DE3214669C2 - Anordnung zum Betrieb von Entladungslampen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betrieb von an sich für die Funktion mit einer normierten Wechselspannung vorgesehene Leuchten oder anderen elektrischen Geräten mit induktiver Strombegrenzung über eine Gleichspannung. Die Anordnung besteht aus einem elektronischen Wechselrichter (WR) mit zugehöriger Gleichrichter- und Siebeinrichtung (GL, S) zur Erzeugung von zwei einen zwischen dem Effektivwert- und dem Spitzenwert der normierten Wechselspannung liegenden Spannungspegel aufweisenden symmetrischen Gleichspannungen, einer die symmetrische Gleichspannungen in eine Wechselspannung mit der Frequenz der normierten Wechselspannung näherungsweise entsprechenden Frequenz umformenden elektrischen Zerhackerstufe (Za, Zb) und einer die Leistung der Leuchte (L) über die Zerhackerfrequenz der Zerhackerstufe (Za, Zb) derart regelnde Schalteinrichtung, daß einer ersten, dem Startvorgang zugeordneten Betriebsart erhöhter Leistung, eine Betriebsart reduzierter Leistung folgt.

Description

dessen dauernde Startversuche unternimmt, etwa so wie es bei deaktiver Gasstrecke der Fall Ist.

Folglich könnte In einem derartigen System die Leistung der Notleuchten nur auf Werte oberhalb 8056 der Nennwerte reduziert werden, oder es könnte andererselts nicht garantiert werden, daß die Anlage In der vorgeschriebenen Ansprechzeit die geforderte Beleuchtungsstärke erbriogt.

Hler 1st nicht das Prinzip eingeflossen, daß In einer ersten Anlaufphase mit hoher Leistung angestrebt wird, die Leuchten möglichst rasch und sicher zu zünden.

Außerdem erlaubt eine zentrale Versorgung vieler Leuchten In der o. g. Art praktisch nicht den Rückgriff des Versorgungsgerätes auf den Betriebszustand jeder einzelnen Leuchte und ihre optimale Ansteuerung. is

Der Erfindung Hegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung so auszubilden, daß sich ein einfacher und kostengünstiger Aufbau des Umformers ergibt, daß ein sichererer Start der Entladungslampe gewährleistet ist, und daß eine Regelung der Leistung der Enthdungslampe Im Dauerbetrieb möglich 1st.

Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Patenspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind In den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Dadurch, daß gemäß der Erfindung die zur Verfügung stehende Gleichspannung über einen elektronischen Wechselrichter und eine an dessen Ausgang angeschlossene Gleichrichter- und Siebeinrichtung sowie eine nachstellt und die für den Betrieb an einer normierten Spannung und Frequenz definierten Wechselspannung ausgebildet ist, soll für Notbeleuchtungszwecke über die Im folgenden beschriebenen Schaltungsanordnung an einer Gleichstromquelle betrieben werden. Entsprechend dem Blockschaltbild der Flg. 1 besteht diese Anordnung aus einem Wechselrichter WR, der als ein Im Kilohertzbereich arbeitender selbstgeführter Gegentaktwandler ausgebildet Ist, einem nachgeschalteten Gleichrichter GL und einer Glättungselnhelt (Siebschaltung) S zur Umwandlung der Gleichspannung In zwei am Ausgang der Gättungselnheit 5 abgreifbaren symmetrischen. Gleichspannungen Ul, i/2, 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 umgeformi, deren Frequenz in etwa der im üblichen Netzbetrieb fesnutzte Frequenz (~50 Hz) entspricht, wobei dann diese modifizierte Wechselspannung 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 FI g. 1 dargestellten Funktionseinheiten auf. Die Schalteinrichtung enthält einen Meßumformer M zur Erfassung des Leuchtenstromes / und zur Umwandlung des

geschaltete elektronische Zerhackerstufe In eine Wech- 30 Leuchtenstromes In eine analoge Istwertspannung Ui.

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selspannung 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 Gasstrecke des in der Leuchte vorhandenen Glimmstarteres sofort zünden und der Starterkontakt sehr schnell schließen.

Durch den nun folgenden Verheizbetrieb mit praktisch der vollen Vorheizleistung emittieren die Lampenelektroden bereits nach wenigen hundert Millisekunden.

Infolge der annähernd rechteckigen Spannung öffnet der Starter allgemein In einer Phasenlage, bei der die Gasstrecke der Lampe sofort zündet.

Die nachfolgende Leistungsreduktion über die Frequenz und nicht über die Amplitude der Spannung ermöglicht auch bei tieferen Temperaturen einen einwandfreien Betrieb der Lampe.

Selbst Lampen, die sich wie 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 Gleichspannungen mit Niederfrequenz erfordert In der praktischen Ausführung kaum mehr Aufwand als elektromechanlsche Umschaltvorrichtungen, die Ihrerseits auch eine Zeltsteuerung und eine Leistungssteuerung benötigen.

Eine Ausführungsform der Erfindung Ist in den Zeichnungen dargestellt und wird Im folgenden beispielsweise näher beschrieben. Es zeigt

Flg. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Mit dem Meßumformer In Verbindung steht ein Schaltverstärker SV mit eingangsseltlger Integration der bei Überschreiten eines definierten Leuchtenstromes / bzw. der entsprechenden Istwertspannung Ui, die Leistungsregelung aktiviert. Der Schaltverstärker SV weist dabei ein ZeIU erhalten auf, und zwar muß erst eine den Daten der Leuchte "anpaßbare genügend lange Zelt ein b'.nrel-, chend großer Leuchtenstrom / geflossen sein, ehe eine Aktivierung der Schalteinrichtung erfolgt.

&'·: dem Schaltverstärker nachgeschalteter Regelverstärker R V erfaßt einerseits als Istwert die Istwertspannung Ui des Meßumformers M und als SoMwertspannung die Ausgangssignale des SchaltverstArkers SV. Fällt der Lampenstrom / auch nur kurzzeitig unter einen vorgegebenen Minimalwert, erfolgt über den Schaltverstärker SV und den Regelverstärker RV eine sofortige Unterbrechung der Leistungsregelung mit erneutem Start. Das verstärkte Regelsignal wird dann einem Spannungsfrequenzwandler W zugeführt, der die Ausgangsspannung des Regelverstärkers R V in eine Folge von Steuerimpulsen umwandelt, deren Folgefrequenz proportional rfer Ausgangsspannung des Regelverstärkers RV Ist. Mit dieser Impulsfolge wird dann eine dem Spannungs-Frequenzwanfüer nachgeschaltete bistabile Kippstufe KS angesteuert, die Ihrerseits wiederum mit einem Steuertrans'formator STR In Verbindung steht, dessen beide Ausgangswicklungen die Schaltelemente der elektronnonlsch-n Zerhackerstufe Za, Zb ansteuern (Anschlüsse a, b). Die Leistung der Leuchte wird also über die Zerhackerfrequenz der elektronischen Zerhakkerstufe gesteuert. Dies geschieht dadurch, daß die angeschlossene Leuchte L zunächst eine dem jeweiligen Lampentyp angepaßte Zelt mit erhöhter Leistung arbeitet. Dann wird die Fiequenz der Zerhackerstufe Za, Zb

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Flg. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfln- 65 über die Schalteinrichtung zum Zwecke der Stromredu-

dung. zierung erhöht bis auf einen Dauerwert, bei welchem die

Eine handelsübliche Leuchte L mit Induktiver Leistung der Leuchte einem erforderlichen Dauerwert für

Strombegrenzung wie sie z. B. eine Langfeldleuchte dar- den Notbetrieb entspricht.

Die Schalteinrichtung steuert also die Leistungsregelung der Leuchte L derart, daß einer ersten, dem Startvorgang zugeordneten Betriebsart mit erhöhter Leistung nach einer bestimmten, der verwendeten Lampe angepaßten Zelt, eine Betriebsart reduzierter Leistung folgt.

Ein detailliertes Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung wird im folgenden anhand des Schaltbildes der Flg. 2 beschrieben. Eine an einem Eingang E anliegende Gleichspannung wird dem selbstgeführten Gegentaktwandler zugeführt. Diese Wandlereinheit besteht aus zwei Schalttransistoren Γ3 und TA, den zugehörigen Kondensatoren CS bis C7, der Diode DS, den Widerständen Rl und Ri und dem eigentlichen Übertrager TR1. Die von dem Wandler erzeugte, am Übertrager TR1 anliegende Wechselspannung wird durch den Gieichrichter aus den Dioden Ol bis DA gleichgerichtet und über das Siebglied aus den Glättungskondensatoren Γ3 und CA mit den zugehörigen Widerständen R5 und Ä6 geglättet. Die an den Verknüpfungspunkten RS und Λ6 abgreifbaren symmetrischen Gleichspannungen mit entsprechend eingestelltem Spannungspegel werden einer Gegentakttransistorstufe aus zwei Zerhackerstufen zugeführt, die jeweils aus einem über eine Diode D12, D13 überbrückten Schalttransistor Tl. Ti. Kondensatoren Cl, Cl und Widerständen Al, Rl bestehen. Die Zerhackerstufen zerlegen die zu einer gemeinsamen Spannung zusammengesezten symmetrischen Gleichspannungen In eine annähernd rechteckförmlge Wechselspannung, die über einen Spannungsbegrenzer VDR1 und eine Hf -Drossel FDRl der Leuchte L mit zugehöriger Zündeinrichtung zugeführt wird. Die Dioden 012, Ol 3 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

