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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von Gasentladungslampen, die im Stromkreis der Lampe eine Induktivität, mindestens ein Schaltelement, ferner wenigstens eine Komparatoreinheit und passive Elemente enthält.
Wie bekannt, muss man für Gasentladungslampen-zwecks Strombegrenzung-auch im Dauerbetrieb-sogenannte Vorschaltgeräte verwenden. Wegen des unvermeidbaren Leistungsverbrauches, der Nichtverwendbarkeit von kapazitiven Systemen (wegen der zu niedrigen Netzfrequenz) und der besonderen Forderungen der Zündung haben sich grundsätzlich zwei theoretisch und auch praktisch entsprechende Vorschaltgerätetypen zum Betrieb von Gasentladungslampen verbreitet.
An Stellen, wo eine entsprechende Netzspannung (220 V, 380 V) zur Verfügung steht, so im allgemeinen in Europa, haben sich Systeme mit Drosselspulen durchgesetzt, die zwar nicht ganz verlustfrei sind, jedoch bei Anwendungen ohne besondere Ansprüche annehmbare technisch-ökonomische Parameter sichern.
In Gebieten, wo das induktive System dem Netz nicht entsprechend angepasst werden kann, so hauptsächlich in USA, werden statt einer induktiven Reihenimpedanz sogenannte Streufeldtransformatoren verwendet, so dass dort Systeme mit hoher Leerlaufspannung (ohne Zündelement) verbreitet sind.
Neben dem bereits erwähnten Nachteil, wonach ein Anteil von 5 bis 20% der Nennleistung in Wärme umgewandelt wird, d. h. dass diese Systeme verlustbehaftet sind, entstehen noch andere Nachteile :
Die Masse der Geräte ist gross, so dass im Falle der Notwendigkeit der Anbringung des Vorschaltgerätes in der Nähe der Lampe oder im Falle einer Anwendung in tragbaren, mobilen Beleuchtungseinrichtungen diese Vorschaltgeräte nicht brauchbar sind.
Der Strom der Lampe ändert sich wegen der Netzschwankungen in starkem Masse. Das Licht ist im Rhythmus der doppelten Netzfrequenz moduliert, wodurch besonders die kinotechnische Anwendung der Lampen beschränkt ist.
Es ist leicht einzusehen, dass die Nachteile der bekannten Geräte besonders kritisch sind, wenn man berücksichtigt, dass die neuesten Hochdruck-, Gas- bzw. Dampfentladungslampen mit korrekter Farbenwiedergabe im Mittelpunkt des Interesses der Konsumenten, besonders der Kinoindustrie stehen, wo aber zugleich der Forderung nach der Tragbarkeit und der Modulationsfreiheit mit vorhanden ist.
Zur Beseitigung der erwähnten Nachteile existieren Lösungsvorschläge für die Erzielung eines völlig modulationsfreien Betriebes durch umfangsreiche, komplizierte und teure Anordnungen mit einphasige Speisung, welche für Reporterzwecke nicht geeignet sind.
Prinzipiell könnte man die Nachteile durch Frequenzvervielfachung verbessern, dies wäre aber für die Lampe selbst nachteilig und mit Komplikationen verbunden.
Eine Regelanordnung zur Leistungsstabilisierung einer Metalldampf-Hochdruck-Entladungslampe mit einer die Leistungsaufnahme der Lampe beeinflussenden Regeleinrichtung, in deren Eingangskreis der Istwert für den Betriebszustand der Lampe angenähert durch additive Überlagerung von Lampenstrom und Lampenspannung gebildet ist, ist aus der AT-PS Nr. 271627 bekannt. Hiebei wird durch Phasenanschnittsteuerung des durch die Entladungslampe und eine Vorschaltinduktivität fliessenden Stromes der Mittelwert der von der Lampe aufgenommenen Leistung, bezogen auf die Dauer einer Periode bzw. Halbperiode der Netzwechselspannung, konstant gehalten. Diese Art der Regelung hat zur Folge, dass die Lichtmodulation bzw. das Flimmern der Lampe mit doppelter Netzfrequenz nicht vermindert, sondern sogar verstärkt wird.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Schaltungsanordnung, die von den vorher erwähnten Nachteilen und Unzulänglichkeiten frei ist, die den Betriebsanforderungen der Kinoindustrie dadurch entspricht, dass die Vorschaltgeräte für Gas- bzw. Dampfentladungslampen, besonders für Metallhalogenlampen mit kurzem Lichtbogen, eine geringe Lichtmodulation ergeben, eine kleine Masse haben, also leicht tragbar sind, Anwendungsmöglichkeiten sowohl für Reporter wie auch für Studiozwecke bieten, einen stabilisierten bzw. geregelten Lampenstrom und schliesslich einen erhöhten Wirkungsgrad aufweisen.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, dass bei einer Schaltunganordnung der eingangs angegebenen Art in Reihenschaltung mit der Lampe eine Induktivität, ein in Reihe liegendes erstes Schaltelement und in Parallelschaltung mit der Lampe entweder ein zweites Schaltelement oder ein im wesentlichen gleichwirkendes, aus in Reihe geschaltetem Widerstand und Kondensator gebildetes RC-Glied vorhanden sind, und der Steuereingang (die Steuereingänge) des (der) Schaltelemente (s) am Ausgang eines dem Lampenstromkreis zugeordneten Komparators derart angeschlossen ist (sind), dass der Lampenstrom je nach vom momentanen Lampenstrom abhängiger Stellung des
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Komparators entweder über das erste Schaltelement oder das zweite Schaltelement bzw. das an Stelle des letzteren im Stromkreis alternativ vorhandenen RC-Glied fliesst.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung verkörpert im wesentlichen einen elektronischen
Regelstromkreis, durch den das am Anfang geschlossene, in Reihe geschaltete (und das am Anfang offene, parallelgeschaltete) Schaltelement bei Überschreitung eines vorgegebenen Schwellwertes des vom
Netz gelieferten Lampenstromes (das durch den Stromkomparator überwacht wird) in den gegensinnigen
Betriebszustand umgeschaltet wird, so dass dann durch die Lampe wegen der Wirkung der Induktivität nur ein geringerer Strom fliesst. Beim Erreichen eines unteren Stromschwellenwertes erfolgt dann wieder eine
Umschaltung der Schaltelemente, und der durch die Lampe fliessende Strom nimmt in Abhängigkeit des momentanen Wertes der Netzspannung wieder zu.
Die Schaltelemente dürfen nie gleichzeitig in geschlossenem Zustand sein. Diese Forderung kann in den höheren Frequenzbereichen besonders durch Anwendung des Reihen-RC-Gliedes anstatt des zweiten
Schaltelementes erfüllt werden.
Gemäss einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung kann ferner auch ein unmittelbar an die Spannungsquelle (Netz) angeschlossener Spannungskomparator vorgesehen sein, dessen Ausgang an den Eingang des Stromkomparators angeschlossen ist. Durch die Anwendung des
Spannungskomparators kann die Lichtmodulation noch weiter vermindert werden. Der Stromkomparator überwacht den Momentanwert der Netzspannung, und wenn dieser zur Erhöhung des Lampenstromes nicht genügend hoch ist, wird die Speisung mittels der Induktivität auch weiter so lange aufrechterhalten, bis die Spannung auf einen den Strom erhöhenden Wert angestiegen ist.
Bei einer andern vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist eine mit der Lampe in Reihe geschaltete geteilte Induktivität vorgesehen. Die miteinander in Reihe geschalteten Induktivitäten beeinflussen die oben beschriebene Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nicht. Vorzugsweise liegt die geteilte
Induktivität beiderseits der Lampe im Stromkreis. Diese Anordnung erleichtert im Falle der Anwendung eines Zündstromkreises (beim Zünden) den Schutz der verwendeten Halbleiterschaltelemente.
Die Schaltelemente der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung können Transistoren, Thyristoren oder symmetrische Thyristoren sein.
Es ist vorteilhaft, wenn der Schwellwert des Stromkomparators vorwählbar (einstellbar) ist, weil so die gewünschte Lichtleistung der Lampe innerhalb vorgegebener Grenzen geregelt bzw. verändert werden kann.
Das Wesen der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig. l eine Ausführung der erfindungsgemässen Schaltungsan- ordnung, Fig. 2 eine Ausführungsvariante der Schaltung nach Fig. l und Fig. 3 eine weitere Ausführungs- variante, bei welcher die Induktivität geteilt angeführt ist.
Bei der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 1 ist eine Hochdruck-Gasentladungslampe --4--, die zweckmässig eine kurze Lichtbogenstrecke aufweist, über eine mit ihr in Reihe geschaltete Induktivität - und ein steuerbares Halbleiter-Schaltelement --1-- an das Netz angeschlossen. Am gemeinsamen Pol des Schaltelementes-l-und der Induktivität --3-- ist ein zu der Lampe --4-- parallelgeschaltetes
Schaltelement --2-- angeschlossen. Die Schaltelemente--1 und 2-- befinden sich hinsichtlich des Öffnens und des Schliessens stets in entgegengesetztem Betriebszustand, so dass sie nie in gleicher Betriebsphase (nie gleichzeitig leitend) sein können.
Die Steuereingänge der Schaltelemente--1 und 2-- sind an den
Ausgang eines den Strom der Lampe --4-- kontinuierlich überwachenden Stromkomparators-5-- angeschlossen, wobei an den beiden Netzleitungen ein mit dem Komparator --5-- verbundener Spannungs- komparator --6-- liegt.
