DE3214669A1 - Anordnung zum betrieb von lampen mit induktiver strombegrenzung an gleichstromquellen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Bei der Realisierung von Beleuchtungsanlagen steht man häufig vor dem Problem, die in einer Anlage erforderlichen Notleuchten aus bautechnischen, architektonischen oder Lagerhaltungsgründen mit den gleichen, serierimäßigen Leuchtentypen zu realisieren, wie sie auch für die Allgemeinbeleuchtung verwendet werden. Das stößt aber auf Schwierigkeiten, wenn diese Leuchten mit Lampen ausgestattet sind, die induktive Vorschaltgeräte und ggf.
• Zündgeräte zum Betrieb am Wechselspannungsnetz benötigen.
• Ein typisches Beispiel dafür sind alle Anlagen, in denen Langfeldleuchten zum Einsatz kommen.
• Zur Lösung dieser Problematik sind mehrere V-)rgehensweisen allgemein bekannt.
• So ist es üblich, serienmäßige Leuchten im Notbetrieb mit Gleichstrom zu betreiben, wobei das Problem entsteht, daß sich insbesondere bei tieferen Temperaturen relativ schnell eine Kataphorese an der Lampe ausbildet, zu deren teilweiser Beseitigung in vielen Fällen auSwMndige elektromechanische Umpolvorrichtungen nötig sind.
• Weiter ist es üblich aus der serienmäßigen Leuchte Vorschaltgerät und Starter zu entfernen, und di3 Lampe mit einem externen Versorgungsgerät zu betreiben, welches im Notbetrieb die Lampe mit Wechselstrom von einigen KHz versorgt und im Netzbetrieb die Lampe üb r ein im Versorgungsgerät enthaltenes induktives Vorsohaltgerät betreibt.
• Bei dieser Vorgehensweise gleicht die Leuchte nur noch äußerlich den anderen Leuchten der Anlage. Sie muß aber speziell umgerüstet sein und darf die üblichen Nachweise über Typprüfungen, wie z.B. VDE-Zeichen nich mehr führen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, Anordnungen zwn Betrieb von an sich für die Funktion mit einer normierten Wechselspannung vorgesehenen Leuchten oder anderen elektrischen Geräten mit induktiver Strombegrenzung über imine Gleichspannung bereitzustellen, die einfach und kostengünstig aufgebaut ist und die Leistung der Leuchten optimal regelt.
• Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 srelost.
• Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Dadurch, daß gemäß der Erfindung die zur Verfügung steherde Gleichspannung über einen elektronischen Wechselrichter und eine nachgeschaltete elektronische Zerhackerstufe in eine Wechselspannung mit näherungsweise der Frequenz der zum Betrieb der Leuchte üblichen Wechselspannung umgewandelt wird und dabei die Leistung der Leuchte über die Zerhackerfrequenz der Zerhackerstufe geregelt wird, ergeben sich wesentliche Vorteile: Durch die Amplitude der Wechselspannung die nahezu dem Spitzenwert der im Netzbetrieb verwendeten Sinusspannung entspricht, wird die Gasstercke des in der Leuchte vorhandenen Glimmstarters sofort zäriden und dei Starterkontakt sehr schnell schließen.
• Durch den nun folgenden Vorheizbetrieb mit praktisch der vollen Vorheizleistung emitieren die Lampen-lektroden bereits nach wenigen hundert Millisekunden.
• Infolge der annähernd rechteckförmigen Spannung öffnet der Starter allgemein in einer Phasenlage,bei der die Gasstrecke der Lampe sofort zündet.
• Die Leistungsreduktion über die Frequenz und nicht über die Amplitude der Spannung ermöglicht auch bei tiefen Temperaturen einen einwandfreien Betrieb der Lampe.
• Selbst Lampen, die sich sonst nur schwer mit reduzierter Leistung betreiben lassen, wie z.B. die NL-Lampen mit 26 mm Durchmesser arbeiten bei Leistungsreduktion über die Schaltfrequenz tadellos.
• Das Zerhacken der beiden (lleich;pannungen mit Niederfrequenz erfordert in der praktischen Ausführung kaum mehr Aufwand als elektromechanische Umschaltvorrichtungen, die ihrerseits auch eine Zeitsteuerung und eine Leistungssteuerung benötigen.
• Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnunger dargestellt und wird im folgenden beispielsweise näher beschrieben.
• Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemaiden Schaltungsanordnung und Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung.
