   Der Vorschaltwidcrstand Z ist als Wolfram-Glüh- Lampe an ein Netz angeschlossen, dessen Spannung

   faden 28 ausgebildet, der in dem Lampenraum zwi- io genügend hoch ist, um die Entladung zu zünden, so

   sehen dem äußeren Kolben 2 und der inneren Ent- würde der Glühfaden sofort ausbrennen. Sclbstver-

   ladungsröhre 11 angeordnet ist. Der Glühfaden be- ständlich kann die dargestellte Lampe mit Vorschalt-

   steht aus zwei Teilen 28«, 28b, die dauernd mitei.n- gerät auch als Einheit ausgebildet werden, um sie

   ander in Reihenschaltung zwischen einer Verlange- wie eine Glühlampe direkt an ein 115- bis 120-Volt-

   rung 29 der Zuführung 5 und — mittels eines Ban- 15 60-Hz-Wecliselstromnetz anschließen zu können, des 31 — dcr-Zuführung zu der Hauptelektrode 12
   Hegen. Beim. Zünden und während der Aufwärmzeit

   liegen-beide Abschnitte 28α und 286 in Reihe mit Patentansprüche: der Lampe an den zugeordneten Abnahmepunkten

   /3 und y'4 der Brücke. Auf diese Weise ist der Strom 20 1. Betriebsanordnung für eine elektrische Entwirksam begrenzt, und gleichzeitig wird von dem ladungslampe mit einer Gleichrichter-Konden-Glühfaden nutzbares Licht abgegeben und die Auf- sator-Brücke aus zwei Stromzweigen, von denen wärmzeil der Entladungsröhre verkürzt. Beim Auf- jeder einen Gleichrichter und einen Kondensator wärmen und mit Zunahme des Dampfdruckes in der in Reihenschaltung zwischen Wechselstromein-Entladungsröhre ist es erwünscht, einen Teil des as gangsklemmen aufweist, wobei die Gleichrichter Glühfadens auszuschalten. Dies erfolgt mittels eines so gepolt sind, daß sie in den zwei Stromzweigen U-förmigen Bimetallstreifens 32, der an der Zuleitung in entgegengesetzter Richtung leitend sind, bei zur Elektrode 12 montiert ist und dessen freies Ende der ein Verbraucherkreis mit der elektrischen bei Erwärmung den Leiter 33 berührt, der elektrisch Entladungslampe an zwei Verbindungspunkte anmit_ der Verbindungsstelle der Glühfadenteile 28 a 30 schließbar ist, die je auf einem der zwei Strom- und 28 6 verbunden ist. Auf diese Weise wird der . zweige jeweils zwischen dem Gleichrichter und Abschnitt 286 kurzgeschlossen, und nur der Ab- dem Kondensator liegen, dadurch gekennschnilt 28a bleibt wirksam in Reihe mit der Ent- zeichnet, daß in jedem Stromzweig zu dem ladungsröhre 11 während des normalen Betriebes der Kondensator (Cl, C2) ein Überbrückungsgleich-Lampe. Glasperlen 34 dienen zur Isolierung der Trä- 35 richter (D 3, D 4) parallel geschaltet ist, der jeweils ger für die beiden Glühfadenabschnitte. so gepolt ist, daß er im Vergleich mit dem in Die .Bemessungswerte und die Leistungscharakte- demselben Zweig angeordneten Gleichrichter ristikcn der Beleuchlungseinheit nach Fig. 3 bei Be- (Dl, D2) in umgekehrter Richtung leitend ist. trieb mit 117,5 Volt und 60 Hz Wechselstrom sind in 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gedcr folgenden Tabelle enthalten. 40 kennzeichnet, daß in dem Verbraucherkreis in τ iintT Ί -».τ Reihe mit der Entladungslampe (L) ein ohmscher

   Lampenspannung 130 Volt Neuspannung Vorschaltwiderstand (Z; 28 a, 28 ft) angeordnet ist.

   Lampenstrom 2,8 Amp. Gleichstrom- 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge-

   . . Mittelwert kennzeichnet, daß der Ersatzwiderstand des Vör-

   Kondensatoren 2 Stck. je50nF/150 V 45 Schaltwiderstandes (Z; 28 a, 286) kleiner als ein

   Vorschaltglühfäden ... entspricht einer 1000-Watt- Drittel des Ersatzwiderstandes der Entladungs-

   115-bis-120-VoltTLampe lampe (L; 11) ist.

   Bimetallschälter 20 Volt, 3 Amp. . '. 4. Anordnung nach Anspruch^ dadurch ge-

   ..... j j Λ7 kennzeichnet, daß der Ersatzwiderstand des VorWirkungsgrad des Vor- _so schaltwiderstandes (Z; 28 a, 286) kleiner als un-

   sclialtgerates .-.y5 /0 ■ _{gefähr ein Ze}hntel des Ersatzwiderstandes der

   Leistungsfaktor . 88 % . Entladungslampe (L; 11) ist.

   Volumen 32,8 cm³ 5. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1

   Gewicht 142 g bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dop-

   55 poltern Kolben versehene Entladungslampe (1)

   Der Ersatzwiderstand der Entladungsröhre ist etwa eine Hochdruck-Metalldampfröhre (11) mit in-

   40 Ohm und der Ersatzwiderstand des Glühfadens nerhalb des äußeren Kolbens (2) zugänglichen

   etwa 12 Ohm, wenn beide Abschnitte in Reihe arbei- Elektroden (12,13) sowie luftdicht in den äuße-

   ten. Der verbleibende Widerstand des Abschnittes ren Kolben eingeführten Zuleitungsdrähten (4,5)

   28 a, wenn der Abschnitt 286 kurzgeschlossen ist, 60 besitzt und daß ein in dem äußeren Kolben (2)

   beträgt etwa 3 Ohm bei Betriebstemperatur. Obwohl angeordneter Glühfaden (28 a, 286) als Vorschalt-

   cin ohmsches Vorschaltgerät für die Beleuchtungs- ' widerstand in Reihenschaltung mit der Entla-

   einheil der Fig. 3 vorgesehen ist, ist dies für den dungsröhre (11) an die Zuleitungsdrähte (4, 5) an-

   Slromrcgeleinlluß auf die eigentliche Hybridbrücke geschlossen ist.

   von sekundärer Bedeutung. Dies ist der Grund, 65 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gewarum ein Wirkungsgrad von 95% erreicht wird. kennzeichnet, daß ein Teil (286) des Glühfadens Die bisher gebrauchten Mischleuchten mit Queck- (28 a, 28 b) bei Betrieb der Lampe und einer vorsilber-Entladungslampe und Glühlampen hatten Vor- gebbaren Betriebstemperatur automatisch (32,33)

   kurzschließbar ist und der verbleibende Teil (28 a) bei Betriebstemperatur einen Ersatzwiderstand von etwa 3 Ohm bei einem Ersatzwiderstand einer Entladungsröhre von etwa 40 Ohm besitzt.

   7. Beleuchtungseinheit unter Verwendung der Anordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenanordnung räumlich mit dem Lampenhalter oder -sockel vereinigt ist (Fig. 3).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen