CH664048A5

CH664048A5 - Schutzschaltung fuer eine wechselrichterschaltung.

Info

Publication number: CH664048A5
Application number: CH14884A
Authority: CH
Inventors: Otto Dipl Ing Jagschitz
Original assignee: Zumtobel Ag
Priority date: 1983-01-20
Filing date: 1984-01-12
Publication date: 1988-01-29
Also published as: ATA18683A; AT396536B; DE3401653A1

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für eine Wechselrichterschaltung zum Betrieb von Gasentladungslampen mit einer hochfrequenten Spannung und mit einem an zwei Polen einer Gleichspannungsquelle anschliessbaren Wechselrichter mit mindestens einem geschalteten Ausgang, wobei an diesem Ausgang mindestens ein aus einer Induktivität und einem Kondensator gebildeter Serienschwingkreis liegt und die in Reihe mit dem Serienschwingkreis liegende Gasentladungslampe bzw. Gasentladungslampen anderseitig mit einem den Wechselrichter speisenden Pol 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 Gasentladungslampe startet. Es können dazu Gasentladungslampen mit vorbeheizten Elektroden oder auch solche 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 die Gasentladungslampe auch andere Mängel aufweisen, beispielsweise kann die Emissionsfähigkeit der Elektroden erschöpft sein, so dass die Gasentladungslampe nicht mehr zünden kann.

Aus der DE-OS 2 807 999 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 sperrt. 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-Wechselspan-nungs-Umformer ist in der DE-OS 3 032 328 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 Eingangsstrom des Umformers und ein Treibersignal des Schaltreglers aufgrund eines Triggerimpulses der Impulserzeugerschaltung augenblicklich abschaltbar sind. Diese Überstromschutzschaltung sorgt für einen wirkungsvollen Schutz der Schaltelemente des Umformers gegen Beschädigungen durch einen Überstrom aufgrund 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 durchmessenden Laststrom verursachte Spannungsabfall wird als Steuersignal verwendet.

Aufgabe und Zweck der Erfindung ist es nun, eine Schutzschaltung vorzuschlagen, die den Wechselrichter abschaltet, wenn aufgrund eines solchen Defektes an der Lampe der Start-

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Vorgang 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. Das der gegenständlichen Erfindung zugrundeliegende Problem ist durch eine Überstromschutzschaltung der bekannten Art nicht lösbar.

Zur Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe wird nun vorgeschlagen, dass zwischen einem Pol der Gleichspannungsquelle und einer am anderen Pol angeschlossenen Elektrode einer Gasentladungslampe und — in Richtung des Leistungsflusses gesehen — der Gasentladungslampe nachgeordnet ein Widerstand in Serie mit einem steuerbaren Halbleiterventil 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 des Halbleiterventils über ein Zeitverzögerungsglied und über eine elektronische Auslöseeinrichtung mit dem Serienschwingkreis verbunden ist, und zwischen dem bzw. jedem Serienschwingkreis und dem Zeitverzögerungsglied ein 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 Kondensator des Serienschwingkreises angeschlossen ist, um so zu vermeiden, dass im normalen Betrieb die Gasentladungslampe zusätzlich von einem Gleichstrom durchflössen 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 einsetzbar, wenn am geschalteten Ausgang parallel zueinander liegende Gasentladungslampen mit je einem Serienschwingkreis angeordnet sind. In diesem Falle ist jeder Gasentladungslampe eine Reihenschaltung 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 bei mehreren hintereinandergeschalteten Gasentladungslampen die Serienschaltung aus Widerstand und Halbleiterventil an der am Pol 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 Wi am Pol 1 einer Gleichspannungsquelle V+ - V_, welche über den Schalter S zu- bzw. abschaltbar ist. Die andere Elektrode W2 der Gasentladungslampe G ist über einén 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 Polen 1 und 2 der erwähnten Gleichspannungsquelle liegt. Über einen weiteren Kondensator C3 sind die beiden Elektroden Wi 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 dem Pol 2 der Gleichspannungsquelle V + - V_ und der am anderen Pol 1 angeschlossenen Elektrode W2 der Gasentladungslampe G und — in Richtung des Leistungsflusses gesehen, der Gasentladungslampe G nachgeordnet, ist ein Widerstand Ri in Serie mit einem steuerbaren Halbleiterventil Ti, das beispielsweise als Thyristor ausgebildet ist. Die Steuerelektrode des Halbleiterventils Ti ist über einen Spannungsteiler R2 - R3, einer Diode Di, einem Zeitverzögerungsglied Ci - R4 und einen als elektrische Auslöseeinrichtung D3 wirkenden Trigger mit dem Serienschwingkreis L - K verbunden.