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des Übertragers 77? 1 In Verbindung. Dieser Meßumformer zur Umwandlung des Leuchtenstromes In eine analoge Istwertspannung erfaßt über einen Strommeßwiderstand A3 den Leuchtenstrom und setzt ihn in eine am Widerstand RXl abgreifb?."e Istwertspannung um, die dem Leuchtenstrom proportional Ist. Zu diesem Zwecke weist der Meßumformer einen Optokoppler aus den über das Potentiometer TRPl einstellbaren Dioden OKIa und den über Widerstände R10, R9 und Schutzdiode O6 am -Pol der Gleichspannungsquelle liegenden Koppeltransistoren OATl6 auf. Um aus dieser Istwertspannung Signale für die Aktivierung des Regelvorganges ableiten zu können, ist der Schaltverstärker mit elngangsseitiger Integration angeordnet. Erbesteht aus dem Differenzverstärker OVIa mit dem zugehörigen Netzwerk aus den Widerständen All bis A17, den Dioden 07, Di, der Zenardiode ZOl und den Kondensatoren Ci, C9 und ClA. Wenn genügend lange ein hinreichend großer Leuchtenstrom geflossen ist, wobei die Zelt durch den Widerstand RIl In Verbindung mit dem Kondensator C9 bestimmt wird, legt der Differenzverstärker OHe den Arbeitspunkt für den Regelverstärker OVIb fest. Dabei wird dem Regelverstärker OVIb seinerseits der Istwert über den Widerstand RIl, RlS mit zugehörigem Kondensator C9 zugeführt.

Die Ausgangsspannung des Regelverstärkers wird über eine Diode D9, einen Kondensator Cl 1 und Widerstände «22, R23 einem über einen Widerstand R24 an +Potential liegenden Unijunction-Transistor UJTl zügeführt, der die Ausgangsspannung in eine Folge von Steuerimpulsen umwandelt, deren Folgefrequenz proportional der Ausgangsspannung des Regelverstärkers ist.

Der Rückkopplungszweig des Regel Verstärkers OVXb wird durch den Kondensator ClO und die Widerstände «20, RlX gebildet.

Mit der Steuerimpulsefolge wird die bistabile Kippstufe aus den Gegentakttranslstoren TS, T6 mit zugehörigem Netzwerk aus den Dioden DlO, 011, Kondensatoren C12, C13 und den Widerständen Ä25 bis A30 angesteuert, die entsprechende Steuersignale erzeugt, welche über den Steuertransformator TRl die Steuereingänge a. b, c, d der Schalttransistoren Tl, Tl der Zerhackerstufen beaufschlagen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 sehen Zerhackerstufe (Za, Zb) steuert. Patentansprüche: 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum

1. Anordnung zum Betrieb von Entladungslampen, Betrieb von Leuchtstofflampen mit reduzierter die zusammen mit induktiven Vorschaltgeräten In an 5 Leistungsaufnahme verwendet wird.

sich für den Betrieb an einer normierten Wechselspan- 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

nung vorgesehenen Leuchten angeordnet sind, an dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung in

einer Glelchspannng, mit einem Umformer, der die Notbeleuchtungsanlagen verwendet wird. Gleichspannung in eine Betriebswechselspannung für

die Leuchte mit einer der Frequenz der normierten 10

Wechselspannung näherungsweise entsprechenden Frequenz umformt, dadurch gekennzeichnet,

daß der Umformer aus einem elektronischen Wech- Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem selrichter (WR) mit nachgeschalteter Gleichrichter- überbegriff des Patentanspruches 1. und Siebeinrichtung zur Erzeugung von zwei symme- is Bei der Realisierung von Beleuchtungsanlagen steht trischen Gleichspannungen mit Spannungspegeln zwl- man häufig vor dem Problem, die In einer Anlage erforschen dem EfTektivwert und dem Spitzenwert der nor- derllchen Notleuchten aus bautechnischen, architektonlmlerten Wechselspannung und einer die symmetrl- sehen oder Lagerhaltungsgründen mit den gleichen, sehen Gleichspannungen in die Betriebswechselspan- serienmäßigen Leuchtentypen zu realisieren, wie sie auch nung umformenden elektronischen Zerhackersiufe 20 für die Aügemelnbeieuchtung verwendet werden. (Za. Zb) besteht und daß eine Schalteinrichtung vor- Gleichzeitig muß die Leistung der Leuchten Im Notgesehen ist, die den Leuchtenstrom über eine Meßein- betrieb reduziert werden sowohl um eine geforderte richtung erfaßt und In einer dem Startvorgang züge- Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke zu erreichen, als ordneten Betriebsart den elektronischen Zerhacker auch um mit einer möglichst geringen Energiereserve mit einer ersten Frequenz und Im anschließenden 25 (Batteriekapazität) die Notbeleuchtung über eine gefor-Dauerbetrieb mit einer gegenüber der ersten Frequenz derte Zeltdauer sicherzustellen. Das stößt aber auf erhöhten Frequenz ansteuert, so daß auf die dem Schwierigkelten, wenn diese Leuchten mit Lampen Startvorgang zugeordnete Betriebsart erhöhter Lei- ausgestattet sind, die induktive Vorschaltgeräte und ggf. stung eine Betriebsart mit reduzierter Leistung folgt. Zündgeräte zum Betrieb am Wechselspannungsnetz