Diese Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt :
Die Lampe --4-- wird über das am Anfang leitende Schaltelement --1-- und die Induktivität --3-- mit
EMI2.1
Überschreitet der Lampenstrom den vorgegebenen Wert um einen bestimmten Betrag, so schliesst der Stromkomparator --5-- das Schaltelement --2-- und öffnet gleichzeitig das Schaltelement --1--. Der
Lampenstrom fliesst dann unter Wirkung der in der Induktivität --3-- gespeicherten Energie durch das Schaltelement --2-- und er nimmt dabei ab. Sobald der abnehmende Strom einen vorgegebenen Sollwert unterschreitet, schaltet der Stromkomparator --5-- die Schaltelemente --1 und 2-- erneut in die vorherige
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netzgespeiste Betriebslage zurück. Ist der Momentanwert der Netzspannung in diesem Zeitpunkt hoch genug, so steigt der Strom an.
Im Falle einer ungenügenden Netzspannung hält der die Netzspannung kontinuierlich überwachende Spannungskomparator --6-- den Betriebszustand der Speisung mittels der Induktivität --3-- auch weiterhin aufrecht, und die Umschaltung auf Netzbetrieb erfolgt erst und nur dann, wenn die Netzspannung den den Lampenstrom erhöhenden Pegelwert bereits erreicht bzw. überschritten hat.
Der vorstehend ausführlich beschriebene Stromkreis wird zweckmässig mit Halbleiterschaltelementen ausgeführt, wobei bei geringeren Leistungen hauptsächlich eine Graetz-Gleichrichterschaltung und Transistoren, bei höheren Leistungen dagegen eine Graetzschaltung und Thyristoren oder symmetrische Thyristoren verwendet werden. Falls Schaltelemente. mit Thyristoren verwendet werden, ist auch die Verwendung wenigstens eines im Stromkreis des Schaltelementes --2-- angeordneten Schwingkreises erforderlich. Im Stromkreis des Schaltelementes-l-ist in diesem Fall die Anordnung eines Schwingkreises nicht erforderlich, weil die Schaltungsanordnung durch ihre übrigen Elemente (Filter, Zünder) die Bedingungen des Ausschaltens auch ohne diese erfüllt.
Es ist aber unbedingt dafür zu sorgen, dass die Schaltelemente --1 und 2-- nicht gleichzeitig in geschlossenem Zustand, d. h. stromleitend, sein können, so dass eine von der Ansprechzeit der Schaltelemente abhängige Sicherheitszeit vorhanden sein muss. Um während der Umschaltzeit entstehende schädliche Überspannungen bzw. Stromtransienten vermeiden zu können, wird das Schaltelement --2-- mit einem eine "Z"-förmige Charakteristik aufweisenden Halbleiterelement, z. B. mit einem entsprechenden Selenhalbleiter, überbrückt.
EMI3.1
einem Kondensator bestehendes Reihen-RC-Glied in den Stromkreis parallel zur Lampe --4-- eingefügt, zu welchem auch ein Überspannungsableiter parallelgeschaltet ist.
Ein Spannungskomparator - wie aus Fig. 2 hervorgeht-wird hiebei nicht verwendet, obwohl dies auch hier zwecks weiterer Verminderung der Lichtmodulation von Vorteil sein kann.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist in jeder Hinsicht mit derjenigen der Schaltung gemäss Fig. l identisch.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 enthält zwecks Zündung der Lampe--4--Hochspannungszünd- stromkreise --7 und 8--. Hier wird der Schutz der Schaltelemente --1 und 2-- dadurch erleichtert, dass im Stromkreis vor und hinter der Lampe --4-- geteilte Induktivitäten --3a und 3b-- eingefügt sind.
Die Halbleiterschaltelemente werden durch einen Überspannungsleiter --9-- geschützt. Bei dieser Ausführungsvariante wird kein Spannungskomparator verwendet. Im Dauerbetrieb ist die Wirkungsweise der Schaltung im wesentlichen mit jener der schon erwähnten identisch.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist nicht nur zum Betrieb von Wechselspannungs-Entladungsgeräten, sondern auch für solche für Gleichspannungsbetrieb geeignet. Im letzteren Fall ist ein Spannungskomparator --6-- überhaupt nicht nötig, und die Halbleiterelemente sind nur zum Betrieb in einer Richtung vorgesehen.
Durch die erfindungsgemässe Schaltanordnung werden die Lichtmodulation, das Gewicht und der Umfang von Vorschaltgeräten im Vergleich mit den bereits bekannten Geräten stark vermindert, so dass bedeutend günstigere Vorschaltgeräte ausgebildet werden können. An Stelle von grossen Induktivitäten, die in erster Linie das Gewicht und den Umfang der bekannten Geräte bestimmen, können in der Schaltungsanordnung gemäss der Erfindung nur im physikalischen Sinne als Drossel betrachtete, in ihrer Ausführung jedoch vielmehr als Hochfrequenzinduktivitäten geringer Masse geltende Induktivitäten verwendet werden, wodurch alle oben erwähnten Zielsetzungen der Erfindung gleichzeitig und völlig erfüllt werden.
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