DE1489444A1

DE1489444A1 - Elektrische Anordnung mit Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer

Info

Publication number: DE1489444A1
Application number: DE19651489444
Authority: DE
Inventors: Theodorus Hehenkamp
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1964-09-23
Filing date: 1965-09-18
Publication date: 1969-02-13
Also published as: GB1065333A; AT253059B; CH450359A; ES317650A1; NL6411058A; BE670039A

Description

vo/Sp.

Dr. Herbert Scholl

' ■; J.OElLAMPENFABRiÖCBf

PHH- 466
u.tj xv.,_!: 17. Sept. 1965

"Elektrische Anordnung mit Qleiohstrom-Sffechaeletioia-Ümformer¹¹.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer, äLer eine an eine Speiaequelle anschaltbare Reihen·

schaltung eines gesteuerten Halbleitergleichrichter, einer Induktivität und eines Kreises enthalt» dessen Ersatzschaltung aus einer Parallel schaltung einer Kapazität und einer zweiten Induktivität besteht, und einer mit dem erwähnten Kreis gekoppelten Belastung} die zwei oder mehr Qaa- und/ oder Dampfentladungslampen enthält und ausammen mit der Reiheneohaltung des Umformers einer unterkritisch gedämpften Schwingungskreis bildet» Der erwlhnte Kreis besteht in Wirklichkeit a.B. aus der Kombination einer Primärwicklung eines Transformators und eines diese Wicklung überbrückenden Kondensators. Die Ansohlusspunkte dieser wirklichen Schaltung an die obenerwähnte Reihenschaltung des Umformers werden a*B.

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von den beiden Enden der Primärwicklung dea Transformators gebildet. Die Anschlusspunkte können auch von einem Ende der Primärwioklung des Transformators und einer Mittelanzapfung dieser Primärwicklung gebildet werden. Letzteres iat gewBhnliöh der Fall bei Umformers, die mit zwei gesteuerten Halbleitergleichriohtern in Segentaktschaltung versehen sind.

Unter einem unterkritisch gedämpften Schwingungskreis wird ein Schwingungskreis verstanden, bei dem der Strom durch die Anschlue«drähte bei Anschaltung an eine Gleichstromquelle zunächst ansteigt, dann bis Null* herabsinkt und schliesslich seine Riohtung umzukehren sucht. Es .Ast an eich bekannt, dass das Löschen des bzw. der zum Umformer gehörigen gesteuerten

* Halbleitergleichrichter, manchmal als Thyristor, bezeichnet, mittels eines

unterkritisbb gedämpften Schwingungskreises besonders einfach ist.

Die bekannten elektrischen Anordnungen der eingangs erwähnten Art haben einen Fachteil. Solche Anordnungen sind nämlich in der Regel nur für eine bestimmte Belastung geeignet. Dabei sei bemerkt, dass ,es durch Erhöhung oder Her&feaetzung der TCapazitän* des Schwingungskreises möglich ist, einen Umformer ftlr mehr als eine Belastung geeignet zu machen. Durch Zufügung von Kondensatoren zu verschiedenen Teilen der Belastung kann man sogar erreichen, dass bei KrhShung oder Herabsetzung der Belastung die Kapazitänz des Schwingungskreises stets einen gunstigen Wert behält. Infolge der negativen Sfcrom-Spannungs-Charakteristik und der vielfach grossen Tem— peraturabhängigkeit dieser Charakteristik ist «ine stabilisierte Gas—und/ oder Dampfentladungslampe aber nioht als eine konstante Belastung zu betrachten» so dass zusätzliche Kondensatoren auch bei einer optimal gew&hl·» ten Bemessung nicht stets die richtige Kapazitätsanpassung liefern können.

Dies führt dann.z.B. zu unerwünschten Spannungs- und/oder PrequenBando—

rangen des Umformers. "

Die Erfindung bezweckt, den Nachteil der bekannten elektrischen

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Anordnungen der erwähnten Art, nämlich die geringere Eignung für eine veränderliche Belastung« zu/beseitigen oder wenigstens herabzusetzen·

Die elektrische Anordnung der eingangsgenannten Art weist erfindungsgemS.se daasKenn ζ eichen auf, dass das Verhältnis zwischen der aweiten Induktivität und der Serieninduktivitat kleiner als 15 und vorzugsweise kleiner als 10 ist, und Teile der Belastung, die je wenigstens eine der Entladungslampen umfassen und bei der· Betriebsfrequenz dee timforteers einen kapazitiven Charakter haben, einzeln ausschaltbar sind.

Unter Ausschalten eines Teiles der Belastung wird verstanden, dass ein Teil des Belastungskreises mittels eines Schalters stromlos gemacht wird, und in bestimmten Fällen wird auch darunter verstanden, dass eine Sntladunga- i lampe z.B. durch Herausdrehen oder auf andere Teise unwirksam gemacht wird.

Pie Anordnung nach der "Erfindung bietet den Vorteil_t dass die Blindleistung des in der Reihenschaltung des Umformers liegenden Kreises so gross sein kann, dass Abweichungen in der Blindleistung eines. Solastungeteiles und/oder Abweichungen in den Charakteristiken der eingeschalteten Gas- und/oder Dampfentladungslampen gegenüber den Neunwerten keine vreaentliche Bolle mehr spielen. Dies kann zusammen mit dem kapazitiven Charakte* der Belastung zu einem nur geringen Einfluss einer Belastungeänderung auf die Ausgangsspannung und die Frequenz des Umformers führen.

Die Blindleistung des in der Reihenschaltung des Umformers liegenden Kreises kann dadurch gross gewählt werden, dass die Induktanz dieses Kreises (das ist die sogenannte zweite Induktanz) viel kleiner gsoShlt wird als es bisher fur Qleichstrom-Weohselstrom-Umforfier üblich war. Diese «weite Induktanz wurde früher stets gross gewählt, da es bekannt war, dass bei einer kleinen Impedanz des in der Reihenschaltung des Umformers liegenden Kreises der Thyristorstrom während des Starts keinen Hulldurchgang haben könnte. Dies hing mit dem Umstand zusammen, dass die Belastung die scheinbare Impedanz

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des erwähnten Kreises noch weiter reduzierte. Die Erkenntnis, das "beim statt die Impedanz einer Belastung,' die Gas- und/oder Dampfentladungslao» pen umfasst, infolge der Zündverzögerung dieser Lampen besonders gross iet, hat zum Gedanken geführt, dass ein ungewöhnlich niedriger Wert der Kreis» impedanz verwirklichbar irar. Damit konnte auch ein ungewöhnlich niedriges Verhältnis zwischen der Kreisinduktanz (der sogenannten zweiten Induktanz) und"der ersten Induktanz (der Reihenschaltung) erreicht werden.

Eine Anordnung nach der Erfindung kann z*B» zwei oder mehr einzeln ein- und ausschaltbare Lampengruppen-mit Strom versorgen. Die Laspen einer Gruppe können z.B. in Reihe geschaltet sein. Bei einer bestimmten Ausführung»— ψ form besteht die Belastung aus einer Parallelschaltung von zwei oder mehr einzeln schaltbaren Teilkreisen, wobei jeder Teilkreis eine Gae- und/oder Dampfentladungslampe enthält.

Eine Gas- und/oder Dampfentladungslampe kann z.B. induktiv stabilisiert sein, wobei die Lampe zusammen mit dem induktiven Stabilisierapparat von einem Kondensator überbrückt ist. Dieser Kondensator muss dann einen " solchen Wert haben, dass die Gesaratbelastung kapazitiv ist. Vorzugsweise ist dieser Kondensator dann so bemessen, dass seine Leistung etwa gleich der Blindleistung des induktiven Stabilisierapparatus zuzüglich I.5 Mal der

ampenleistung ist· Bei einer sol is hen Bemessung ergibt sich, dass der T3influss einer Belastungsänderung auf die Ausgangsspannung und die Frequenz des Umformers sogar besonders gering werden kann.

