DE1074751B - Einrichtung zum Zünden und Betrieb von wechselrichtergespeisten Dampf- und Gasentladungslampen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Für die Speisung von Lichtanlagen mit Leuchtstofflampen in Fahrzeugen aller Art, insbesondere mit eigener Stromversorgung, werden in steigendem Maße Wechselrichter mit Flüssigkeitsstrahl und Transistoren in Wechselrichterschaltung verwendet. Hierbei 5 entsteht mindestens zunächst eine rechteckförmige Spannung, die dann durch Heraussieben der Oberwellen in eine annähernd sinusförmige Spannung umgewandelt wird. Sinusförmige Spannung wird deshalb verwendet, damit die Induktivitäten der Vorschaltdrosseln der Leuchtstofflampen auf einfache Weise mit Kondensatoren kompensiert werden können.

Die Spannung an der Leuchtstofflampe ist in grober Annäherung rechteckig. Es besteht deshalb der Anreiz, die Lampen direkt mit der rechteckigen Wechselspannung zu betreiben. Hierfür sind jedoch recht erhebliche Vorwiderstände nötig, um ein sicheres Brennen der Lampe über den Polaritätswechsel hinaus zu gewährleisten. Bei einer Brennspannung von 50 V ist z. B. eine Speisespannung von mindestens 72 V erforderlich, so daß der Wirkungsgrad ohne den Wechselrichter schon allein nur etwa 7O^iO/o' beträgt. Es sind auch Anlagen bekannt, die mit angenähert rechteckigem Wechselstrom betrieben werden, bei denen ein Gleichstromwandler vor jeder Lampe geschaltet wird. Sie enthalten jedoch außer dem Stromwandler noch eine Lampendrossel, um den Zündschwierigkeiten beim Polaritätswechsel zu begegnen.

Es sind auch Transistor-Wechselrichter mit Einzelspeisung der Leuchtstofflampen bekanntgeworden, bei welchen die Betriebsfrequenz auf ungefähr 10 000 Hz gesteigert worden ist. Bei dieser hohen Frequenz bestehen meist keine Zündschwierigkeiten zwischen den Periodenhälften. Die Entladung in der Leuchtstofflampe nähert sich der ohmschen Charakteristik; der ganze Aufbau der Vorschaltgeräte wird daher sehr einfach und preiswert. Diese Schaltung eignet sich jedoch nur für kurze Leitungen, da bei längeren Zuleitungen die Ladeströme in den Verbindungskabeln auf der Wechselstromseite beträchtlich anwachsen. Außerdem sind diese Anlagen in der Unterhaltung sehr aufwendig, weil bei einer Störung die ganze Transistorarmatur aus der Lampe ausgebaut und ersetzt werden muß.

Bei Verwendung eines oder mehrerer Gruppenwechselrichter wird die Unterhaltung der Geräte erleichtert, da man sie an einer leicht zugänglichen Stelle unterbringen kann. Üblicherweise benutzt man Frequenzen bis 400 Hz, um allzu große Ladungsströme in den Verbindungskabeln oder kapazitive Spezialkabel bei höheren Frequenzen zu vermeiden.

Der Einrichtung nach der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die rechteckige Wechselspannung des Wechselrichters bei jedem Beginn einer Halbperiode Einrichtung zum Zünden und Betrieb
von wechselrichtergespeisten Dampfund Gasentladungslampen

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs - G. m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Dipl.-Ing. Hellmuth Böhm, Berlm-Charlottenburg,
ist als Erfinder genannt worden

mit einer Spannungsspitze zu versehen, um die Erzeugerspannung weitgehend der Lampencharakteristik anzupassen und eine sichere Zündung bei jeder Halbperiode zu gewährleisten. Der Wirkungsgrad des Vorschaltgerätes wird hierdurch gesteigert und das Gerät selber vereinfacht. Auch bei niederen Frequenzen, z. B. 100 Hz, können die Vorteile, die sonst nur höhere Frequenzen bieten, für den Betrieb der Leuchtstofflampe ausgenutzt werden.

Bei der Lösung dieser Aufgabe wird von einer Erscheinung ausgegangen, die man bisher bei mechanischen Stromrichtern als schädlich mit allen Mitteln zu unterdrücken versuchte, nämlich das Entstehen einer hohen Spannungsspitze bei Beginn der Kontaktöffnung durch das Zusammenbrechen des magnetischen Feldes des Streutransformators. Die Aufgabe wird gelöst durch eine solche Bemessung des Kommutierungskondensators, daß die der Magnetisierungsstromänderung während der Kontaktlücke des Wechselrichters entsprechende Frequenz so festgelegt und jene in ihrer Phase so verschoben wird, daß die Kommutierungsspannung statt in der Mitte der Lücke bereits nach etwa einem Zehntel der Lückenzeit durch Null geht und die nächste Halbwelle der gewendeten Spannung übersteigt.

Die Einrichtung nach der Erfindung sei an Hand der Figuren näher erläutert. Die

Fig. 1 und 2 zeigen den zeitlichen Verlauf von Spannung und Strom; wobei in Fig. 1 die Kurvenform eines Wechselrichters mit Zerhackerkontakten gezeigt ist, wie sie normalerweise entsteht;

Fig. 3 und 4 geben Schaltungsanordnungen der wechselrichtergespeisten Röhren wieder.

Die kreuzschraffiert dargestellen Teile bedeuten die Kontaktlücke während der Umschaltung des Kontaktes. An dem Transformator liegt außerhalb der Lücke

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die Gleichspannung +U_g nach oben gerichtet, —U_e nach unten gerichtet. In der Übergangszeit verläuft die Kurve fast geradlinig vom Punkt M bis N₁ wenn der Kondensator C₁ (Fig. 3ϊ in richtiger Größe zum Magnetisierungsstrom des Transformators bemessen ist. Der Magnetisierungsstrom i steigt oder fällt geradlinig mit der Spannung -\- oder — U_e, wenn die Induktivität des Transformators sich nicht verändert. Bei der gezeigten trapezförmigen Spannungskurve stellt i auch den zeitlichen Verlauf des magnetischen Flusses im Transformator dar, auch dann, wenn Sättigungserscheinungen den Magnetisierungsstrom verändern. In der Kontaktlücke hat der Magnetisierungsstrom den Verlauf einer Sinuskurve, die sich nach beiden Seiten ohne Schließen der Kontakte ungedämpft fortsetzen würde, wie gestrichelt angedeutet ist. Die Periodendauer dieser Sinuskurve ist mit T_L im Gegensatz zur Periode T des Wechselrichters bezeichnet. Die der Periode T_L entsprechende Frequenz sei mit f_L bezeichnet. Die Kontaktlücke t_L ist zum besseren Erkennen der Vorgänge übertrieben breit gezeichnet.

In Fig. 2 ist nun gezeigt, wie man die Kurvenformen durch passende Bemessung des Kommutierungskondensators C₁ verändern muß, um die gewünschten Spannungsspitzen zu erzielen. Die Gleichspannungsimpulse + und — Ug haben die gleiche Größe wie in Fig. 1. Man muß nun die Frequenz f_L erhöhen, also T_L verkürzen, um die Spannungsspitze NN' zu erzeugen. Der Magnetisierungsstrom i schließt sich im Punkt H wie bei Fig. 1 in Form einer Tangente an den geradlinigen Anstieg von i an. Der sinusförmige Verlauf des Magnetisierungsstromes entspricht dann der Strecke H-IC. Das Maximum der Stromkurve wird kurz hinter dem Punkt D erreicht, wo die Spannung von M auf D gefallen ist und in D durch Null geht. Der Kondensator C₁ (Fig. 3) ist in D also völlig entladen. Die negative Spitze verläuft auf der Strecke D-N in Form einer Sinuskurve, bis der Kontakt des Zerhackers die Elektrode wieder berührt. Die Spannung bricht dann zusammen und hat einen Ausgleichsvorgang zwischen Netz und C₁ zur Folge, der hier nicht berücksichtigt ist. Der Verlauf H-K'-A'-H' entspricht dem Verlauf des magnetischen Flusses auch bei sättigbarem Eisen, wenn die Induktivität in der Lücke des Transformators sich nicht allzusehr verändert. Um diese Spannungsspitze zu erzielen, muß also die Frequenz f_L gegenüber dem Normalfall in Fig. 1 erhöht werden. Ferner ist meist auch der Transformator für eine höhere Sättigung auszulegen.

