Zündgerät zur Zündung einer Gas- und/oder Dampfentladungsröhre Die Erfindung bezieht sich auf ein Zündgerät zur Zündung einer mit vorerhitzbaren Elektroden versehe- nen Gas- und/oder Dampfentladungsröhre, welches Ge rät zum indirekten Anschluss an eine Wechselspan nungsquelle bestimmt ist, deren Spannung als Funktion der Zeit ,praktisch sinusförmig ist, wobei die Eingangs klemmen des Gerätes über ein Halbleiterelement ver bunden sind, das nur in einer Richtung durchlässig ist, und wobei die Verbindungen der Eingangsklemmen des Gerätes mit dem Halbleiterelement praktisch frei von Impedanzen sind.
Bei einem bekannten Zündgerät .der eingangs er wähnten Art ist ein Halbleitergebilde vorgesehen, wel ches aus der Reihenschaltung einer Durchschlagdiode und einer üblichen Diode besteht. Ein Nachteil dieses bekannten Zündgerätes ist, dass die zur Zündung der Röhre verfügbare Spannung höchstens etwa gleich dem Höchstwert der Speisewechselspannung ist. Ein anderer Nachteil ist, dass der Widerstand in der Reihenschal tung, die eine Überbrückung der Röhre bildet, auch dann, wenn diese Reihenschaltung Strom führt, noch verhältnismässig gross ist, so dass der Elektrodenvorer hitzungsstrom beschränkt und auch eine unerwünschte Wärmeentwicklung in der Reihenschaltung erzeugt wird.
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermei den oder wenigstens zu verringern.
Das Zündgerät gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterelement aus einem gesteuerten Halbleitergleichrichter besteht, dass der ge steuerte Gleichrichter parallel mit einer Reihenschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes geschaltet ist, die so bemessen sind, dass .der Blindwiderstand des Kondensators praktisch die Impedanz .der Reihenschal tung bestimmt, dass ein Steuerkreis für den gesteuerten Halbleitergleichrichter vorgesehen ist, und dass minde stens eine der Eingangsklemmen des Steuerkreises mit einer Hauptelektrode !des gesteuerten Halbleitergleich richters verbunden ist.
Es ist zwar an sich bekannt, zur Speisung und Zün dung einer mit vorerhitzten Elektroden versehenen Röhre einen Heizkreis zu benutzen, in dem ein gesteuer tes Halbleiterelement, und zwar ein Transistor, liegt. In diesem bekannten Fall enthält der Heizkreis jedoch auch Impedanzen. Die unvermeidlichen Verluste in diesen Impedanzen schränken den Vorerhitzungsstrom ein, was ein Nachteil ist.
Der Widerstand in Reihe mit dem Kondensator dient zur Begrenzung des Kondensatorstromes durch den ge steuerten Gleichrichter.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher be schrieben. Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild eines erfindungsgemässen Zünd- gerätes mit: einer Dampfentladungsröhre, Fig. 2 eine graphische Darstellung, in der einige im Zündgerät der Fig. 1 auftretende Spannungen in Funk tion der Zeit aufgetragen sind.
In Fig. 1 sind 1 und 2 die Anschlussklemmen an ein Speisenetz von 220 V, 50 Hz. Die Klemmen 1 und 2 sind durch die Reihenschaltung einer Induktivität 3 und einer Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe 4 überbrückt. 3 ist eine Drosselspule, aber die Induktivität kann unter Umständen auch von einem Streutransfor mator gebildet werden. Die Lampe 4 ist mit vorerhitzten Elektroden 5 und 6 versehen. Die Eingangsklemmen des Zündgerätes sind durch eine Reihenschaltung eines Wi derstandes 7 und eines Kondensators 8 miteinander ver bunden. Die erwähnten Eingangsklemmen sind gleich falls über einen gesteuerten Halbleitergleichrichter (Thy ristor) 9 miteinander verbunden. Der gesteuerte Halb leitergleichrichter ist mit einem Steuerkreis versehen.
