AT396536B - Schutzschaltung für eine wechselrichterschaltung zum betrieb von gasentladungslampen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für eine Wechselrichterschaltung zum Betrieb von Gasentladungslampen mit einer hochfrequenten Spannung und mit einem an zwei Phasen einer Gleichspannungsquelle anschließbaren Wechselrichter mit mindestens einem geschalteten Ausgang, wobei an diesem Ausgang mindestens ein aus Induktivitäten und Kapazitäten gebildeter Serienschwingkreis liegt und die in Reihe mit dem Serienschwingkreis liegende Gasentladungslampe bzw. Gasentladungslampen anderseitig mit einer den Wechselrichter speisenden Phase der Gleichspannungsquelle verbunden ist bzw. sind, wobei parallel zur Entladungsstrecke der Gasentladungslampen mindestens ein weiterer Kondensator vorgesehen ist.

Es ist bekannt, Gasentladungslampen mit hochfrequenter Spannung, beispielsweise 20 kHz oder mehr zu betreiben. Durch den Betrieb von Gasentladungslampen mit Spannungen hoher Frequenz kann die Lichtausbeute einer solchen Lampe erhöht werden und auch die Bauelemente für den Betrieb der Lampe haben in diesem Fall geringere Verlustleistungen und können daher kleiner gebaut werden als solche, die für den Betrieb von Leuchtstofflampen mit herkömmlicher Netzfrequenz dienen. Um die für das Starten der Gasentladungslampen notwendigen hohen Spannungen zu erhalten, sind in den vorerwähnten Schaltungen Serienschwingkreise den Gasentladungslampen zugeordnet, welche außerordentlich rasch die Spannung ansteigen lassen, bis die mit nicht vorgeheizten Elektroden verwendet werden. Startet die Lampe aus irgend welchen Gründen trotz Erreichen der Startspannung nicht, so steigt hier die Spannung auf Werte an, die die Schaltung gefährden können. Ein Fehler, der das Starten der Gasentladungslampe verhindert, kann beispielsweise darin liegen, daß die Lampe undicht ist, also einen sogenannten Gasdefekt aufweist. Unter Gasdefekt wird hier und im folgenden ein solcher Defekt verstanden, durch welchen die Gasverhältnisse im Glaskolben der Gasentladungslampe in irgend einer Form gestört sind. Diese Gasdefekte können verschiedenste Ursachen haben. Anstelle solcher Gasdefekte kann eine Gasentladungslampe auch andere Mängel aufweisen, beispielsweise kann die Emissionsfähigkeit der Elektroden erschöpft sein, so daß die Gasentladungslampe nicht mehr zünden kann.

Aufgabe und Zweck der Erfindung ist es nun, eine Schaltung vorzuschlagen, die den Wechselrichter abschaltet, wenn auf Grund eines solchen Gasdefektes an der Lampe der Startvorgang nach Ablauf einer vorherbestimmbaren Zeit nicht zum erwünschten Erfolg geführt hat und ferner soll die Schaltung so aufgebaut sein, daß, sobald die defekte Lampe ausgewechselt worden ist, der Startvorgang von selbst in Gang kommt, ohne daß es der Ab- oder Zuschaltung des Netzes bedarf. Für ausgedehnte Beleuchtungsanlagen stellt dies eine ganz erhebliche Erleichterung für das Betreuungspersonal dar.

Aus der DE-OS 28 07 999 ist eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines aus einer niederohmigen Gleichspannungsquelle gespeisten Transistorwechselrichters gegen Kurzschlüsse bekannt. Sie weist eine den Anstieg des Kurzschlußgleichstromes begrenzende Drosselspule auf, die in negativer Richtung des Gleichstromes durch eine Diode überbrückt ist, sowie eine Vorrichtung, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwertes des Kurzschlußgleichstromes alle Transistoren des Wechselrichters spart Im Gleichstromkreis besitzt diese Schaltungsanordnung einen Shunt eine Vergleichseinrichtung und eine Signalstufe, die über einen schnellen Potentialtrennwandler mit den Basisanschlüssen der Transistoren des Wechselrichters verbunden ist

