-
Elektronischer Wechselrichter zur Speisung von Leuchtstofflampen Es
sind elektronische Wechselrichter mit zwei steuerbaren Halbleiterventilen, zwei
auf der Gleichstromseite in Reihe geschalteten Kondensatoren und einer im Mittelpunkt
angeschlossenen Resonanzdrossel bekannt, bei denen die mit der Resonanzdrossel in
Reihe geschaltete Belastung so niederohmig ist, daß in den Lastkreisen der steuerbaren
Ventile annähernd sinusfönnige Stromwellen entstehen. Wenn die Frequenz des Belastungskreises
höher als die Steuerfrequenz ist, entstehen zwischen den einzelnen Stromimpulsen
Lücken, in welchen das jeweils durchlässig gewesene steuerbare Ventil sicher zum
Erlöschen kommt. Als steuerbare Ventile kommen beispielsweise steuerbare Siliziumwellen
mit Zündeigenschaften (auch Vierschicht-Trioden genannt) in Frage.
-
Eine Schwierigkeit besteht für das Anlassen dieses Wechselrichters,
namentlich für Leuchtstofflampenlast, da vor der Zündung der Leuchtstofflampen der
Gesamtkreis stark gedämpft ist. Erst nach der Zündung der Leuchtstofflampen ist
dieser Kreis durch die Gegenspannung der Leuchtstofflampen so niederohmig, daß sich
die sinusförmigen Stromimpulse mit Lücke ausbilden. Dagegen verlaufen die Ströme
bei ungezündeten Leuchtstofflampen als aperiodische Schwingung ohne Polaritätswechsel
weiter, so daß das durchlässig gewesene steuerbare Ventil nicht rechtzeitig zum
Löschen kommt.
-
Demgemäß betrifft die Erfindung einen elektronischen Wechselrichter
zur Speisung von Leuchtstofflampen, dessen Leistungszweig, an der speisenden Gleichspannung
liegend, zwei in Reihe geschaltete steuerbare Halbleiterventile enthält, wobei der
Mittelpunkt der Reihenschaltung mit Anschlüssen überwiegend induktiv dimensionierter
Stromkreise verbunden ist, deren andere Anschlüsse mit den Mittelpunkten an die
speisende Gleichspannung angeschlossener kapazitiver Spannungsteiler verbunden sind.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstofflampen in einem überwiegend
induktiv dimensionierten Stromkreis angeordnet sind, daß eine Grundbelastung für
den Wechselrichter vorgesehen ist und daß die Grundbelastung nach erfolgter Einschaltung
der Leuchtstofflampen abschaltbar ist. Anders ausgedrückt ist ein Grundgedanke der
Erfindung, durch eine den Leuchtstofflampen entsprechende Ersatzlast, die keinen
Zündverzug hat, den Wechselrichter in Gang zu setzen. Gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung kann die Ersatzlast in einem gesonderten Stromkreis angeordnet sein,
der durch entsprechende Wahl des durch Induktivitäten und Kapazitäten gebildeten
Resonanzwiderstandes einen geringeren Stromfluß zeigt als der eigentliche Belastungskreis
des Wechselrichters nach Zündung der Lampen. Durch den vorgenannten gesonderten
Stromkreis läßt sich eine weichere Inbetriebnahme des Wechselrichters erreichen.
-
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dient das in der Figur dargestellte
Ausführungsbeispiel.
-
Aus einer an die Leitungen 1 und 2 angeschlos# senen Gleichspannung
soll eine Wechselspannung zur Speisung von Leuchtstofflampen 20, 21 und 22 erzeugt
werden. Die Leuchtstofflampen 20 ... 22 sind über Drosselspulen
25, Kondensatoren 24 und Schalter 23 an die Sekundärwicklung eines
Transformators 5 angeschlossen. Zur Zündung der Leuchtstofflampen 20
. . . 22 sind Heiztransformatoren 50 ... 52 sowie ein Spartransformator53,
ein Schutzwiderstand54 und an den Leuchtstofflampen20 ... 22 nicht näher
bezeichnete Außenzündelektroden vorgesehen.
-
Die Primärwicklung des Transformators 5 ist in einem durch
eine Resonanzdrossel 8 überwiegend induktiv dünensionierten Stromkreis angeordnet.
Letzterer steht im Normalbetrieb mit dem gemeinsainen Anschlußpunkt von zwei Kondensatoren
6
und 6, die an der speisenden Gleichspannung liegen, in Verbindung.
Mit Hilfe von zwei steuerbaren Ventilen 9 und 9' wird der überwiegend
induktiv dimensionierte Stromkreis mit der Leuchtstofflampenlast abwechselnd an
den einen Pol und an den anderen Pol der speisenden Gleichspannung gelegt. Das gleiche
gilt aber auch für einen weiteren überwiegend induktiv dünensionierten Stromkreis,
der eine Drosselspule 42, einen Schalter 29 und eine Grundbelastung in Form
eines Widerstandes 43 und eines Kondensators 44, die im Gleichstromzweig eines Brückengleichrichters
45... 48 angeordnet sind, enthält. Dieser weitere überwiegend
induktiv
dimensionierte Stromkreis steht über zwei weitere Kondensatoren 40 und 40' mit der
speisenden Gleichspannung in Verbindung. Die Drosselspule 42 soll nach Möglichkeit
eine Luftdrossel sein, so daß der Kreis der Grundbelastung keinerlei Eisen enthält.
Hierdurch wird verhindert, daß bei einem ungünstigen Einschaltaugenblick Stromspitzen
durch eine Eisensättigung auftreten, die sich besonders bei der Verwendung eines
Transformators bekanntermaßen einstellen. Der Gleichrichterkreis 43 ... 48
hat eine den Leuchtstofflampen 20 ... 22 ähnliche Charakteristik, wenn der
Kondensator 44 hinreichend groß genug gewählt wird. Diese Ersatzschaltung für das
Anlassen des Wechselrichters braucht durch eine andere Bemessung des durch die Kondensatoren
40, 40' und die Drosselspule 42 bedingten Resonanzwiderstandes nur für einen Teil
der Hauptlast ausgelegt zu werden. Meistens wird man mit einem Anteil von
5 bis 20 1/o. der Hauptlast auskommen.
-
Entsprechend dem Kreis der Leuchtstofflampenlast und dem Kreis der
Grundbelastung ist ein Stromkreis zur Zündsteuerung der steuerbaren Ventile
9 und 9' aufgebaut. Es handelt sich dabei um einen wegen einer Drosselspule
13 überwiegend induktiv dimensionierten Stromkreis, der einen einstellbaren
Widerstand 14 und die Primärwicklung eines Zündtransformators 15 enthält.
Der letztgenannte Stromkreis steht über Kondensatoren 11,
11, und
11' mit der speisenden Gleichspannung in Verbindung. Diese drei Kondensatoren
können in spannungserhöhender Weise zur Verbesserung des Anlaßvorganges mit Hilfe
eines Schalters 28 umgeschaltet werden.
-
Bei einer Speisegleichspannung von 110 Volt können beispielsweise
die Kondensatoren 11, und 11, eine Kapazität von je 6 J und der Kondensator
11' von 3 J haben. Bei dem Zündtransformator 15 soll es sich
um einen Sättigungstransformator handeln. Von der Sekundärwicklung 19
wird
die Zündelektrode des steuerbaren Ventils 9
gespeist. Von der Sekundärwicklung
19' wird die Sekundärwicklung des steuerbaren Ventils 9' gespeist.
Zur Einstellung der Zündströme sind die Widerstände 18 und 30 sowie
18' und 30' vorgesehen. Mit Hilfe der Ventile 16 und
17 sowie 16' und 17'
werden nur positive Zündimpulse zu den
Steuerelektroden der steuerbaren Ventile 9 und 9' durchgelassen.
-
Zum Schutz der steuerbaren Ventile 9 und 9' sind die
flinken Sicherungen 33 und 33' sowie Dämpfungsglieder in Form von
Reihenschaltungen eines ohmschen Widerstandes 34 bzw. 34' und eines Kondensators
35 bzw. 35' vorgesehen. Mit Hilfe der Dioden 32 und
32' in Verbindung mit dem Widerstand 10 können länger andauernde Überspannungen
praktisch, konstante Speisegleichspannung vorausgesetzt, aufgefangen werden.
-
Die Inbetriebsetzung des Wechselrichters beginnt mit dem Schließen
eines Schalters 7, über den die speisende Gleichspannung, d. h. die
Zuleitungen 1
und 2, mit dem Wechselrichter verbunden werden. Der Schalter
28 wird zunächst nach links umgelegt. Dadurch liegt jeder der beiden Kondensatoren
111
und 11, an der speisenden Gleichspannung. Durch anschließende Reihenschaltung
der beiden Kondensatoren 111 und 112 kann die an diesen beiden Kondensatoren
resultierende Spannung verdoppelt werden. Wird jetzt der Schalter 28 zum
Zwecke der Reihenschaltung nach rechts umgelegt, so entladen sich die Kondensatoren
111, 11, über den Zündtransformator 15 und induzieren beispielsweise
an der Steuerelektrode des linken steuerbaren Ventils 9
eine positive Zündspannungsspitze.
Das steuerbare Ventil 9 wird daraufhin durchlässig und entlädt die Kondensatoren
111, 112 und auch 40, wobei vorher der Schalter 29 geschlossen worden
ist.
-
Damit nach dem ersten Zündimpuls auch das zweite steuerbare Ventil
9' zum Ansprechen kommt, muß der die Primärwicklung des Zündtransformators
15 durchfließende Stromimpuls ohne Pause durch Null gehen, da anderenfalls
kein Gegenimpuls an der Sekundärwicklung 19' auftritt. Der Stromimpuls im
Kreis 40 ... 48 der Grundbelastung ist dagegen bereits Null geworden, so
daß das steuerbare Ventil 9 erloschen ist. Ein im Stromkreis 13 ... 15
auftretender Rückstrom kann über die Diode 32 weiterfließen und wird dann
bei der Zündung des steuerbaren Ventils 9' von diesem übernommen.
-
Anschließend wird die Einschaltung des eigentlichen Lastkreises mit
den Leuchtstofflampen 20 ... 22 vorgenommen. Hierzu dient zunächst ein Schalter31,
der mit einem Vorkontakt versehen ist. Der Vorkontakt legt die Primärwicklung des
Transformators 5 über einen ohmschen Widerstand 27 an den Verbindungspunkt
der beiden Kondensatoren 6
und 6', um Einschaltströme, die durch Eisensättigungen
bedingt sein können, zu begrenzen. Wenn nach Schließen der Schalter 23 einige
Leuchtstofflampen 20.... 22 gezündet haben, kann der Hauptkontakt des Schalters
31 geschlossen werden. Die Summe der Kondensatoren 6 und
6' ist mit der Drosselspule 8 in Resonanz, wobei auch hier die Eigenfrequenz
höher sein muß als die des Steuerkreises 11 . . . 15, um die Stromlücken
zwischen den Sinushalbwellen zu erzielen. Jede Leuchtstofflampe 20 ... 22
hat noch einen eigenen Resonanzkreis 24 ... 25, der mindestens annähernd
gleich abgestimmt ist wie der Hauptkreis 6, 6' und 8. Man kann deshalb
die Lampen 20 ... 22 nach der Inbetriebsetzung praktisch beliebig zu- und
abschalten.
-
Die Grundbelastung 43 ... 48 ist nach erfolgter Zündung der
Leuchtstofflampen 20 ... 22 durch den Schalter29 abzuschalten. Wenn der Grundlastkreis,
wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt, in einem gesonderten Stromkreis angeordnet
ist, der nur geringe Ströme führt, dann kann auf das Ab-
schalten der Grundlast
verzichtet werden. Damit bei der Inbetriebsetzung des Wechselrichters keine Fehler
im Steuerungsablauf entstehen, kann eine selbsttätige Ablaufsteuerung vorgesehen
sein. Man kann auch hierzu einen Kombinationsschalter verwenden, der die richtige
Schaltfolge in zwangsweise aufeinanderfolgenden Kontaktstufen einhält.