Dieser Steuerkreis besteht u. a. aus zwei Widerständen 10 und 11, die miteinander in Reihe geschaltet die Hauptelektroden des Thyristors 9 überbrücken. Der Verbindungspunkt der Widerstände 10 und 11 ist über ein Durchbruchselement 12 mit der Steuerelektrode des Thyristors 9 verbunden. Der Verbindungspunkt der Wi- .derstände 10 und 11 ist weiter über einen Kondensator 13 mit der Kathode des Thyristors 9 verbunden. Schliess- lich ist der Verbindungspunkt des Durchbruchselemen- tes 12 und der Steuerelektrode des Thyristors 9 über den Widerstand 14 mit der Kathode des Thyristors 9 ver bunden.
Die Zündung der Röhre 4 in der beschriebenen Schaltung geschieht wie folgt: Wenn .die Klemmen 1 und 2 an die Speisequelle angeschlossen werden, wird über die Induktivität 3 und den Widerstand 10 der Hilfskon densator 13 im Steuerkreis des Thyristors 9 aufgeladen. Wenn dieser Kondensator 13 die Durchbruchsspannung des Elementes 12 erreicht hat, wird der Thyristor 9 lei tend gemacht. Sodann fliesst ein Strom in der Reihen schaltung der Induktivität 3, der Elektrode 5, :des Thy ristors 9 und der Elektrode 6. Wenn .der Strom durch den Thyristor 9 Null wird, wird dieser nichtleitend. Der Kondensator 8 wird jetzt rasch auf etwa das Zweifache der augenblicklichen Netzspannung aufgeladen. Wenn die Lampe nicht zündet, wird etwas später der Thyristor 9 wieder leitend gemacht.
Darauf fängt der Elektroden vorerhitzungsstrom wieder zu fliessen an und so weiter. Dies wiederholt sich, bis die Lampe 4 zündet. Wenn die Lampe gezündet ist, fällt die Spannung über ihr auf einen so niedrigen Wert ab, dass sich über dem Wider stand 11 und somit auch über dem Kondensator 13 eine Spannung ergibt, bei der das Element 12 nicht mehr durchbrochen wird. Mit anderen Worten, der Thyristor 9 wird dann nicht mehr leitend gemacht.
Bei einer praktischen Ausführungsform hatte die Induktivität 3 einen Wert von 1,2 Henry. Die Röhre 4 war für 40 Watt bemessen. Die Brennspannung betrug 103 V. Im Betriebszustand dieser Lampe betrug der Lampenstrom etwa 0,44 A. Der Kondensator 8 hatte einen Wert von 0,15 F. Der Widerstand 7 betrug 30 Ohm, der Widerstand 10 war 100 kOhm, der Wi derstand 11 war 20 kOhm, der Kondensator 13 betrug 56 kpF, das Durchbruchselement 12 hatte eine Durch bruchsspannung von 32 V und einen Haltewert von 27 V, und der Widerstand 14 betrug 200 Ohm. Bei dieser Ausführungsform entsprach die Impedanz des Kondensators 8 (0,15 F) somit etwa 21200 Ohm.
Die Innenimpedanz der Röhre 4 war im Betriebszustand etwa
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Ohm, d. h. etwa 240 Ohm. Der Quotient der Impedanz des Kondensators 8 (für 50 Hz) und der Impedanz der Röhre betrug somit
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Es er gab sich über der Röhre eine Spitzenspannung von etwa 550 V.
In Fig. 2 ist die Netzspannung En (Spannung über den Klemmen 1 und 2 in Fig. 1) als Funktion der Zeit aufgetragen. to stellt einen Nulldurchgang dieser Netz spannung dar. Diese Netzspannung hat einen Höchst wert zu einem Zeitpunkt 4, der T/4 Sekunden von to entfernt ist, wobei
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die Periode der Speisewechselspannung ist. Kurz vor i, d. h. zum Zeit punkt t1, wird der Thyristor 9 (Fig. 1) leitend gemacht. Der Strom durch den Thyristor 9 ist in Fig. 2 mit i be zeichnet. Dieser Strom wird zum Zeitpunkt t3 Null. Zu diesem Zeitpunkt ergibt sich über der Lampe eine Spannung Eb (etwa 550 V), und zwar infolge .der raschen Aufladung des Kondensators 8 (Fig. 1).
Die erwähnte Spannung schwingt aus (Fig.2), bis sich über der Lampe wiederum die Netzspannung ergibt. Aus Fig. 2 geht hervor, dass mit Hilfe der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 sowohl ein verhältnismässig lange dauernder Vorerhitzungsstrom i, der länger als eine Halbperiode dauert, als auch eine Zündspannung (Eb) erreicht wird.