Bei einer besonderen Ausführungsfonn der elektrischen Anordnung besteht eine einzeln ausschaltbare Teilbelastung aus der Reihenschaltung einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe und eines Kondensator«· Diese besondere Ausführungsform bietet den Vorteil, daes der kapazitive Charakter der Belastung mittels eines Elementes erzielt wird, das gleichzeitig zur Lampenstabilisierung dient, und weiterhin Gruppeneinschaltung mehrerer Lampen ohne

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Gefahr vor Überspannungen möglich wird. Solange eine Lampe noch nicht gezündet ist, glieeet nämlich auch noch kein Strom durch den dieser Lampe ssugeordneten Kondensator und es gibt also keine vorzeitige kapazitive Leistung in dieser Teilbelastung. Diese Ausfuhrungeform hat den weiteren Vorteil) dass eine defekte Lampe auch den diesen Lampe zugeordneten Kondensator stromlos macht'« -

Bei einer weiteren besonderen Ausfflhrungsform der elektrischen Anordnung ist bei einer getrennt ausschaltbaren Teilbelastung, die aus der* Reihenschaltung einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe und eines Kondensators besteht, das Verhältnis zwischen der scheinbaren Leistung des £οηα·η-sators und der Lampenleistung grosser als 1.1 und kleiner als 1.7 und vorzugsweise grosser als 1, 3 und kleiner als 1,5 bei der Betriebsfrequenz des Umformers·

Biese besondere Ausfuhrungsform bietet den Vorteil, dass mit der Möglichkeit einer einzelnen und gruppenweisen *ünschaltung der feilbelas· tungen eine grosse Unabhängigkeit zwischen der Ausgangsspannung und der Frequenz des Umformers einerseits und der QrSsse der Belastung andrerseits einhergeht. Wenn das erwähnte Leistungsverhältnis kleiner ist als 1,1 tritt folgender Nachteil auf. Die Ausgangsspannung des Umformers sinkt beim Zu-schalten von Teilbelastungenbab, weil die Blindleistung des unterkritisoh ¹ gedämpften Krei3«s dann zuwenig gegenüber dessen Dämpfung aunimmt. Wenn das erwähnte ^eistungsverhältnia grSsser ist als 1,7 tritt folgender Kachteil auf· Die Ausgangsspannung des Umformers erhöht sich beim Zuschalten von Teilbelastungen, weil dann die Blindleistung des unterkritisch gedämpften Kreises zu schnell gegenüber der Dämpfung;zunimmt. ; ·.·....

Hierbei sei bemerkt, dass Änderungen in der Ausgangsspannung de« Umformers nötigenfalls durch eine änderung der Betriebsfrequens d»e Umformers entgegengewirkt werden können. Ausserhalh des angegebenen VerhäHmiia- < bereiches von 1,1 - 1,7 muss eine solche Frequenzänderung aber so gross sein,

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dass deren Einfluss auf die Heiligkeit bereits eingeschaltet·* Earapen nicht mehr verschwindend klein ist.

Die Erfindung wird an Hand der ein Ausführungsbei spiel darstellenden Zeichnung näher erläutert,

In der Figur ist eine elektrische Anordnung dargestellt, die aus einem Umformer' und einer von aetalldampfentladungslampen gebildeten Bölastuitg besteht.