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 30 benötigen. Ein typisches Beispiel dafür sind alle Anlagen, zeichnet, daß der Wechselrichter (WR) als selbstge- in denen Langfeldleuchten zum Einsatz kommen, führter Gegentaktwandler ausgebildet ist. Zur Lösung dieser Problematik sind mehrere Vorge-

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, henswelsen allgemein bekannt.

dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Eine gebräuchliche Methode besteht darin, serlenmä-

Zerhackerstufe (Za, Zb) eine Gegentakttranslstorstufe 35 ßlge Leuchten Im Notbetrieb mit Gleichstrom zu betre!-

mlt zwei Im Schaltbetrieb arbeitenden, jeweils durch ben, wobei das Problem entsteht, daß sich Insbesondere

eine gegensinnig geschaltete Diode (D12, 013) über- bei tieferen Temperaturen relativ schnell eine Katapho-

brückten Schalttransistoren (71, 77) zur verlustarmen rese an der Lampe ausbildet, zu deren ieilwelser Beseltl-

Rückführung der zum Betrieb der Leuchte (L) erfor- gung In vielen Fällen aufwendige elektromechanlsche

derlichen Blindleistung an der Siebeinrichtung (S) 40 Umpolvorrichtungen nötig sind,

aufweist. Bei einer anderen Methode werden aus der serlenmäßi-

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gen Leuchte Vorschaltgerät und Starter entfernt, und die dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung Lampe mit einem externen Versorgungsgerät betrieben, eine den Leuchtenstrom (/) über einen Meßwiderstand welches Im Notbetrieb die Lampe mit Wechselstrom von (Λ3) und einen Optokoppler (OKXa, OKIb) erfassende 45 einigen kHz versorgt und Im Netzbetrieb die Lampe über Meßeinrichtung (M) mit zugehörigem Zeltglied ein Im Versorgungsgerät enthaltenes Induktives aufweist, die derart ausgebildet 1st, daß nach Über- Vorschaltgerät betreibt.

schreiten eines vorgegebenen Grenzwertes des Leuch- Bei dieser Vorgehenswelse gleicht die Leuchte nur

tenstroms (/) das Zeltglied aktiviert wird, das noch äußerlich den anderen Leuchten der Anlage,

wiederum mit seinem Zeltverhalten das Umschalten 50 Sie muß aber speziell umgerüstet sein und darf die

der Anordnung auf eine Betriebsart mit reduzierter üblichen Nachwelse über Typprüfungen, wie z. B. VDE-

Leistung bestimmt (SV, OVIa). Zeichen nicht mehr führen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanzeichnet, daß das Zeltglied derart ausgebildet Ist, daß Spruches 1 Ist aus der AT-PS 3 49 102 bekannt. Diese beim Unterschreiten eines vorgegebenen Mlnlmalwer- 55 Anordnung stellt einen Ansatz zur Lösung des Problems tes des Leuchtenstromes (/) ein sofortiges Rücksetzen der Leistungsanspassung von Leuchten mit Entladungsdes Zeltgliedes erfolgt. lampen für die Notbeleuchtung dar.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, Hler wird vorgeschlagen, die Leistungsanpassung mehdadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung rerer Leuchten von einem zentralen Versorgungsgerät einen Regelverstärker zur Leistungsregelung RV, 60 aus vorzunehmen, mit welchem wahlweise die Frequenz OVIb) aufweist, der zur Erfassung des Istwertes mit oder die Spannung der Anlage Im Notbetrieb geändert der Meßeinrichtung (M) verknüpft 1st. wird.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, Nachteilig Ist dabei, daß bei einer Anhebu.ig der dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung Frequenz oder Absenkung der Spannung auf Werte, die als Stellglied zur Lelstungselnstellung einen Span- 65 die Leistung der Lampe nennenswert unter 80% herabsetnungs-Frequenzwandler (W) aufweist, der über eine zen, ein sehr schlechtes Zündverhalten erkauft wird, bistabile Kippstufe (KS) mit nachgeschaltetem Steuer- Es besteht die Gefahr, daß ein erheblicher Teil der antransformator (STR) die Schaltelemente der elektroni- geschlossenen Leuchten gar nicht mehr zündet und statt