• Eine handelsübliche Leuchte L mit induktiver Strombegrenzung wie sie z.B. eine Langfeldleuchte darstellt und die für den Betrieb an einer normierten in Spannung und Frequenz definierten Wechselspannung ausgebildet ist, soll für Notbeleuchtungszwecke über die im folgenden beschriebene Schaltungsanordnung an einer Gleichstromquelle betrieben werden. Entsprechend dem Blockschaltbild der Fig.1 besteht diese Anordnung aus einem Wechselrichter WR, der als ein im Kilohertzbereich arbeitender selbstgeführter Gegentaktwandler ausgebildet ist, einem nachgeschalteten Gleichrichter OD und einer Glättungseinheit (Sieb schaltung) S zur Umwandlung der Gleichspannung in zwei am Ausgang der Glättungseinheit S abgreifbaren symmetrischen Gleichspannungen U1, U2, deren Spannungspegel so geregelt ist, daß seine Höhe zwischen dem Spitzenwert und dem Effektivwert der im normalen Netzbetrieb der Lampe benutzten Wechselspannung liegt. Diese beiden Gleichspannungen werden nachfolgend durch zwei elektronische Zerhackerstufen Za, Zb in eine annähernd rechteckförmige Wechselspannung umgeformt, deren Frequenz in etwa der im üblichen Netzbetrieb benutzte Frequenz (#50Hz) entspricht, wobei dann diese modifizierte Wechselcpannung zur Versorgung der an sich für den Betrieb an einer normierten Wechselspannung vorgesehenen Leuchte dient. Zur Regelung der Leistungsaufnahme der Leuchte weist die Anordnung eine Schalteinrichtung mit den entsprechend dem Blockschaltbild der Fig. 1 dargestellten Funktionseinheiten auf. Die Schalteinrichtung enthält einen Meßumformer M zur Erfassung des Leuchtenstromes I und zur Umwandlung des Leuchtenstromes in eine analoge Istwertspannung Ui Mit dem Meßumformer in Verbindung steht ein Schaltverstärker SV mit eingangsseitiger Integration der bei Uberschreiten eines definierten Leuchtenstromes 1 bzw. der entsprechenden Istwertspannung Ui. die Leistungsregelung aktiviert. Der Schalterverstärker SV weist dabei ein Zeitverhalten auf, und zwar muß erst eine den Daten der Leuchte anpassbare genügend lange Zeit ein hinreichend großer Leuchtenstrom I geflossen sein, ehe eine Aktivierung der Schalteinrichtung erfolgt.
• Ein dem Schaltverstärker nachgeschalteter Regelverstärker RV erfaßt einerseits als Istwert die Istwertspannung Uides Meßumformers M und als Sollwertspannung die Ausgangssignale des Schaltverstärkers SV. Fällt der. Lampenstrom I auch nur kurzzeitig unter einen vorgegeben Minimalwert, erfolgt über den Schaltverstärker SV und den Regelverstärker RV eine sofortige Unterbrechung der Leistungsregelung mit erneutem Start.
• Das verstärkte Regesignal wird dann einem :3pannungsfrequenzwandler W zugeführt, der die Ausgangsspannung des Regelverstärkers RV in eine Folge von Steuerimpulssen umwandelt, deren Folgefrequenz proportinal der Ausgangsspannung des Regelverstärkers RV ist. Mit dieser Impulsfolge wird dann eine dem Spannungs-Frequenzwandler nachge schaltete bistabile Kippstufe KS angesteuert, die ihrerseits wiederum mit einem Steuerstransfrmator STR in Verbindung steht, dessen beide Ausgangswicklungen die Schaltelemente der elektronischen Zerhackerstufe Za, Zb ansteuern (Anschlüsse a,b). Die Leistung der Leuchte wird also über die Zehrhackerfrequenz der elektronischen Zerhackerstufe gesteuert. Dies geschieht dadurch, daß die angeschlosserle Leuchte L zunächst eine dem jeweiligen Lampentyp angepaßte Zeit mit erhöhter Leistung arbeitet. Dann wird die Frequenz der Zerhackerstufe Za, Zb über die Schalteinrichtung zum Zwecke der Stromreduzierung erhöht bis auf einen Dauerwert, bei welchem die Leistung der Leuchte einem erforderlichen Dauerwert für den Notbetrieb entspricht.
• Die Schalteinrichtung steller also die Leistungsregelung der LeuchteLderart, daß einer ersten, dem Startvorgang zugeordneten Betriebsart mit erhöhter Leistung nach einer bestimmten, der verwendeten Lampe angepaßten Zeit, eine Betriebsart reduzierter Leistung folgt.