Eine andere Überstromschutzschaltung für einen mit einem Schaltregler ausgestatteten Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umformer ist in der DE-OS 30 32 328 gezeigt und beschrieben. Diese besitzt eine Impulserzeugerschaltung zum Erzeugen eines Triggerimpulses, wenn der Eingangsstrom des Umformers einen vorgegebenen Höchstwert überschreitet und zwei mit der Impulserzeugerschaltung verbundene elektronische Schaltstufen, mittels deren der Eingangsstiom des Umformers und ein Treibersignal des Schaltreglers auf Grund eines Triggerimpulses der Impulserzeugerschaltung augenblicklich abschaltbar sind. Diese Überstromschutzschaltung sorgt für einen wirkungsvollen Schutz der Schaltelemente des Umformers gegen Beschädigungen durch einen Überstrom auf Grund eines plötzlichen Anstieges des Laststromes des Umformers. Bei dieser bekannten Schaltung durchfließt der zu überwachende Laststrom einen ohmischen Widerstand. Der an diesen Widerstand anfallende, vom durchfließenden Laststrom verursachte Spannungsabfall wird als Steuersignal verwendet

Aus den vorstehenden Darlegungen ist ersichtlich, daß das der gegenständlichen Erfindung zugrundeliegende Problem durch eine Überstromschutzschaltung der bekannten Art nicht lösbar ist. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung nun vor, daß zwischen einer Phase der Gleichspannungsquelle und einer an der anderen Phase angeschlossenen Elektrode einer Gasentladungslampe und - in Richtung des Leistungsflusses gesehen - der Gasentladungslampe nachgeordnet ein Widerstand in Serie mit einem steuerbaren Halbleiterventil, beispielsweise einem Thyristor liegt, und das Halbleiterventil von der bei defekter Lampe anwachsenden elektrischen Spannung am Serienschwingkreis gesteuert ist und die den Widerstand und das Halbleiterventil verbindende Leitung über eine Diode mit dem Wechselrichter in Wirkverbindung steht und diesen Wechselrichter im Falle eines Stromflusses in der Leitung abschaltet, wobei die Steuerelektrode (Gate) des Halbleiterventils über ein Zeitverzögerungsglied und über eine elektronische Auslöseeinrichtung, beispielsweise einen Trigger mit dem Serienschwingkreis verbunden ist, und jedem geschalteten Ausgang des Wechselrichters ein zwischen den Serienschwingkreisen desselben und dem Zeitverzögerungsglied liegender Spannungsteiler zugeschaltet ist, der eine Gleichrichterdiode aufweist, welche dem Zeitverzögerungsglied vorgeschaltet ist

Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal ist es zweckmäßig, daß der Spannungsteiler zwischen Induktivität und Kapazität des Serienschwingkreises angeschlossen ist, um so zu vermeiden, daß im normalen -2-

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Betrieb die Gasentladungslampe zusätzlich von einem Gleichstrom durchflossen ist, der zu einseitigen Ablagerungen an den Elektroden und damit zu einer Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit der Gasentladungslampe führen kann. Die vorstehend erläuterte Erfindung ist auch dann zweckmäßigerweise mit Erfolg ersetzbar, wenn der Wechselrichter mehrere parallele geschaltete Ausgänge aufweist, an welchen parallel zueinander liegende Gasentladungslampen angeordnet sind. In diesem Falle ist jeder Gasentladungslampe eine Einschaltung aus einem Widerstand und einem steuerbaren Halbleiterventil zugeordnet und die Steuerelektroden aller Halbleiterventile sind miteinander verbunden und diese die Steuerelektroden verbindende gemeinsame Leitung ist über eine einzige elektronische Auslöseeinrichtung und über ein einziges Zeitverzögerungsglied mit den den einzelnen Gasentladungslampen zugeordneten Schwingkreisen verbunden. Wird nach dem Abschalten der Einrichtung eine der Lampen ausgetauscht, so beginnt der Startvorgang von neuem, ohne daß das Netz vorher ab· und nunmehr neu zugeschaltet werden müßte.

Diese Vorteile treten auch dann auf, wenn mehrere hintereinander geschaltete Gasentladungslampen vorhanden sind und wenn dabei nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal die Serienschaltung aus Widerstand und Halbleiterventil an der an der Phase der Gleichspannungsquelle angeschlossenen Elektrode der in der Serienschaltung letzten Lampe liegt.