Mit 1 und 2 sind Anschlussklemmen der Anordnung bezeichnet, die an die negative bzw. die positive KLeinme einer Gleichstromquellen angeachlosr sen werden sollen. Von der Klemme 2 her durchläuft man eine Reihenschaltung} in die eine Schmelzsicherung 3» eine Anzapfung 4» ein Thyristor 5» eine Induktivität 6, eine Anzapfung 71 ei" aus einem Kondensator 8 einer— seits und einer Primärwicklung 9 eines Transformators 10 andrerseits bestehender Kreis, eine Mittelanzapfunj 11, eine Anzapfung 12, und die Anschlussklemme 1 aufgenommen sind. Der dargestellte Umformer ist mit zwei Thyristoren in Gegentaktschaltung ausgerüstet. Der Umformer enthalt neben der erwähnten Reihenschaltung auch noch einen zweiten Zweig, der sich von der Anzapfung 4 über einen Thyristor 13 zu einer Induktivität 14 und dann zu einer zwischen dem Kondensator 8 und der primären Transfοmatorwicklung 9 liegenden Anzapfung 15 erstreckt. T3s ist einleuchtend, dass dieser zweite Zweig auch als ein Teil einer Reihenschaltung zwischen den"Klemmen 2 und 1, d.h. der Reihenschaltung 2, 3, 4» 13» 14, 15 (und über 8 und 9 nach 11) 12, 1 aufzufassen ist. Eine Sekundärwicklung des Transformators ist mit 16 bezeichnet. Der obenbeschriebene Teil der elektrischen Anordnung stellt' den Hauptkreis des Umformers dar. ^L"

' Dieser Umformer wirkt mit einer Belastung"zusammen, die an die Sekundärwicklung 16 des Transformators 10 angeschlossön ist; Der Umformer besitzt weiter zwei Hilfsvorrichtungen, d.h. eine Startvorrichtung (siehe

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das in der Figur mit 3 bezeichnete Rechteok in gestrichelter Linie) und eine Generatorvorrichtung (siehe das mit II bezeichnete Rechteck in geatrichelte.r Linie). Diese Hilfsvorrichtungen dienen zum Erzeugen der richtigen Impulse an den Steuerel.ektroden 17 und 18 der Thyristoren 5 und 13· Die Vorrichtungen I und II dienen nicht zum Löschen der Thyristoren, denn der dargestellte Umformer ist unterkritisch gedämpft/ so dass eich eine besondeYe Löschvorrichtung erübrigt. ■

Der dargestellte umformer soll an eine Gleichstromquelle von 80 V angeschlossen werden. Die Betriebsfrequenz des Umformers betragt etwa 6600 Hfc. Die Ausgangsspannung des Umformers (Spannung an der Sekundärwicklung 16) beträgt bei Uullast etwa 190 V.

Die Ersatzschaltung des Kreises zwischen den Anzapfungen 7 und 11 kann durch die Parallelschaltung eines Kondensators und eines Inäuktore dargestellt werden. Dieser Induktor hat im vorliegenden Falle einen Tert von 160/u. Die Induktanz der Spule 6 hat einen '7ert von 20/uH* Das «ITerhaltnis zwischen der Induktanz der "Ersatzschaltung des Kreises zwischen den "unkten 7 und 11 (welcher Kreis einen Teil der Reihenschaltung bildet j in die auch der Thyristor 5 und die Spule 6 aufgenomnen sind und die mit Hilfe dor Klemmen 1 und 2 an eine Speisequelle angeschlossen werden soll) und der Induktanz der Spule 6 ist also gleich 16O|2O - 8.

Da die Spule 14 gleich der Spule 6 ist und der Punkt 11 eine Kittelanzapfung der Wicklung 9 darstellt, wird für das Verhaltjiitiezwischen der Induktanz der "Ersatzschaltung des Kreises zwischen den Punkten 15 und 11 und der Induktanz der Spule 14 naturgeaa33 auch 15O«2O »8 gefunden.

Die in der Figur dargestellte Belastung besteht aus zwei stabilisierten ITiederdruckquecksilberdampfentladungslampen 19 und 20, die zum Zünden kalten Elektroden bestimmt sind. Die Lampe 19 liegt in Reihe mit einem Kon-

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..densator 21 und einem Schalter 22 und die Lampe 20 liegt in Reihe mit einem Kondensator 23 und einem Schalter 24. Die Seihenschaltung 19» 21 und 22 und die Reihenschaltung 20, 23 und 24 bilden zwei Teilbelastungen^ die parallel zueinander an die Ausgangsklemmen 25 und 26 der sekundären Transformatorwicklung 16 angeschlossen sind·

Die scheinbare Leistung des Kondensators 21 (und auoh des Kondensätors 23) beträgt bei der Betriebsfrequenz von 6600 Hb des Umformers etwa 38 VA. Die Leistung der Lampe 19 (und auch der Lampe 20) beträgt 2? Watt·* Das Verhältnis z.vischen der scheinbaren Leistung des Kondensators und der Leistung der Lampe beträgt daher 38:27 = etwa 1,4· Auch wenn nooh weiter· W Teilbelastungen (wie der Zweig W₁ 21, 22 und 20, 23, 24), z.B. 12 Teilbelastungen eingeschaltet wurden, blieb die Spannung 25 — 26-innerhalb einer Abweichung von y$> vom KuIlastwert von I90 V.

Wurde das Verhältnis zwischen der scheinbaren Leistung des Kondensators und der Leistung der Lampe bis über 1,7 erhöht bzw. .bis unter 1,1 herabgesetzt, so würde sich die Ausgangsspannung des Umformers zwischen ITulllast und Vollast (12 Teilbelastungen) um mehr als 20 V ändern, was im allgemeinen unerwünscht ist. Für einen etwaigen Ausgleich dieser grossen Spannungsanderungen müsste sich die Betriebsfrequenz des Umformers um wenigstens 4OO Hz ändern. Dies beeinflusst aber sichtbar die Helligkeit bereits gezünteter Lampen.

Ee folgt nunmehr eine kurze Erläuterung der Ausbildung, und Wirkungsweise der Hilfsvorrichtungen I und II, wobei auch die Wirkungsweise des Hauptkreises des Umformers zur Sprache kommt.

Zur Inbetriebssetzung des Umformers ist ein Startimpuls not v/endig, der einen der Thyristoren atromleitend macht. Dazu dient die Vorrichtung I, die an den Punkt 4 - die Kathodenseite 27 des Thyristors 13 - und die Steuerelektrode 18 angeschlossen ist. Sobald der Umformer eingeschaltet ist» er-

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seheint zwischen den Punkten 4 und 27 die volle Speisespannung, Dadurch wird der kondensator 28 über die Widerstünde 29 und 30 und den Spannunga-* teiler 31 - 32 aufgeladen. .

Die Draitterelektrode des Transistors 33 wird dadurch in zunehmen«· dem Masse positiv. .Die Basiselektrode dieses Transistors hat eine ni-edrige positive Spannung infolge des Widerstandes 34, 35· Sobald die Emitterspannung die Basisspannung überschreitet, wird der Transistor stromlattend uiid der Kondensator 28 entlädt sich über den Widerstand 36» 37· Der Transforraa* tor 38 "bewirkt, dass der Transistor lange genug stromleitend bleibt. Der Kondensator 39 verursacht eine ausreichend schnelle Entladung,ties Kondensators 28. T,b entsteht dann, am Widerstand 37 eine Impulaspannung, die zur . ™ Steuerelektrode 18 des Thyristors !3 geleitet wird. Dadurch wird 4er· Thyristor 13 stromleitend und der Kondensator 8 des Umformers wird aufgeladen* und demnach der Getteratorkreis im Betrieb gesetzt. Der Startkreis wird dann von den Dioden 4O und 4I selbsttätig ausgeschaltet* .--.-.-Die Generatarvorrichtunig jx hesteht aus einem Schviingungakreia ■

mit einem KonieTVsUtor 42 und einem Induktor 43, i*¹ *^{en e}^ⁿ Xropulatransforma-'