• Ein detalliertes Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung wird im folgenden anhand des Schaltbildes der Fig. 2 beschrieben. Einean einem Eingang E anliegende Gleichspannung wird dem selbstgeführten Gegentaktwandler zugeführt. Diese Wandlereinheit besteht aus zwei Schalttransistoren T3 und T4, den zugehörigen Kondensatoren C5 bis C7, der Diode D5, den Widerständen R7 und R8 und dem eigentlichen Ubertrager TR1. Die von dem Wandler erzeugte, am Ubertrager TR1 anliegende Wechselspannung wird durch den Gleichrichter aus den Dioden D1 bis D4 gleichgerichtet und über das Siebglied aus den Glättungskondensatoren C3 und C4 mit den zugehörigen Widerständen R5 und R6 geglättet. Die an den Verknüpfungspunkten R5 und R6 abgreifbaren szmmetrischen Gleichspannungen mit entsprechend eingestelltem Spannnungspegel werden einer Gegentakttransistorstufe aus zwei Zehrhackerstufen zugeführt die jeweils Lus einem über eine Diode D12, D13 überbrückten Schalttransistor T1, T2, Kondensatoren C1,C2 und Widerständen Rl, R2 bestehen. Die Zerhackerstufen zerlegen die zu einer gemeinsamen Spannung zusammengesetzten symmetrischen Gleichspannungen in eine annähernd rechteckförmige Wechselspannung, die über einen Spannungsbegrenzer VDR1 und eine Hf - Drossel FDR1 der Lampe L mit zugehöriger Zündeinrichtung zugeführt wird. Die Dioden D12, D13 speisen dabei die von der angeschlossenen Leuchte geforderte Blindleistung verlustarm in die Siebeinrichtung zurück.
• Der andere Anschlußpol der Leuchte steht über einen Meßumformer mit dem durch den Verbindungspunkt der Widerstände R5 und R6 gebildeten Mittelanschluß des Ubertragers TR? in Verbindung. Dieser Meßumformer zur Umwandlung des Leuchtstromei in eine analoge Istwert spannung erfaßt über einen Strommeßwiderstand R3 den Leuchtenstrom und setzt ihn in eine am Widerstand R12 abgreifbare Istwertspannung um, die dem Leuchten strom proportional ist. Zu diesem Zwecke weist der Meßumformer einen Optokoppler aus den über das Potentiometer TRP1 einstellbaren Dioden OKla und den über Widerstände R10, R9 und Schutzdiode D6 an -Pol der Gleichspannungsquelle liegenden Koppeltransistoren OKlb auf. Um aus dieser Istwert-spannung Signale für die Aktivierung des Regelvorganges ableiten zu können, ist der Schaltverstärker rrit eingangsseitiger Integration angeordnet. Er besteht aus dem Differenzverstärker 0V1a mit dem zugehörigen Netzwerk aus den Widerständen Ril bis R17, den Dioden D7, D8, der Zenerdiode ZD1 und den Kondensatoren C8,C9 und C14. Wenn genügend lange ein hinreichend großer Leuchtenstrom geflossen ist, wobei die Zeit durch den Widerstand R11 in Verbindung mit dem Kondensator C9 bestimmt wird, legt der Differenzverstärker OVla den Arbeitspunkt für den Regelverstärker OV1b fest. Dabei wird dem Regelverstärker OV1b seinerseits der Istwert über den Widerstand Ril, R 19 mit zugehörigem Kondensltor C9 zugeführt.
• Die Ausgangsspannung des Regelverstärkers wird über eine Diode D9, einen Kondensator C11 und Widerstände R22, R23 einem über einen Widerstand R24 an + Potential liegenden Unijunction-Transistor UJT1 zugeführt, der die Ausgangsspannung in eine Folge von Steuerimpulsen umwandelt, deren Folgefrequenz proportional der Ausgangsspannung des Regelverstärkers ist.
• Der Rückkopplungszweig des Regelverstärkers OV1b wird durch den Kondensator C10 und die Widerstände R20, R 21 gebildet.
• Mit der Steuerimpulsfolge wird die bistabile Kippstufe aus den Gegentakttransistoren T5, T6 mit zugehörigem Netzwerk aus den Dioden D10, D11, Kondensatoren C12, CG3 und den Widerständen R25 bis R30 angesteuert, die entsprechende Steuersignale erzeugt, welche über den Steuertransformator TR2 die Steuereingänge a,b,c,d der Schalttransistoren Tl, T2 der Zerhackerstufen beaufschlagen.
