DE1413502A1

DE1413502A1 - Rectifier arrangement with a series resistor on the AC side, in particular for operating gas discharge tubes

Info

Publication number: DE1413502A1
Application number: DE19631413502
Authority: DE
Original assignee: IBAK HELMUT HUNGER
Current assignee: IBAK HELMUT HUNGER
Priority date: 1963-01-09
Filing date: 1963-01-09
Publication date: 1968-11-21

Description

GLEICHRICHTERANORDNUNG MIT WECHSELSTROMSEITIGEM VOR-SCHALTWIDERSTANDe INSBESONDERE ZUM BETRIEB VON Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gleichrichteranordnung mit wechselstromseitigem Vorschaltwiderstand, insbesondere zum Betrieb von Gasentladungsröhren.RECTIFIER ARRANGEMENT WITH AC-SIDED PRE-SWITCHING RESISTOR PARTICULAR FOR THE OPERATION OF The present invention relates to a rectifier arrangement With a series resistor on the AC side, especially for operating gas discharge tubes.

Viele Arten von Gasentladungslampen benötigen zum Zünden eine Spannung, die erheblich höher als die spätere Brennspannung ist. Die der Lampe zugeführte Spannung muß daher so beschaffen sein, daß sie stark von der Belastung abhängig ist. Außer einer ahöhten Elektrodenspannung ist für die Zündung noch eine zusätzliche Vorionisation erforderlich. Beim Betrieb derartiger Gasentladungslampen aus einer konstanten Stromquelle, wie z. B. dem Lichtnetz, einem Stromerzeugungsaggregat oder dergleichen wird der beim Brennen der Lampe erforderliche Spannungsabfall insbesondere bei Gleichstrombetrieb durch einen Vorschaltwideratand oder bei Wechselstrombetrieb durch eine Verschaltdrossel bzw. einen Streufeldtransformator erreicht. Ein Ohm'scher Vorschaltwiderstand hat den Nachteil der Unwirtschaftlichkeit, da bis über 90 #6 der aufgenommenen Leistung in Wärme umgesetzt werden. Ein Streufeldtransformator oder eine Vorschaltdrossel haben den Nachteil einee schlechten Leistungsfaktors. Um den Leistungsfaktor zu verbessern, werden daher Kondensatoren zum Kompensieren des Blindstromes der Stromquelle parallel geschaltet. Ein derartiges Vorschaltgerät mit Kompensationskondensator nimmt jedoch während der Zeit bis zum Zünden der Gasentladungslampe einen erheblichen Blindstrom auf, der ein Mehrfaches des normalen Nennstromes beträgt und dadurch zu einer Überlastung der Stromquelle oder zumindest zu starken Belastungsstößen im Stromnetz führt. Alle diese Nachteile der bekannten Schaltanordnungen lassen sich erfindungsgemäß dadurch vermeiden, daß der Vorschaltwiderstand der Gleichrichteranordnung aus zueinander parallel liegenden komplexen Widerständen besteht, denen eine Gleichrichteranordnung zur Vollweggleichrichtigung der über die beiden Widerstände fließenden Wechselströme zugeordnet ist und die so bemessen sind, daß sich durch Kompensierung der Blindleistung eine Verbesserung des Leistingsfaktors gegenüber rein induktivem Vorschaltwiderstand ergibt. Die komplexen Vorschaltwiderstände werden zweckmäßig so gewählt, daß der von ihnen gebildete Schwingkreis mit der Frequenz der Stromquelle in Resonanz steht. Eine solche Schaltung zeichnet sich durch einen hohen '9*V'irkungsgrad und, unabhängig vom Betriebszustand der Gasentladungslampe, durch einen guten Leistungsfaktor aus.Many types of gas discharge lamps require a voltage to ignite that is considerably higher than the subsequent operating voltage. The voltage supplied to the lamp must therefore be such that it is highly dependent on the load. In addition to an increased electrode voltage, additional pre-ionization is required for ignition. When operating such gas discharge lamps from a constant power source, such as. B. the lighting network, a power generator or the like, the voltage drop required when the lamp is burning is achieved, especially in direct current operation by a series resistor or in alternating current operation by a switching inductor or a leakage field transformer. An ohmic series resistor has the disadvantage of being inefficient, since up to 90 # 6 of the power consumed is converted into heat. A leakage field transformer or a series reactor have the disadvantage of a poor power factor. In order to improve the power factor, capacitors are connected in parallel to compensate for the reactive current of the power source. Such a ballast with a compensation capacitor, however, consumes a considerable reactive current during the time until the gas discharge lamp ignites, which is a multiple of the normal rated current and thus leads to an overload of the power source or at least to strong load surges in the power grid. All these disadvantages of the known switching arrangements can be avoided according to the invention in that the ballast resistor of the rectifier arrangement consists of complex resistors lying parallel to one another, to which a rectifier arrangement for full-wave rectification of the alternating currents flowing through the two resistors is assigned and which are dimensioned so that by compensating the Reactive power results in an improvement in the power factor compared to a purely inductive series resistor. The complex series resistors are expediently chosen so that the resonant circuit they form is in resonance with the frequency of the power source. Such a circuit is characterized by a high degree of efficiency and, regardless of the operating state of the gas discharge lamp, by a good power factor.