In Fig. 3 ist die Schaltung eines mechanischen Wechselrichters WR zur Speisung von Leuchtstofflampen L₁ und L₂... im Prinzip gezeigt, bei welcher die Leuchtstofflampen mit der Spannungsspitze N'N (Fig. 2) gezündet werden sollen. Die Spannungsspitze soll so groß sein, daß auch bei ungünstigem Feuchtigkeitsgehalt der Luft eine sichere Zündung möglich ist. Im allgemeinen kommt man mit Spitzen bis 750 V aus. Die Leuchtstofflampen L₁ und L₂... zünden nun unter Umständen noch vor dem Punkt N', alsdann fällt die Spannung NN' weniger steil ab, da jetzt der Kommutierungskondensator C₁ durch die Leuchtstofflampen entladen wird. Die Auslegung des Kondensators C₁ muß so vorgenommen werden, daß der Punkt N' nicht unterschritten wird, da sonst die Initialzündung unwirksam werden würde. Jede Leuchtstofflampe enthält noch in bekannter Weise ein oder zwei Zündbänder Z, die über einen Sicherheitswiderstand mit der jeweiligen Elektrodenleitung verbunden sind, um gefährliche Berührungsströme zu vermeiden. Es kann zweckmäßig sein, die Anschlüsse der Zündbänder zu kreuzen. Schließlich sind noch während der Stromdurchlaßzeit die Ausgleichswiderstände R₁ und R₂. . . notwendig, um gleiche Stromverteilung in den Leuchtstofflampen zu gewährleisten. Die Widerstände können auch aus Stromwandlern, Regeltransistoren und ähnlichen Einrichtungen bestehen, um den Spannungsabfall der Vorschaltwiderstände klein zu halten.

In Fig. 4 ist eine analoge Schaltung mit einer Transistoranordnung als Wechselrichter dargestellt, die durch die nicht näher gekennzeichnete Steuereinrichtung St gesteuert wird. Die Steuerung der Transistoren erfolgt in bekannter Weise durch einen sättigbaren Transformator, wobei das »Zünden« des neu einsetzenden Transistors so verzögert wird, daß die Spannungsspitzen wirksam werden.

Auch bei einem Verlauf der Spannungskurve nach Fig. 1 läßt sich eine Stoßspannung mit einem kleinen Zündtransformator T_z erzeugen, der mit dem besonders dimensionierten Kondensator C₁ in Reihe geschaltet ist. Die Spannungsspitzen erfolgen dann nur während der Zeit MN. Diese Spannungsspitzen werden den Zündelektroden Z zugeführt. Diese Zündelektroden können jedoch auch nach Fig. 4 mit dem Zündtransformator verbunden werden. Die Schaltung wird zweckmäßig so getroffen, daß am jeweiligen Zündband gegenüber der Kathode die positive Spannungsspitze wirksam wird. Die Kathode der Leuchtstofflampe liegt jeweils an der Zuleitung, die gerade den Minuspol bildet.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zum Zünden und Betrieb von wechselrichtergespeisten Dampf- und Gasentladungslampen, insbesondere Leuchtstofflampen, bei welchen jeder rechteckigen Spannungshalbwelle zu Beginn der Halbwelle eine Spannungsspitze überlagert wird, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung des Kommutierungskondensators, daß die der Magnetisierungsstromänderung während der Kontaktlücke des Wechselrichters entsprechende Frequenz so· festgelegt und in ihrer Phase so verschoben wird, daß die Kommutierungsspannung statt jene in der Mitte der Lücke bereits nach etwa einem Zehntel der Lückenzeit durch Null geht und die nächste Halbwelle der gewendeten Spannung übersteigt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschrift Nr. 927 162;

   deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 696 977;

   französische Patentschriften Nr. 1 123 405,
   1 144 267;

   schweizerische Patentschrift Nr, 328 255;

   Zeitschrift »Eisenbahntechnische Rundschau« 1953, Heft 4, S. 151 bis 157;

   Zeitschrift »AEG-Mitteilungen«, 42 (1952),
   Heft 11/12, S. 255 bis 259; 45 (1955), Heft 9/10,
   S. 493 bis 503.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 909 728/245 1.