• Bezugszeichenliste L Leuchte WR Wechselrichter GL Gleichrichter S Glättungs (Sieb) einheit U1, U2 symmetr. Gleichspannungen Za,Zb elektronische Zerhackerstufen M Meßumformer 1 Leuchtenstrom Ul Istwertspannung SV Schaltverstärker RV Regelverstärker W Spannungs-Frequenz-Wandler KS Bistabile Kippstufe STR Steuertransformator a, b,c, Anschlüsse d T3, T4 Schalttransistoren C5-C7 Kondensatoren D5 Diode R7,R8 Widerstände TRl Ubertrager D1-D4 Dioden C3,C4 Glättungskondensatoren R5,R6 Widerstände D12, D13 Dioden Tl,T2 Schalttransistoren C1,C2 Kondensatoren Rl,R2 Widerstände VDR1 Spannungsbegrenzer FDR1 HF-Drossel R3 Strommesswiderstand R12 Widerstand TRP1 Potentiometer OKla Leuchtdioden des Optokopplers R9, R10 Widerstände D6 Schutzdiode OKlb Koppeltransistoren OVla, Differenzver-OVlb, stärker Widerstände R19 D7,D8 Dioden ZD1 Zenerdiode c8,c9, Kondensatoren C14 D9 Diode C11 Kondensator R20-Widerstände R24 T5,T6 Gegentakttransistoren D10, Dioden D11 C12, Kondensatoren 013 R25- Widerstände R30 TR2 Steuertransformator E Gleichstromquelle L e e r s e i t e

Claims (9)

1. Anordnung zum Betrieb von lampen mit induktiver Strombegrenzung an rXleichstromquellen.

   Patentansprüche 1. Anordnung zum Betrieb von an sich für die Funktion mit einer normierten Wechselspannung vorgesel-lenen Leuchten oder anderen elektrischen Geräten mit induktiver Strombegrenzung über eine Gleichspannung, gekennzeichnet durch einen elektronischen Wechselrichter (WR) mit zugehöriger Gleichrichter- und Siebeinrichtung (GL,S) zur Erzeugung von zwei, einen zwischen dem Effektivwert- und dem Spitzenwert der normierten Wechselpannung liegenden Spannungspegel aufweisenden, symmetrischen Gleichspannungen, einer die symmetrischen Gleichspannungen in eine Wechselspannung mit der Frequenz der normierten Wechselspannung näherungsweise entsprechenden Frequenz umformenden elektronischen Zerhackerstufe (Za,Zb) und einer die Leistung der Leuchte (L) über die Zerhackerfrequenz der Zerhackerstufe (Z&,Zb) derart regelnde Schalteinrichtung, daß einer ersten, dem Startvorgang zugeordneten Betriebsart erhöhter Leistung eine Betriebsart reduzierter Leistung folgt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (WK) als selbstgeführter Gegentaktwandler ausgebildet ist.
3. 3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Zerhackerstufe (Za,Zb) eine Gegentakttransistorstufe mit zwei im Schaltbetrieb arbeitenden, jeweils durch eine gegensinnig geschaltete Diode (D12,D13) überbrückten Schalttransistoren (Tl,T2) zur verlustarmen Rückführung der zum Betrieb der Leuchte (L) erforderlichen Blindleistung an die Siebeinrichtung (S) aufweist.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung eine den Leuchtenstrom (I) über einen Meßwiderstand (R3) und einen Optokoppler (OKla, OKlb) erfassende Meßeinrichtung (M) mit zugehörigem Zeitglied aufweist, die derart ausgebildet ist, daß nach Uberschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes des Leuchtenstromes (I) das Zeitglied aktiviert wird, das wiederum mit seinem Zeitverhalten das Umschalten der Anordnung auf eine Betriebsart mit reduzierter Leistung bestimmt (SV, OVla).
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied derart ausgebildet ist, diß beim Unterschreiten eines vorgegebenen Minimalwertes es Leuchtenstromes (1) ein sofortiges Rücksetzen des Zitgliedes erfolgt.
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung einen Regelverstärker zur Leistungsregelung (RV, OVlb) aufweist, der zur Erfassung des Istwertes mit der Meßeinrichtung (M) verknüpft ist.
7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung als Stellglied zur Leistungseinstellung einen Spannungs-Frequenzwandler (W) aufweist, der über eine bistabile Kippstufe (KS) mit nachgeschaltetem Steuertransformator (STR) die Schaltelemente der elektronischer Zerhackerstufe (Za,Zb) steuert.
8. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bi 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Betrieb von Leuchtstofflampen mit reduzierter Leistungsaufnahme verwendet wird.
9. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung in Notbeleuchtungsanlagen verwendet wird.

   Beschreibung: