DE1032851B - Steuergeraet zum Zuenden und Regeln von parallel geschalteten Leuchtstofflampen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zum Zünden und Regeln von parallel geschalteten Leuchtstofflampen mit jeweils vorgeschalteten Begrenzungsdrosseln unter Verwendung eines Reihenresonanzkreises, von dem mindestens ein Teil den Leuchtstofflampen parallel liegt.

Zur Helligkeitssteuerung von Niederspannungsleuchtstofflampen ist es notwendig, daß man den Mittelwert der Wechselspannung verändert, wobei die Wechselspannung als Speisespannung an der Reihenschaltung der Leuchtstofflampe mit einer Vorschaltdrossel liegt. Entsprechend den charakteristischen Eigenschaften einer Gasentladungsstrecke unterscheidet man auch bei einer Leuchtstofflampe eine Zündspannung stets über der Brennspannung liegt. Die spannung stets über die Brennspannung Hegt. Die Begrenzung des Stromes, die wegen der fallenden Charakteristik einer Bogenentladung nötig ist, wird durch die Vorschaltdrossel erreicht.

Zum erstmaligen Zünden der mit Elektrodenheizung und einem Erdungsstreifen versehenen Leuchtstofflampe ist bekanntlich eine Zündspannung notwendig, die größer ist als die zu jeder periodischen Zündung notwendige Zündspannung, so daß die erstmalige Zündspannung ganz wesentlich über der Brennspannung liegt. Während die Brennspannungen der Leuchtstofflampen nur in geringem Maße voneinander verschieden sind, besteht bei den Zündspannungen eine starke Abhängigkeit jeder Leuchtstofflampe von der Temperatur, dem Gasdruck, den Alterungserscheinungen, Erdungsverhältnissen, der Beschaffenheit des Zündstreifens jeder Lampe usw. Wegen der möglichen Verschiedenheiten einzelner oder aller maßgebender Einflüsse auf die Zündspannung einer Leuchtstofflampe ist für einen einwandfreien Parallelbetrieb mehrerer Niederspannungsleuchtstofflampen eine besonders genau abgestimmte Auslegung der Helligkeitssteuergeräte notwendig. Mit diesen bekannten Einrichtungen läßt sich jedoch keine kontinuierliche Steuerung bis zur völligen Verdunkelung der Lampen +0 erzielen.

Die Erfindung beruht nun auf dem Gedanken, unter Vermeidung dieser Nachteile zur kontinuierlichen Helligkeitssteuerung bis zur völligen Verdunkelung der Spannung an der Reihenschaltung von Vorschaltdrossel und Leuchtstofflampe leistungslose Spannungsspitzen genügender Höhe zu überlagern und den Mittelwert der Wechselspannung an der Last (Vorschaltdrossel und Lampe zusammen) unabhängig von der Zündspitze zu verkleinern. Das Steuergerät nach der Erfindung besitzt einen Resonanzkreis mit einer wesentlich über der Netzfrequenz liegenden Resonanzfrequenz und eine dem Resonanzkreis zugeordnete steuerbare trägheitslose Schalteinrichtung, deren Steuergerät zum Zünden und Regeln
von parallel geschalteten Leuchtstofflampen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Rudolf Weppler, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt worden

Steuersatz in an sich bekannter Weise als Flankensteuersatz mit Horizontalsteuerung ausgebildet ist, derart, daß durch diesen Resonanzkreis eine praktisch leistungslose Spannungsspitze an der Serienschaltung von Leuchtstofflampe und Drossel erhalten wird, die von der Lastspannung unabhängig ist, die ihrerseits bei Änderung des Zündwinkels α zwischen 0 und 180° zwischen Null und dem Betriebswert verändert werden kann.

Um einen nahezu senkrechten Spannungsanstieg und damit eine praktisch leistungslose Spannungsspitze an der Leuchtstoffröhre zu erhalten, muß die Resonanzfrequenz des Schwingungskreises entsprechend hoch liegen. Um einen solchen Schwingungskreis ausreichend anregen zu können, ist es erforderlich, daß die Geschwindigkeit der Spannungsvergrößerung der Wechselspannung ausreichend hoch wird. '

Eine solche ausreichend große Flankensteilheit des Spannungsanstieges mit der Spannungsspitze läßt sich beispielsweise mit gittergesteuerten Gasentladungsröhren erreichen.

Die Schalteinrichtung besteht nach einem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 aus zwei antiparallel geschalteten gittergesteuerten Gasentladungsröhren St₁ und St₂ mit um 180° verschobenen Zündwinkeln, die in Reihe mit einer Induktivität L und einer Kapazität C an einer Wechselspannungsquelle fj angeschlossen sind. Parallel zur Kapazität C liegen zwei Leuchtstofflampen L₁ und L₂ mit vorgeschalteten Vorschaltdrosseln V₁ und V₂. Zwischen Gitter und Kathode beider gittergesteuerten Gasentladungsröhren ist je-

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weils eine Steuergleichspannung U_st gelegt. Bei dieser Schaltung kann durch Änderung des Zündwinkels α von 0 bis 180° die Lastspannung, d. h. die Spannung an der Lampe und Vorschaltdrossel, zwischen Null . und einem Maximalwert verändert werden.

Das Zünden der Lampe entspricht dem Schließen eines mechanischem Schalters zu einem bestimmten Augenblickswert der Wechselspannung JJ (Netzspannung), wobei der Serienresonanzkreis mit der Induktivität L und der Kapazität C angestoßen wird und mit der Resonanzfrequenz schwingt. Die Resonanzfrequenz klingt entsprechend der Dämpfung des Resonanzkreises langsam ab. Das Schwingen des Reihenresonanzkreises hat eine Spannungserhöhung an der Induktivität und der Kapazität zur Folge, so daß auch an der der Kapazität paralell geschalteten Last (Lampe und Vorschaltdrossel) eine Überspannung auftritt, die die Lampe zum Zünden bringt. Nach dem Zünden der Lampe erfolgt — wie erwähnt — eine Dämpfung der Resonanzschwingung, die vor der Zündung nicht bestand.

Die geschilderten Verhältnisse sind für einen bestimmten Betriebszustand (Helligkeitswert) in Fig. 2 näher dargestellt, wobei auf der Ordinate die Lastspannung und auf der Abszisse die Kreisfrequenz der Netzspannung eingetragen ist. Wie daraus hervorgeht, erfolgt bei einem bestimmten Zündwinkel α die Einschaltung des Resonanzkreises und dadurch ein nahezu senkrechter Spannungsanstieg mit einer leistungslosen Spannungsspitze Z, die zum Zünden der Lampe ausreicht und sofort wieder auf den dem weiteren Verlauf der sinusförmigen Wechselspannung zugeordneten Augenblickswert zurückgeht. Dieser Vorgang erfolgt in jeder Halbperiode und wird durch die stark ausgezogene Kurve dargestellt.

In vielen Fällen ist an Stelle einer gesonderten Induktivität L auch die Reaktanz des Netzes ausreichend. Durch entsprechende Bemessungen der Kapazität C₁ beispielsweise im Bereich von 1000 bis lOOOOpF und mehr, kann die Resonanzfrequenz und damit die Höhe der überlagerten Spannungsspitze so verändert werden, daß sämtliche parallel geschaltete Leuchtstofflampen eine gleichzeitige und sichere Zündung erfahren.

Das Steuergerät für die Steuerung der gitter- ⁴S gesteuerten Gasentladungsröhren in der angegebenen Schaltung nach Fig. 1 oder einer entsprechenden Schaltung kann mit einem stromsteuernden Magnetverstärker ausgerüstet sein, wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist. Hierbei ist als Steuergerät ein Paralleltransduktor PT ohne Selbstsättigung verwendet, dessen eines Wicklungspaar 1, 2 in Reihenschaltung über ein Potentiometer Po an eine Gleichsteuerspannung Ugtg angeschlossen ist und dessen anderes Wicklungspaar 3, 4 in Parallelschaltung von der über einen Netztransformator Tr herrührenden Netzspannung U gespeist wird, wobei in diesem Stromkreis noch ein Lastwiderstand R_L und die Primärwicklung 1 α eines Spitzentransformators S₁, vorgesehen ist. Unter einem Spitzentransformator ist dabei ein Transformator zu verstehen, der nur einen geringen Betrag der an die Last abzugebenden Wechselspannung aufzunehmen vermag und anschließend in Sättigung kommt, so daß oberhalb des genannten Betrages die Lastspannung am Lastwiderstand R_L liegt.

Die beiden Sekundärwicklungen 2 a und 3 a des Spitzentransformators Sp sind jeweils im Gitterkreis einer eine Gittervorspannungsquelle B₁ bzw. B₂ enthaltenden gittergesteuerten Gasentladungsröhre St, bzw. St₂ angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß bei Veränderung des Steuerstromes J_stg der Sättigungswinkel des Paralleltransduktors gegenüber der Netzspannungshalbwelle verschoben wird. In gleicher Weise ändern sich die aus Sinusabschnitten bestehenden Spannungsflächen, die an den Lastwiderstand R_L und den Spitzentransformator Sp abgegeben werden. Der Spitzentransformator überträgt, wie erwähnt, den ersten Teil dieser Spannungsflächen in Form steiler Spannungsimpulse, die zur Zündung der gittergesteuerten Gasentladungsröhren dienen. Der Anschluß der Last erfolgt wiederum wie in Fig. 1, so daß am Ausgang des Verstärkers der betreffende Ausschnitt aus der Sinushalbwelle liegt (Fig. 2) und der Mittelwert des Laststromes proportional ist dem Mittelwert der Gleichstrom durchflutung auf der Steuerseite des Paralleltransduktors.

