DE1170544B - Elektronischer Wechselrichter zur Speisung von Leuchtstofflampen - Google Patents

Elektronischer Wechselrichter zur Speisung von Leuchtstofflampen

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DE1170544B
DE1170544B DEL43281A DEL0043281A DE1170544B DE 1170544 B DE1170544 B DE 1170544B DE L43281 A DEL43281 A DE L43281A DE L0043281 A DEL0043281 A DE L0043281A DE 1170544 B DE1170544 B DE 1170544B
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Germany
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fluorescent lamps
inverter
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dimensioned
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DEL43281A
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Dipl-Ing Hellmuth Boehm
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/516Self-oscillating arrangements
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/26Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/282Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

  • 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.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Elektronischer 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 Si)annun2steiler verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtstofflampen (20, 21, 22) in einem überwiegend induktiv dimensionierten Stromkreis (5, 8) angeordnet sind und daß eine Grundbelastung (43 ... 48) für den Wechselrichter vorgesehen ist, die nach erfolgter Einschaltung und Zündung der Leuchtstofflampen (20 ... 22) abschaltbar ist.
  2. 2. Wechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundbelastung (43 ... 48) in einem weiteren, überwiegend induktiv dimensionierten Stromkreis (42) angeordnet ist. 3. Wechselrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in diesem weiteren, überwiegend induktiv dimensionierten Stromkreis als Induktivität eine Luftdrossel (42) angeordnet ist. 4. Wechselrichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundbelastung (43 ... 48) ein Verbraucher mit Gegenspannung vorgesehen ist. 5. Wechselrichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbraucher mit Gegenspannung ein Brückengleichrichter (45 ... 48) und ein mit dessen Gleichstromanschlüssen verbundener Kondensator (44), dem ein ohmscher Widerstand (43) parallel geschaltet ist, vorgesehen ist. 6. Wechselrichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltung des überwiegend induktiv dimensionierten, die Leuchtstofflampen (20 ... 22) enthaltenden Stromkreises (8, 5 usw.) über einen kurzzeitig wirksamen Vorwiderstand (27) erfolgt. 7. Wechselrichter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein überwiegend induktiv dimensionierter Steuerstromkreis (13, 14, 15) zur Erzeugung von Zündimpulsen für die steuerbaren Ventile (9, 9') vorgesehen ist, dessen einer Anschluß mit dem Mittelpunkt der Reihenschaltung der beiden steuerbaren Ventile (9, 9') und dessen anderer Anschluß mit einem an der speisenden Gleichspannung (1, 2) liegenden kapazitiven Spannungsteiler (111, 14 ll') verbunden ist. 8. Wechselrichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Erleichterung des Anschwingens des Wechsehichters der zum Anschluß des Steuerstromkreises (13 ... 15) bestimmte kapazitive Spannungsteiler (11" 1122 11') in spannungserhöhender Weise in Reihe umschaltbare Kondensatoren (11" 112) enthält. 9. Wechselrichter nach den Ansprüchen 1, 7, 8, gegebenenfalls auch in Verbindung mit mindestens einem der übrigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ablaufsteuerung (7, 28, 29, 28, 31, 31, 29) zur Ingangsetzung des Wechselrichters.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1237222B (de) * 1965-07-15 1967-03-23 Licentia Gmbh Schaltungsanordnung zur Speisung von Leuchtstofflampen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1237222B (de) * 1965-07-15 1967-03-23 Licentia Gmbh Schaltungsanordnung zur Speisung von Leuchtstofflampen

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