Ein Vorteil des beschriebenen Zündgerätes ist, dass die zur Zündung verfügbare Spannung grösser als der Höchstwert der Speisewechselspannung sein kann. Dies lässt sich wie folgt erklären. Wenn angenommen wird, dass bei einem solchen Zündgerät der gesteuerte Halb leitergleichrichter zu einem Zeitpunkt leitend gemacht wird, der T/4 Sekunden nach einem Nulldurchgang der Speisewechselspannung liegt, so ergibt sich ein Strom durch die Reihenschaltung der Induktivität 3, der zwei Elektroden 5, 6 der Entladungsröhre 4 und des ge steuerten Gleichrichters 9 (wenn die Stromrichtung des gesteuerten Gleichrichters der Polarität der Netzspan nung entspricht). Selbstverständlich fliesst auch ein klei ner Strom durch den die Röhre überbrückenden Kon densator B.
Dieser Strom ist jedoch infolge der verhält- nismässig grossen Impedanz dieses Kondensators ver- nachlässigbar klein. Da die Elektroden der Entladungs röhre nur einen geringen Widerstand haben, bedeutet das Leitendmachen des gesteuerten Gleichrichters eigentlich nur die Anschaltung einer Induktivität an eine Wechselspannungsquelle. Wird die Induktivität zum er wähnten Zeitpunkt, d. h. T/4 Sekunden nach dem Null durchgang :der Speisewechselspannung, eingeschaltet, so wird der Strom etwa
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Sekunden nach diesem Null- durchgang der Speisewechselspannung gleich Null.
Der Strom ist dabei bestrebt, seine Richtung zu ändern, wird aber durch den gesteuerten Halbleitergleichrichter daran gehindert. Dies bedeutet tatsächlich, dass der Kreis, in dem sich der Halbleitergleichrichter befindet, abgeschal tet wird. Mit andern Worten, der Kurzschluss über den die Röhre überbrückenden Kondensator wird beseitigt. Dieser Kondensator hatte jedoch dadurch, dass der ge steuerte Gleichrichter leitend war, keine Ladung. Es ist aber zum Zeitpunkt, zu dem der gesteuerte Halbleiter gleichrichter nichtleitend wird, d. h.
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Sekunden nach dem Nulldurchgang der Speisewechselspannung, die Netzspannung gerade maximal. Infolgedessen wird der Kondensator auf etwa das Zweifache des Höchstwertes der Netzspannung aufgeladen. Diese Spannung ergibt sich nunmehr über den Enden der Entladungsröhre. Sie bewirkt die Zündung der Röhre.
Würde der gesteuerte Gleichrichter zu einem etwas früheren Zeitpunkt, z. B. a Sekunden nach dem Null durchgang der Speisewechselspannung, wobei a kleiner als T/4 ist, leitend gemacht, so würde der den gesteuer ten Gleichrichter durchfliessende Strom erst (T-a) Se kunden nach dem erwähnten Nulldurchgang der Speise wechselspannung Null werden.
Dies kommt daher, weil der Widerstand im Kreis so klein gegenüber wL ist (wobei L der Wert der in Reihe mit der Entladungsröhre liegenden Induktivität ist). Je kleiner a ist, um so mehr nähert sich (T-a) dem Werte T, d. h. um so näher liegt der Zeitpunkt des Nichtleitend- werdens des gesteuerten Halbleitergleichrichters bei dem entsprechenden folgenden Nulldurchgang der Speise wechselspannung, und um so niedriger ist somit der Augenblickwert der Netzspannung zum Zeitpunkt des Nichtleitendwerdens des gesteuerten Halbleitergleich richters, d. h.
um so niedriger wird die Spannungsspitze über dem Kondensator.
Wenn der gesteuerte Gleichrichter 30 Bogengrade vor einem Nulldurchgang der Netzspannung nichtleitend wird
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so ist die augenblickliche Netz spannung gerade gleich dem halben Spitzenwert der Netzspannung
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Vorstehend wurde angegeben, dass beim Nichtleitendwerden des gesteuerten Gleichrichters die Spannung über dem Kon densator auf etwa das Zweifache des Augenblickwertes der Netzspannung aufgeschaukelt wird. Bei
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wird somit die Spannung über dem Kondensator 8 auf das Zweifache des halben Spitzenwertes, d. h. auf den Spitzenwert der Netzspannung, aufgeschaukelt.
Zur Er zielung einer Zündspannung, die grösser als der Schei telwert der Netzspannung ist, muss a somit grösser .als
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Sekunden sein.
Auf entsprechende Weise lässt sich eine obere Grenze für a ableiten und zwar
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Mit Rück sicht auf Verluste stellt es sich jedoch heraus, dass eine praktischere obere Grenze durch
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gegeben wird.
Aus dem Vorstehenden geht mithin hervor, dass bei dem beschriebenen Zündgerät, bei dem der Zeitpunkt des Leitendmachens des gesteuerten Gleichrichters im Zeitraum zwischen
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und Sekunden nach einem
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Nulldurchgang der Speisewechselspannung liegt, die Spannung über der Entladungsröhre bis über den Höchstwert der Netzspannung aufgeschaukelt werden kann.
In .der Regel wird das Zündgerät zu einem beliebigen Zeitpunkt an die Speisewechselspannung angeschlossen. Dabei tritt meistens während weniger Perioden der Wechselspannung ein Einschwingvorgang auf, bevor der gesteuerte Gleichrichter im angegebenen Zeitintervall leitend gemacht wird.
Da der Widerstand eines gesteuerten Halbleiter gleichrichters, wenn dieser sich im leitenden Zustand be findet, sehr klein ist, wird in der Reihenschaltung, wel che die von der Wechselstromquelle abgewendeten En den der Elektroden miteinander verbindet, nur wenig Wärme entwickelt.
Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte auch ein leuchten, dass durch die Anwendung eines gesteuerten Elementes die Dauer des Elektrodenvorerhitzungsstroms eingestellt werden kann. Es ergibt sich somit die Mög lichkeit, einen für die Zündung der Röhre günstigen Kompromiss zwischen verfügbarer Spannung und Vor erhitzungsstrom einzustellen. Im allgemeinen empfiehlt es sich, den Zeitpunkt des Leitendmachens des gesteuer ten Gleichrichters vor T/4 Sekunden nach dem Null durchgang der Speisewechselspannung zu wählen.
In diesem Falle kann nämlich der Elektrodenstrom verhält- nismässig lange (je Periode der Speisewechselspan nung) fliessen, wodurch diese Elektroden schnell ange heizt werden können.
Die Impedanz des in der die Röhre überbrückenden Reihenschaltung befindlichen Kondensators 8 muss zwi schen zwei Grenzen liegen. Diese Impedanz muss näm lich kleiner als ein bestimmtes Vielfaches der Impedanz der Röhre, und zwar kleiner als das 150fache der Impe danz der Röhre im Betriebszustand sein. Dies ist erfor- derlich, um beim Zündvorgang über der Röhre nicht eine sehr kurzzeitige hohe Spannung, sondern eine Span nung, die sowohl hoch ist als auch während einer relativ längeren Zeit über der Röhre auftritt, zu erhalten. Die Röhre zündet dabei nämlich viel zuverlässiger. Für die Impedanz des Kondensators 8 ist auch eine untere Grenze erforderlich.
Die Impedanz des Kondensators 8 darf nämlich nicht kleiner als etwa das 40fache der Im pedanz der Röhre im Betriebszustand sein. Diese letzte Anforderung ist nötig, um zu verhindern, dass die Stromkurve während des Brennens der Röhre zuviel von der Sinusform abweicht. Dies kann nämlich eine Herab setzung der Lebensdauer der Röhre mit sich bringen. Ein anderer Grund, weshalb die Impedanz d es Konden sators 8 nicht zu niedrig sein darf, liegt in der Tatsache, dass sonst der erwähnte Einschwingvorgang nicht so ver läuft, wie vorstehend beschrieben wurde.
Das Zündgerät, welches die Elemente 7 bis 14 (Fig. 1) enthält, liess sich in einem Raum von 2,5 X 3,5 X 4,5 Zentimeter unterbringen. Dieses Zündgerät kann als ge sondertes Bauteil ausgebildet werden. Der beanspruchte Raum ist nicht viel grösser als der für ein Glimmlicht- zündgerät erforderliche Raum. Das beschriebene elek tronische Gerät ist weitererheblich weniger verletzlich als ein Glimmlichtzündgerät.