Die der Steuerelektrode des Halbleiterventils Ti unmittelbar vorgeschalteten Widerstände Rö und R7 dienen als Anpassungsund Schutzwiderstände. Darüber hinaus ist die den Widerstand Ri und das Halbleiterventil Ti verbindende Leitung 3 über eine Diode D2 mit dem Wechselrichter W in elektrischer Wirkverbindung dahingehend, dass, wenn in der Leitung 3 ein Strom fliesst, der Wechselrichter abgeschaltet wird.

Wird nun — unter der Voraussetzung, dass die Gasentladungslampe G einen sogenannten Gasdefekt aufweist — 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 Wechspannung wird über den Spannungsteiler R2 - R3 und die Diode Di zum Kondensator Ci und über den Ladewiderstand R5 zum Kondensator C2 geführt, der dadurch eine ansteigende Ladespannung erhält, bis die am Kondensator C2 anstehende Spannung des Auslösewert des Triggers D3 erreicht, der dann durchschaltet und damit das Halbleiterventil Ti öffnet. Der das nunmehr offene Halbleiterventil Ti durchfliessende Strom bewirkt am Widerstand Ri einen Spannungsabfall, der über 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 Ri für das Halbleiterventil Ti, das zweckmässigerweise als Thyristor ausgebildet ist, den notwendigen Haltestrom zur Verfügung stellt.

Wird nun die defekte Gasentladungslampe G entfernt, so wird der den Widerstand Ri durchfliessende Haltestrom für das Halbleiterventil Ti unterbrochen, da dieser Haltestrom ja auch über die Elektrode Wi der Gasentladungslampe fliesst, die mit dem Widerstand Ri und dem Halbleiterventil Ti in Reihe geschaltet ist. Diese Stromunterbrechung schliesst nun das Halbleiterventil Ti, 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 Wi 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.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel wurde zur Steuerung des Halbleiterventils Ti die im Schwingkreis L - K ansteigende Resonanzspannung herangezogen.

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 Hinweisziffern versehen worden sind, denen zur Unterscheidung ein Indexstrich beigefügt wurde. Für die zweite Gasentladungslampe G' werden dann die zusätzlichen Schalt-

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bauteile R2' und R3' für den Spannungsteiler sowie die Dioden Di' und D2' und ein zusätzliches Halbleiterventil Ti' 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' parallelgeschaltet. Im wesentlichen ist die hier in Fig. 2 gezeigte Schaltung eine Verdoppelung jener Schaltung, die in Fig. 1 erläutert worden ist.

Fig. 3 zeigt eine Schaltung, bei der zwei Gasentladungslampen G und G' hintereinandergeschaltet sind. Die Elektrode Wi der Lampe G und die Elektrode W2' der Lampe G' sind über einen zusätzlichen Transformator T3 gespeist. Da bei erfolglosem Startversuch nicht erkennbar ist, welche Lampe defekt ist, können zwei mögliche Fälle hier betrachtet werden. Wird angenommen, dass der Defekt bei der Lampe G liege und wird dadurch die Abschalteinrichtung aktiviert und würde 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' heraus- und wiederum hineingedreht, so 5 kann die Schaltung der Lampen erneut und mit Erfolg starten.

Ist jedoch die Lampe G' defekt, so genügt der Austausch dieser Lampe, um den Startvorgang selbsttätig ohne Betätigung des Netzschalters S und mit Erfolg zu starten.

10 Je nach Dimensionierung der Schaltung können die Bauteile R', Di und Ci eingespart werden. Der Trigger D3 kann mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom gespeist werden.

Die Schaltglieder Ci - R4 dienen als Zeitverzögerungsglied. Ihre Dimensionierung bestimmt jene Zeitspanne, die für den 15 Startversuch zur Verfügung gestellt wird. Dank der erfindungsgemässen 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 der 20 Beleuchtungsanlage, insbesondere wenn diese erhebliche Ausmasse aufweist, eine ganz bedeutende Arbeitserleichterung darstellt.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Schutzschaltung für eine Wechselrichterschaltung zum Betrieb von Gasentladungslampen mit einer hochfrequenten Spannung und mit einem an zwei Polen einer Gleichspannungsquelle anschliessbaren Wechselrichter mit mindestens einem geschalteten Ausgang, wobei an diesem Ausgang mindestens ein aus einer Induktivität und einem Kondensator gebildeter Serienschwingkreis liegt und die in Reihe mit dem Serienschwingkreis liegende Gasentladungslampe bzw. Gasentladungslampen an-derseitig mit einem den Wechselrichter speisenden Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist bzw. sind, wobei parallel zur Entladungsstrecke der Gasentladungslampen mindestens ein weiterer Kondensator vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Pol (2) der Gleichspannungsquelle und einer am anderen Pol (1) angeschlossenen Elektrode (Wi) einer Gasentladungslampe (G, G' ) und — in Richtung des Leistungsflusses gesehen — der Gasentladungslampe (G, G' ) nachgeordnet ein Widerstand (Ri, Ri') in Serie mit einem steuerbaren Halbleiterventil (Ti, Ti') liegt, und das Halbleiterventil (Ti, Ti') von der bei defekter Lampe anwachsenden elektrischen Spannung am Serienschwingkreis (L - K; L' - K' ) gesteuert ist und die den Widerstand (Ri, Ri') und das Halbleiterventil (Ti, Ti') verbindende Leitung (3, 3') über eine Diode (D2, 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 des Halbleiterventils (Ti, Ti' ) über ein Zeitverzögerungsglied (Ci - R4) und über eine elektronische Auslöseeinrichtung (D3) mit dem Serienschwingkreis (L - K; L' - K' ) verbunden ist, und zwischen dem bzw. jedem Serienschwingkreis (L - K; L' - K' ) und dem Zeitverzögerungsglied (Ci - R4) ein Spannungsteiler (R2 - R3; R2' -R3' ) zugeschaltet ist, der eine Gleichrichterdiode (Di, Di' ) aufweist, welche dem Zeitverzögerungsglied (Ci - R4) vorgeschaltet ist.

2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, bei welcher am geschalteten Ausgang parallel zueinander liegende Gasentladungslampen mit je einem Serienschwingkreis angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gasentladungslampe (G, G' ) eine Reihenschaltung aus einem Widerstand (Ri, Ri') und einem steuerbaren Halbleiterventil (Ti, Ti') zugeordnet ist und die Steuerelektroden aller Halbleiterventile (Ti, Tj') miteinander verbunden sind und diese die Steuerelektroden verbindende, gemeinsame Leitung (4) über eine einzige elektronische Auslöseeinrichtung (D3) und über ein einziges Zeitverzögerungsglied (Ci - R4) mit den den einzelnen Gasentladungslampen (G, G' ) zugeordneten Schwingkreisen (L - K; L' - K' ) verbunden ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsteiler (R2 - R3; R2' - R3' ) zwischen Induktivität (L, L' ) und Kondensator (K, K' ) des Serienschwingkreises angeschlossen ist.

4. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren hintereinandergeschalteten Gasentladungslampen die Serienschaltung aus Widerstand (1) und Halbleiterventil (Ti) an der am Pol (1) der Gleichspannungsquelle angeschlossenen Elektrode der in der Serienschaltung letzten Lampe (G' ) liegt (Fig. 3).