tor 44 aufgenomirten ist» und* der ober einen Induktor 45 ^mi* *^em Sctowingaags»* kreis des Omförte&rs gekoppelt ist. Wenn 'nach¹ einem Startimpuls der Haupt·* ■ kondensator 8 aufgel-ade'ii ifirdy entsteht zwischen den Punkten I5 und 12 ein» Spannung. An diese Punkte ist der Generatorkreis angeschlossen, wodurch &W Kreis 42 - 43 erregt" urird. Der Strom in diesem Kreis durchläuft defh Impulstransformator 44, der einen Ferritkern niit rechteckiger Hystereseschleife besitzt» Jeder Nulldurohgang des Kreisstromesi bewirkt einen- Umeöhlag *d%3'"ΪΙ&φ*· netzustaniies dli's-es Kernes auf deh entgeseriges^tzteri Wert, so dasis ein kurafristiger Spannungsimpuls erzeugt wird. Diese Spannung wird über öinfr D4od# 46, einen Widerstand 47 und den Anschlusspunkt 48' an die Steue'rwiekirode' ium Thyristors 5^f"kel'egt,' Der Anschlusspunkt 49¹ ist mit ä^!er KäthöliöiiBeittf 'das'' '' Thyristors 5 verbunden. Der Widerstand 5° ist ein Schutzwiderstand. Der erst·

BAD ORtGWAL

Claims

erzeugte Spannungsimpuls wird dem Thyristor 5 zugeführt, so dass dieser stromleitend wird und der Kreis 42, 43 wird erneut erregt» Der Thyrijrto* 5 erlischt wieder durch das Uullwerden des Belastungsstromes. Über einen ähnlichen Kreis erhält dann der Thyristor 13 einen Impuls, usw» letzterer Kreis enthält eine Diode 51, einen Wideretand 52 und zwei Anachlusepunkte 53. und 54· Der Widerstand 55 is* ^θ*^η Schutzwiderstand«

Das. abwechselnde Offnen der Thyristoren 5 unä 13 erzeugt einen Wechselstrom in der Primärwicklung des Transformators 10. Diese Wechsel werden auf die Sekundärwicklung 16 dieses Transformators übertragen» ^ Die beschriebene Vorrichtung kann naturgemäss noch mit näheren

Verfeinungen versehen werden. So können z.3. ein Teil der Spule 6 und ein Teil der Spule 14 durch eine Spule zwischen den Punkten 1 und 12 ersetzt werden. Auch kann die Sicherung des Umformers noch ausgedehnter sein als nur mittels einer Schmelzsicherung.
PATENT AffSPBUECBBt

M. ) Anordnung mit einem Gleichstrom-Wechselstrom-ümformer, der ein·

an eine Speisequelle anschaltbare Reihenschaltung eines gesteuerten Halb— leltergleiclirichters, einer Induktivität und eines Kreises enthält, dessen Ersatzschaltung aus einer Parallelschaltung einer Kapazität und einer

^r zweiten Induktivität bssteht, und einer mit dem erwähnten Kreis gekoppelter

Belastung, die .zwei oder mehr Gas- und/ode.r Dämpf——Entladungslampen .enthält und zusammen mit der Reihenschaltung des Umformers einen unterkritisch gedämpften Söhwingungskreis bildet, dadurch gekennzeichnet» dass das Verhältnis zwischen der zweiten Induktivität und der Serieninduktivit&t kleiner als 15 und vorzugsweise kleiner als 10 ist, und Teile der Belastung, die je wenigstens eine der Entladungslampen umfassen und bei der Betriebe— frequenz des Umformers einen kapazitiven Charakter haben, einzeln ausschaltbar sind.

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2* Elektrische Anordnung nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzeln ausschaltbare Teilbelastung aus einer Reihenschaltung einer Gaa- und/oder Dampfentladungslampe und eines Kondensators besteht· 3. Elektrische Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer einzeln ausschaltharen Teilbelastung das Verhältnis zwischen der scheinbaren Leistung des Kondensators und der*Lampenleistung grosser al· 1,1 und kleiner als 1,7 ist und vorzugsweise grosser ale 1,3 und kleiner als 1,5 ist bei der Betriebsfrequenz des Umformers·

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