Ohne die Erfindung einzuschränken, werden anhand der Zeichnung drei Schaltungsbeispiele näher erläutert

Nach Fig. 1 liegt die Gasentladungslampe (G) mit ihrer einen Elektrode (Wj) an der Phase (1) einer Gleichspannungsquelle (V+ - V.), welche über den Schalter (S) zu- bzw. abschaltbar ist. Die andere Elektrode (W2) der Gasentladungslampe (G) ist über einen Serienschwingkreis (L - K), der aus der Drossel (L) und dem Kondensator (K) besteht, an den geschalteten Ausgang (5) des elektrischen Wechselrichters (W) angeschlossen, der seinerseits an den beiden Phasen (1) und (2) der erwähnten Gleichspannungsquelle liegt Über einen weiteren Kondensator (C3) sind die beiden Elektroden (Wj) und (W2) der Gasentladungslampe in Reihe geschaltet. Der Wechselrichter (W) ist beispielsweise auf eine Betriebsfrequenz von 20 kHz ausgelegt Der Serienschwingkreis (L-K) ist möglichst verlustarm dimensioniert. Seine Resonanzfrequenz kann der Betriebsfrequenz des Wechselrichters (W) entsprechen.

Zwischen der Phase (2) der Gleichspannungsquelle (V+ - V.) und der an der anderen Phase (1) angeschlossenen Elektrode (W2) der Gasentladungslampe (G) und - in Richtung des Leistungsflusses gesehen - der Gasentladungslampe (G) nachgeordnet, ist ein Widerstand (Rj) in Serie mit einem steuerbaren Halbleiterventil (T^), das beispielsweise als Thyristor ausgebildet ist. Die Steuerelektrode des Halbleiterventiles (Τχ) ist über einen Spannungsteiler (R2 - R3), eine Diode (Di), einem Zeitverzögerungsglied (Ci - R4) und einen als elektrische Auslöseeinrichtung (D3) wirkenden Trigger mit dem Serienschwingkreis (L-K) verbunden.

Die der Steuerelektrode des Halbleiterventiles (Τχ) unmittelbar vorgeschalteten Widerstände (Rg) und (R7) dienen als Anpassungs- und Schutzwiderstände. Darüberhinaus ist die den Widerstand (Rj) und das Halbleiterventil (Ti) verbindende Leitung (3) über eine Diode (D2) mit dem Wechselrichter (W) in elektrischer Wixk-verbindung dahingehend, daß, wenn in der Leitung (3) ein Strom fließt, der Wechselricht»' abgeschaltet wird.

Wird nun - unter der Voraussetzung, daß die Gasentladungslampe (G) einen sogenannten Gasdefekt auf weist -der Schalter (S) geschlossen und damit der Wechselrichter (W) an die Gleichspannungsquelle (V+ - V.) angeschlossen, so steigt die Spannung an der Drossel (L) und dem Kondensator (K) des Serienschwingkreises sehr rasch an und erreicht, da die Gasentladungslampe ja wegen ihres Gasdefektes nicht starten kann, immer höhere Werte. Diese rasch ansteigende Wechselspannung wird über den Spannungsteiler (R2 - R3) und die Diode (Οχ) zum Kondensator (Οχ) und über den Ladewiderstand (R5) zum Kondensator (C2) geführt, der dadurch eine ansteigende Ladespannung erhält, bis die am Kondensator (C2) anstehende Spannung den Auslösewert des Triggers (D3) erreicht, der dann durchschaltet und damit das Halbleiterventil (Τχ) öffnet. Der das nunmehr offene Halbleiterventil (Τχ) durchfließende Strom bewirkt am Widerstand (Rx) einen Spannungsabfall, der üb« die Diode (2) und die Leitung (4) dem Wechselrichter (W) zugeführt wird und diesen abschaltet, sobald in der Verbindungsleitung (3) ein Strom fließt Dadurch bricht die Schwingung im Serienschwingkreis (L-K) zusammen, wobei der Widerstand (Rx) für das Halbleiterventil (Τχ), das zweckmäßigerweise als Thyristor ausgebildet ist, den notwendigen Haltestrom zur Verfügung stellt.

Wird nun die defekte Gasentladungslampe (G) entfernt, so wird der den Widerstand (Rx) durchfließende Haltestrom für das Halbleiterventil (Τχ) unterbrochen, da dieser Haltestrom ja auch über die Elektrode (Wx) der Gasentladungslampe fließt die mit dem Widerstand (Rx) und dem Halbleiterventil (Τχ) in Reihe geschaltet ist Diese Stromunterbrechung schließt nun das Halbleiterventil (Τχ), löscht also den Thyristor, wodurch das Abschaltesignal, das über die Leitung (4) dem Wechselrichter (W) zugeführt worden ist, zusammenfällt. Der Wechselrichter ist somit wiederum schwingbereit Da jedoch die defekte Gasentladungslampe (G) entfernt ist und somit im Stromkreis die Elektroden (\Υχ) und (W2) fehlen, kann dieser Schwingvorgang erst dann einsetzen, wenn eine neue Gasentladungslampe (G) eingefügt wurde, wobei es jedoch keiner Betätigung des Netzschalters (S) bedarf, der ja nach wie vor noch geschlossen ist. -3-