Bei einem bestimmten Wert des Steuerstromes J_stg kann somit ein bestimmter Wert des S ättigungswinkeis des Paralleltransduktors und damit ein definierter Zündwinkel der gittergesteuerten Gasentladungslampen eingestellt werden. Wenn sich außerdem bei gleichem Zündwinkel die Netzspannung U ändern würde, so ändert sich entsprechend auch die Höhe der Lastspannung und damit der Laststrom, d. h. die Helligkeit.

Im unteren Helligkeitsbereich wurden sich also Netzspannungsänderungen sehr stark störend auf Helligkeitsänderungen auswirken, während im oberen Helligkeitsbereich, d. h. im Nennstromgebiet, eine Netzspannungserhöhung insbesondere bei Verwendung einer mit Sättigung arbeitenden, im oberen Sättigungsbereich noch einen ausreichenden Spannungsanstieg aufweisenden Vorschaltdrossel sehr leicht zu einer thermischen Überlastung führen würde.

Infolge der Wirkungsweise des in weiterjSpnAusgestaltung des Steuergerätes nach der ErfM3ung verwendeten Paralleltransduktors wird aber erreicht, daß dieses bei konstantem Steuerstrom und vorgegebenem Belastungswiderstand bei Netzspannungsänderungen so arbeitet, daß der Mittelwert der Lastspannung erhalten bleibt. Eine Netzspannungsvergrößerung bewirkt gemäß Fig. 2 eine Vergrößerung des Sättigungswinkels α, eine Netzspannungsabsenkung bewirkt dagegen eine entsprechende Verkleinerung· desselben, wobei in gleicher Weise der Zündwinkel der gittergesteuerten Gasentladungsröhre verändert wird und seinerseits die Netzspannungsänderungen ausgleicht, so daß die Lastspannung und damit die Helligkeit bei Netzspannungsschwankungen konstant bleibt.

Der Paralleltransduktor hat weiterhin den großen Vorteil, daß er keinen nichtlinearen Widerstand — wie ζ B. ein Selengleichrichter — hat, so daß die Gewähr gegeben ist, daß die S ättigungs winkel von zwei aufeinanderfolgenden Lastspannungshalbwellen stets um 180° phasenverschoben sind. Damit wird erreicht, daß auch die Zündwinkel der gittergesteuerten Gasentladungsröhren um genau 180° verschoben sind und somit ein Gleichspannungsmittelwert an Vorschaltdrossel und Lampe nicht auftreten kann. Auf diese Weise wird ein durch Gleichspannungskomponenten bedingter unruhiger Lichtfluß vermieden. Weiterhin hat der Paralleltransduktor den Vorteil des einfachen Aufbaues und der großen Betriebssicherheit.

Der stromsteuernde Paralleltransduktor ist außerdem gegenüber spannungssteuernden Magnetverstärkern im Hinblick auf eine ungleichmäßige Verschiebung aufeinanderfolgender Halbwellen außerordentlich unempfindlich, so daß Herstellungstoleranzen bei dieser Schaltung durch die Verwendung des angegebenen Paralleltransduktors praktisch, ohne Einfluß sind.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Steuergerät zum Zünden und Regeln von parallel geschalteten Leuchtstofflampen mit jeweils vorgeschalteten Begrenzungsdrosseln unter Verwendung eines Resonanzkreises, von dem mindestens ein Teil den Leuchtstofflampen parallel liegt, gekennzeichnet durch einen mit seiner Resonanzfrequenz wesentlich über der Netzfrequenz liegenden Resonanzkreis, dem eine steuerbare trägheitslose Schalteinrichtung zugeordnet ist, deren Steuersatz als Flankensteuersatz mit Horizontalsteuerung ausgebildet ist, derart, daß durch diesen Resonanzkreis eine praktisch leistungslose Spannungsspitze an der Serienschaltung von Leuchtstofflampe und Drossel erhalten wird, die von der Lastspannung unabhängig ist, die ihrer-

seits bei Änderung des Zündwinkels α zwischen 0 und 180° zwischen Null und dem Betriebswert verändert werden kann.

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuergerät für die Schalteinrichtung ein stromsteuernder Magnetverstärker verwendet ist, vorzugsweise bestehend aus einem Paralleltransduktor ohne Selbstsättigung, dessen eines Wicklungspaar in Reihe an einer Gleichsteuerspannung liegt und dessen anderes Wicklungspaar in Parallelschaltung von der Netzspannung gespeist wird.

3. Steuergerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalteinrichtung zwei antiparallel geschaltete gittergesteuerte Gasentladungsröhren mit um 180° verschobenen Zündwinkeln vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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