Die Erfindung sei. der Zeichnung veranschaulicht.The invention is. the drawing illustrated.

Es zeigen Fig. 1, 2 und 3 bekannte Ausführungen eines Vorschaltgerätes zum Betrieb einer Gasentladungslampe mit Wechselstromquelle und Gleichrichteranordnung, und zwar Fig. 1 mit Ohm'schem Vorwiderstand, Fig. 2 mit Vorschaltdrossel und Fig. 3 mit Streufeldtransformator; Fig. 4 zeigt ein Vorschaltgerät nach der Erfindung.1, 2 and 3 show known versions of a ballast for operating a gas discharge lamp with an alternating current source and rectifier arrangement, namely Fig. 1 with ohmic series resistor, Fig. 2 with series choke and Fig. 3 with stray field transformer; Fig. 4 shows a ballast according to the invention.

Die in Fig. 1 dargestellte bekannte Schaltung eines Vorschaltger>fites ') a zum Betrieb einer Gasentladungsröhre 2 mit GJechselstromguelle 3, Gleichrichteranordnung 4 und Ohm'schem Vorschaltwiderstand 5 hat den Nachteil eines sehr schlechten Vlirkungsgrades, da der volle Lampenstrom über den Vorwiderstand 5 geführt wird und dort eine erhebliche Verlustwärme erzeugt, welche bei 220 Volt Netzspannung und 22 Volt Lampenbrennspannung etwa 90 51o der aufgenommenen Leistung beträgt.The known circuit of a ballast unit shown in FIG. 1 ') a for operating a gas discharge tube 2 with AC power source 3, rectifier arrangement 4 and ohmic series resistor 5 has the disadvantage of a very poor efficiency, since the full lamp current is passed through the series resistor 5 will and there generates considerable heat loss, which at 220 volts mains voltage and 22 volts lamp voltage is about 90 51o of the power consumed.

Bei dem Vorschaltgerät '1b nach Fig. 2 wird eine Induktivität 6 als Vorschaltwiderstand benutzt und somit eine nahezu leistungslose Spannungsherabsetzung bewirkt. Durch die stark induktive Belastung ist der Blindstrom jedoch recht groß und der Leistungsfaktor somit sehr ungünstig. Lampenstrom und Netzstrom sind etwa gleich groß. Die Stromquelle 3 wird also durch einen starken Blindstrom belastet. Für den betriebsmäßigen Zustand, d. h. beim Fließen des Brennstromes kann die induktive Blindstromkomponente durch einen der Stromquelle 3 parällel geschalteten Kondensator 7 Weitgehend kompensiert werden, so daß die dem Netz entnommene Leistung nur um die in der Drossel 6 und im Gleichrichter 4 auftretende Verluste größer als die von der Lampe 2 verbrauchte Leistung ist. Der kapazitive Blindstrom vor der Zündung ist hierbei größer als der Netzstrom bei vollem Betrieb der Belastung. Während des Betriebes der Lampe 2 setzt sich eine verhältnismäßig große kapazitiveßtromkomponente Ic mit einer ebenfalls großen induktiven Komponente Il und einer kleineren ohmschen Komponente, dem Wirkstrom Iw, zu einer verhältnismäßig kleinen Resultierenden, dem Netzstrom, zusammen. Vor dem Zünden fließt aber, wenn man von dem außerordentlich kleinen Sperrstrom der Gleichrichter absieht, nur der große kapazitive Blindstrom Ic.In the ballast '1b according to FIG. 2, an inductance 6 is used as Series resistor used and thus an almost powerless voltage reduction causes. However, due to the strong inductive load, the reactive current is quite large and the power factor is therefore very unfavorable. Lamp current and mains current are approximate same size. The power source 3 is thus loaded by a strong reactive current. For the operational state, i. H. when the fuel current flows, the inductive Reactive current component through a capacitor connected in parallel to the current source 3 7 Can be largely compensated, so that the power drawn from the network by only the losses occurring in the choke 6 and in the rectifier 4 are greater than that is the power consumed by the lamp 2. The capacitive reactive current before ignition is greater than the mains current when the load is fully operational. During the When the lamp 2 is in operation, a relatively large capacitive current component builds up Ic with an inductive component II, which is also large, and a smaller ohmic component Component, the active current Iw, to a relatively small resultant, the Mains power, together. Before the ignition, however, flows, if one of the extraordinary the rectifier disregards the small reverse current, only the large capacitive one Reactive current Ic.

Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung mit Streufeldtransformator 8 und Kompensationskondensator 7 entspricht in bezug auf Wirkungsweise und Blindstromaufnahme weitgehendst der Schaltung nach Fig. 2.The circuit shown in FIG. 3 with stray field transformer 8 and compensation capacitor 7 largely corresponds to the circuit according to FIG. 2 in terms of mode of operation and reactive current consumption.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Vorschaltgerät nach der Erfindung. Dieses Vorschaltgerät arbeitet wie die in Fig. 1 bis 3 dargestellten bekannten Geräte mit Vollweggleichrichtung; die Gleichrichteranordnung 9 ist jedoch so ausgebildet und so über komplexe Widerstände, nämlich ein induktives Glied 10 und ein kapazitives Glied 11 mit der Wechselstromquelle verbunden, daß Induktivität 10 und Kapazität 11 wie in einem Schwingkreis 12 parallel zueinander liegen und daB sowohl der kapazitive als auch der induktive Strom gleichgerichtet werden und gleichsinnig über die Gasentladungsröhre 2 fließen. Zur Erreichung eines besonders guten Leistungsfaktors von nahezu e cos J'» 1 sind der kapazitive und der induktive Widerstand 10 und 11 so bemessen, daß der der durch sie gebildete Schwingkreis in Resonanz mit Netzfrequenz ist. Diese Bedingung kann sowohl durch die Verwendung eines Kondensators mit kleiner Kapazität in Zusammenschaltung mit einer Drossel großer Induktivität als auch umgekehrt, durch einen Kondensator mit großer b-apazität in Verbindung mit einer Drossel kleiner Induktivität erreicht werden. Für die Erreichung eines großen Lampenstromes muß man den Schwingkreis aus einer Drossel kleiner Induktivität und aus einem Kondensator mit großer Kapazität aufbauen, während man für einen kleinen Lampenstrom den Schwingkreis mit einer Drossel großer Induktivität und einem Kondensator kleiner Kapazität aufbauen müßte. Insofern sind die Werte für Kapazität und Induktivität einerseits durchcl.e Netzfrequenz und andererseits durch den gewünschten Lampenstrom bestimmt. Der Resonanzstrom in dem durch 10 und 11 gebildeten Schwingkreis 12 wird nach Vollweggleichrichtung durch die Gleichrichter 9a, 9b und 9c, 9d zum Betrieb der Gasentladungslampe 2 benutzt. Die über der Gasentladungslampe 2 liegende Spannung ist dabei klein gegenüber der Schwingkreisspannung. Die dem Schwingkreis durch den Betrieb der Gasentladungslampe 2 entzogene Leistung bzw. die im Schwingkreis entstehenden Verluste werden aus dem Netz über zwei Weitere Gleichrichter und 9f dem Gleichstromkreis zugeführt. Dieser für den Betrieb erforderliche Erhaltungsstrom fließt zunächst durch die Gasentladungslampe und dann je nach Phase durch eine Schwingkreishälfte über die Induktivität 10 oder die Kapazität 11.Fig. 4 shows an embodiment of a ballast according to the invention. This ballast works like the known devices shown in FIGS. 1 to 3 with full-wave rectification; However, the rectifier arrangement 9 is designed and so connected via complex resistors, namely an inductive element 10 and a capacitive element 11 to the alternating current source that inductance 10 and capacitance 11 are parallel to one another as in an oscillating circuit 12 and that both the capacitive and the inductive currents are rectified and flow in the same direction through the gas discharge tube 2. To achieve a particularly good power factor of almost e cos J '»1, the capacitive and inductive resistance 10 and 11 are dimensioned so that the the oscillating circuit formed by them in resonance with the mains frequency is. This condition can be achieved both by using a capacitor with a small capacitance in connection with a choke with a large inductance and, conversely, by using a capacitor with a large b-capacitance in conjunction with a choke with a small inductance. To achieve a large lamp current, the resonant circuit must be built up from a choke with a small inductance and a capacitor with a large capacity, while for a small lamp current, the resonant circuit would have to be built up with a choke with a large inductance and a capacitor with a small capacity. In this respect, the values for capacitance and inductance are determined on the one hand by the mains frequency and on the other hand by the desired lamp current. The resonance current in the resonant circuit 12 formed by 10 and 11 is used to operate the gas discharge lamp 2 after full-wave rectification by the rectifiers 9a, 9b and 9c, 9d. The voltage across the gas discharge lamp 2 is small compared to the resonant circuit voltage. The power withdrawn from the resonant circuit by the operation of the gas discharge lamp 2 or the losses occurring in the resonant circuit are fed to the direct current circuit from the network via two further rectifiers 9 and 9f. This maintenance current required for operation first flows through the gas discharge lamp and then, depending on the phase, through one half of the resonant circuit via the inductance 10 or the capacitance 11.