Claims (4)

1. AT 396 536 B Im gezeigten Ausführungsbeispiel wurde zur Steuerung des Halbleiterventils (Tj) die im Schwingkreis (L - K) ansteigende Resonanzspannung haangezogen. Es ist möglich, auch andere elektrische Größen für die Steuerung des Halbleiterventils (Τχ) heranzuziehen, beispielsweise der im Störfall ansteigende Strom oder da durch den erhöhten Strom bedingte erhöhte Spannungsabfall an den Schaltungsgliedem. Je nach Wahl des Steuersignals für das Halbleiterventil (Τχ) ist die innerhalb der strichlierten Linie (6) liegende Schaltung und deren Anschluß (A) am Lampenstromkreis zu variieren und abzuändem. Die vorstehend beschriebene Schaltung ist auch dann anwendbar, wenn an den Wechselrichter (W) zwei oder mehrere Gasentladungslampen (G) angeschlossen sind. Eine solche Schaltung zeigt beispielsweise die Fig. 2, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Hinweisziffem versehen worden sind, denen zur Unterscheidung ein Indexstrich beigefügt wurde. Für die zweite Gasentladungslampe (G') werden dann die zusätzlichen Schaltbauteile (R2') und (R3O für den Spannungsteiler sowie die Dioden (D^') und (Dj') und ein zusätzliches Halbleiterventil (Τχ') benötigt Liegt bei einer Lampe (G) ein Gasdefekt vor, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, so startet die Schaltung erst dann wieder, wenn alle Gasentladungslampen (G) und (G') aus ihrer Fassung genommen und dann wieder eingesetzt worden sind. Dabei genügt es, wenn die defekte Lampe herausgenommen und ausgetauscht wird und die andere Lampe aus ihrer Fassung herausgenommen und anschließend wieder eingesetzt wird. In der Schaltung nach Fig. 2 sind die Gasentladungslampen (G) und (G') parallel geschaltet Im wesentlichen ist die hier in Hg. 2 gezeigte Schaltung eine Verdoppelung jener Schaltung, die in Fig. 1 erläutert worden ist Hg. 3 zeigt eine Schaltung, bei da zwei Gasentladungslampen (G) und (G') hintereinander geschaltet sind. Die Elektrode (W]> der Lampe (G) und die Elektrode (W2') der Lampe (G') sind über einen zusätzlichen Transformator (T3) gespeist. Da bei erfolglosem Startversuch nicht akennbar ist welche Lampe defekt ist können zwei mögliche Fälle hia betrachtet werden. Wird angenommen, daß der Defekt bei der Lampe (G) liege und wird dadurch die Abschalteinrichtung aktiviert und wurde die Lampe (G') ausgetauscht so wird in der Folge der Startvorgang zwar eingeleitet, da jedoch die defekte Lampe (G) nach wie vor in die Schaltung eingebunden ist, wird wiederum die Abschalteinrichtung in Funktion treten. Wird nun die Lampe (G) ausgetauscht und die Lampe (G'> haaus- und wiederum hineingedreht, so kann die Schaltung die Lampen erneut und mit Erfolg starten. Ist jedoch die Lamp "") defekt so genügt da Austausch dieser Lampe, um den Startvorgang selbsttätig ohne Betätigung des Ne .alters (S) und mit Erfolg zu starten. Je nach Dimensionierung der Schaltung können die Bauteile (R*, Dj) und (Cj) eingespart werden. Da Trigga (D3) kann mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom gespeist werdoi. Zur Steuerung der Halbleiterventile können auch bei den Schaltungen nach den Fig. 2 und 3 andere Störgrößen (Stromspannungsabfall) herangezogen werden, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert worden ist, je nach Wahl da Störgröße für die Steuerung des Halbleiterventils ist die innerhalb da strichlierten Linie (6) sichtbare Schaltung abzuändem und zu variieren, ebenso der Anschluß dieser Schaltung am Stromkreis der Lampe selbst. Die Schaltglieder (Cj - R4) dienen als Zeitverzögerungsglied. Ihre Dimensionierung bestimmt jene Zeitspanne, die für den Startversuch zur Verfügung gestellt wird. Dank der afindungsgemäßen Schaltung wird der Startvorgang nach Tausch der defekten Gasentladungslampe (G) bzw. (G’) selbsttätig eingeleitet, ohne daß es dazu der Betätigung des einmal geschlossenen Netzschalters (S) bedarf, was für das Überwachungspersonal da Beleuchtungsanlage, insbesondere wenn diese erhebliche Ausmaße aufweist, eine ganz bedeutende Afbeitserleichterung darstellt. PATENTANSPRÜCHE 1. Schutzschaltung für eine Wechselrichterschaltung zum Betrieb von Gasentladungslampen mit einer hochfrequenten Spannung und mit einem an zwei Phasen einer Gleichspannungsquelle anschließbaren Wechselrichter mit mindestens einem geschalteten Ausgang, wobei an diesem Ausgang mindestens ein aus Induktivitäten und Kapazitäten gebildeter Serienschwingkreis liegt und die in Reihe mit dem Serienschwingkreis liegende Gasentladungslampe bzw. Gasentladungslampen anderseitig mit einer den Wechselrichter speisenden Phase der Gleichspannungsquelle vabunden ist bzw. sind, wobei parallel zur Entladungsstrecke da Gasentladungslampen mindestens ein weiterer Kondensator vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet» daß zwischen einer Phase (2) der Gleichspannungsquelle und einer an der anderen Phase (1) angeschlossenen Elektrode (Wx) einer Gasentladungslampe (G, G’) und - in Richtung des Leistungsflusses gesehen - der Gasentladungslampe -4- AT 396 536 B (G, G’) nachgeordnet ein Widerstand (Rj, Rx') in Serie mit einem steuerbaren Halbleiterventil (Τχ, Τχ'), beispielsweise einem Thyristor liegt, und das Halbleiterventil (Τχ, Τχ') von der bei defekter Lampe anwachsenden elektrischen Spannung am Serienschwingkreis (L - K; L' - K') gesteuert ist und die den Widerstand (Rx, Rx') und das Halbleiterventil (Τχ, Τχ’) verbindende Leitung (3, 3') über eine Diode (D2, mit dem Wechselrichter (W) in Wirkverbindung steht und diesen Wechselrichter (W) im Falle eines Stromflusses in der Leitung (3, 3') abschaltet, wobei die Steuerelektrode (Gate) des Halbleiterventils (Τχ, Τχ') über ein Zeitverzögerungsglied (Οχ · R4) und über eine elektronische Auslöseeinrichtung (D3), beispielsweise einen Trigger mit dem Serienschwingkreis (L - K; L' - K') verbunden ist, und jedem geschalteten Ausgang (5) des Wechselrichters (W) ein zwischen den Serienschwingkreisen (L - K; L' · K') desselben und dem Zeitverzögerungsglied (Οχ - R4) liegender Spannungsteiler (R2 · R3; R2' Ity) zugeschaltet ist, der eine Gleichrichterdiode (Οχ, ϋχ') aufweist, welche dem Zeitverzögerungsglied (Οχ R4) vorgeschaltet ist (Fig. 2).
2. 2. Schutzschaltung, bei welcher der Wechselrichter mehrere parallele, geschaltete Ausgänge auf weist, an welchen parallel zueinander liegende Gasentladungslampen angeordnet sind, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gasentladungslampe (G, G') eine Reihenschaltung aus einem Widerstand (Κχ, Κχ') und einem steuerbaren Halbleiterventil (Τχ, Τχ') zugeordnet ist und die Steuerelektroden aller Halbleiterventile (Τχ, Τχ') miteinander verbunden sind und diese die Steuerelektroden verbindende, gemeinsame Leitung (4) über eine einzige elektronische Auslöseeinrichtung (D3) und über ein einziges Zeitverzögerungsglied (Οχ - R4) mit den den einzelnen Gasentladungslampen (G, G') zugeordneten Schwingkreisen (L - K; L' - K') verbunden ist (Fig- 2).
3. 3. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (R2 - R3; R2'-R3') zwischen Induktivität (L, L') und Kapazität (K, K') des Serienschwingkreises angeschlossen ist.
4. 4. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren hintereinandergeschalteten Gasentladungslampen die Serienschaltung aus Widerstand (1) und Halbleiterventil (Τχ) an der an der Phase (1) der Gleichspannungsquelle angeschlossenen Elektrode der in der Serienschaltung letzten Lampe (L’) hegt (Fig. 3). Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -5-