Die Schaltung kann auch als kombinierter Gleichrichter und Spannungswandler aufgefaßt werden, da beispielsweise die Wechselspannung des Netzes bei kleiner Stromentnahme in einer der Brennspannung der Gasentladungslampe angepaßte niedrige Gleichspannung bei großer Stromstärke umgewandelt wird. Bei einer 450 Watt-Kenon-Lampe sind für den Betrieb dieser Lampe eine Gleichspannung von 20 Volt und ein Gleichstrom von etwa 23 Ampere erforderlich. Bei der dargestellten Schaltung erfolgt die Speisung aus dem 220 Volt-Wechselstromnetz mit etwa 3, 5 Ampere bei einem Leistungsfaktor von 'i .The circuit can also be used as a combined rectifier and voltage converter be understood because, for example, the AC voltage of the network with a small current consumption in a low direct voltage matched to the operating voltage of the gas discharge lamp is converted at high amperage. At a 450 watt kenon lamp A direct voltage of 20 volts and a direct current are required for the operation of this lamp of about 23 amps required. The circuit shown is powered from the 220 volt alternating current network with about 3.5 amps with a power factor from 'i.

Dix Stromquelle 3 wird vor der Zündung praktisch überhaupt nicht und nach der Zündung nur mit dem zum Betrieb der Gasentladungslampe erforderlichen Wirkstrom belastet. Wenn sich der innere Widerstand der Gasentladungslampe, beispielsweise durch Alterung, erhöht, so sinkt der Lampenstrom ab, wobei gleichzeitig die Lampenspannung ansteigt. Dadurch würde sich bei den bisherigen Anordnungen nach Fig. 2 und 3 bei voller Kompensation. des Blindstromes eine zu starke kapazitive Belastung des Netzes, also eine Verschlechterung des Leistungsfaktors ergeben, was bei der Schaltung nach der Erfindung ebenfalls vermieden wird. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt, vielmehr sind noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich; insbesondere kann die neue Schaltungsanordnung überall da sinngemäß Anwendung finden, wo eine von der Belastung stark abhängige Spannung gefordert wird. Die Vermeidung einer Blindstromaufnahme ist bei Stromquellen begrenzter Leistung, z. B. bei Umformern, Wechselrichtern, Aggregaten und schwachen Netzen bedeutungsvoll.Dix power source 3 is practically not at all and before the ignition after ignition only with the active current required to operate the gas discharge lamp burdened. If the internal resistance of the gas discharge lamp, for example increased by aging, the lamp current decreases, while at the same time the lamp voltage increases. This would result in the previous arrangements according to FIGS full compensation. the reactive current is too much a capacitive load on the network, thus result in a deterioration in the power factor, which is what the circuit after the invention is also avoided. The invention is not limited to that shown Example limited, there are still many changes and other designs possible; in particular, the new circuit arrangement can be used analogously everywhere there find where a stress that is strongly dependent on the load is required. Avoidance a reactive current consumption is with power sources of limited power, z. B. for converters, Inverters, gensets and weak networks.

Claims

PATENT CLAIMS 1J rectifier arrangement with AC side Pre-switching resistor, in particular for operating gas discharge tubes, thereby characterized in that the series resistor consists of complexes lying parallel to one another Resistors (10, 11), which have a rectifier arrangement (9) for full-wave rectification which is assigned to alternating currents flowing through the two resistors (10, 11) and which are dimensioned in such a way that an improvement is achieved by compensating for the reactive power of the power factor compared to purely inductive ballast 'resistance.

2. Arrangement according to Claim 1, characterized in that the complex ballast resistors (10, 11) are dimensioned so that the oscillating circuit formed by them is in resonance with the frequency of the .Stromquelle is.