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Speisegerät zum impulsweisen Betrieb
wenigstens einer
gasgefüllten Entladungs-
röhre und Entladungsröhre zum Betrieb
mit einem
derartigen Speisegerät
Die Erfindung bezieht sich auf ein Speisegerät
zum impuls-
weisen Betrieb wenigstens einer gasgefüllten Entladungs-
röhre,
insbesondere einer Xenon-Röhre, und auf eine zum Betrieb mit einem
derartigen Speisegerät besonders geeignete
Entladungsröhre.
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Die mit Edelgasen gefüllten Entladungsröhren, insbesondere die
Xenon-Röhren arbeiten besonders vorteilhaft im Impuls-
betrieb.
Dabei wird im Grundprinzip ein Kondensator periodisch
über eine Induktivität
aus einem elektrischen Netz aufge-
laden und anschliessend die gespeicherte
Ladung über die
Entladungsröhre abgeführt. Da die Entladungsröhre
bei
jedem Entladungsvorgang erneut gezündet werden muss,
ist es in der Regel erforderlich, in den Entladungsstrom-
kreis
einen Hochsppnnungstransformator einzuschalten, mit
welchem die Zündspannung
erzeugt wird. Die nach diesem
Prinzip aufgebauten
Geräte weisen den Nachteil hohen Gewichts, grosser Aussenmaße und
hoher Herstellungskosten auf, welche hauptsächlich wegen der erforderlichen
Kondensatoren und Drosseln entstehen. Ausserdem haben die
auf den
Zuleitungskabeln der Röhren geführten N Hochspannungsimpulse
Störwellen im Rundfunkbereich zur Folge.
In verschiedenen Anwendungsfällen
ist ausserdem nachteilig,
das die Entladungsröhren in diesen bekannten
Schaltungen
nur entweder voll eingeschaltet oder ganz abgeschaltet
werden können und daher keine Regelung ihrer Lichtstärke zulassen.
Ausserdem hängt die Lichtstärke stark von der
jeweiligen Spannung
des elektrischen Netzes ab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein einfaches
und leicht transportierbares Speisegerät zu schaffen,
bei
welchem die obengenannten Nachteile vermieden sind,
jedoch eine
Änderung der jeweiligen Lichtstärke der
Entladungslampe bzw. Entladungslampen
in einfacher
Weise erzielt werden kann. Hierzu wird erfindungsgemäss
vorgeschlagen, das die Röhre unter Verzicht auf die
sonst
üblichen Energiespeicherelemente wie Drosseln oder
Kondensatoren an ein
Wechselstromnetz unter Zwischensschaltung einer Gleichrichteranordnung
angeschlossen ist,
wAi die Glei&richteranordnung mindestens zum
Teil aus
steuerbaren Halbleitern besteht und ein die Halbleiter
in
ihren Leitungszustand bringendes Steuacgerät mit einer
gegenüber
den jeweiligen Nulldurchgängen der Netzwechsel-
spannung veränderbaren Verzögerungszeit
vorgesehen ist.
Zweckmässig werden als steuerbare Halbleiter Transistoren
oder Thyristoren verwendet. Mit der veränderbaren
Verzögerungszeit
des Steuergerätes kann eine Phasen- '
änschnittsteuerung
erzielt werden, die eine Veränderung der Lichtintensität in weiten Grenzen erlaubt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen
zwei
während jeweils einer Halbperiode bei einer bestimmten, durch die
Verzögerungszeit festgelegten Phasenwinkel
einsetzenden Entladestromimpulsen
der Ionisierungszustand der Entladungsröhre nicht vollständig
aufgehoben wird.
Vielmehr soll ein in gleicher Richtung wie die Entladungsstromimpulse
fliessender, jedoch gegenüber diesen wesentlich
kleinerer Haltestrom
in der bzw.*den Entladungsröhren aufrechterhalten werden. Hierzu ist erfindungsgemässe
vorge-
sehen, daß parallel zu der die steuerbaren Halbleiter enthaltenden-Gleichrichteranordnung
wenigstens ein nicht steuerbarer Gleichrichtet und ein mit diesem Gleichrichter
in
Reihe liegender Begrenzungswiderstand vorgesehen
ist, dessen Widerstandswert
so bemessen ist, daß auch
während des Sperrzustandes der steuerbaren Halbleiter
ein den Ionisierungszustand gewährleistender Haltestrom
fliessen
kann. Wenn die steuerbaren Halbleiterelemente zusammen mit Leistungsdioden
in einer Brückenschaltung verbunden sind, brauchen die zur Aufrechterhaltung
des
Haltestromds dienenden Nebengleichrichter und ihr Reihenwiderstand
jeweils lediglich einen Parallelstromppfad zu den steuerbaren Halbleiterelementen
zu bilden. Weitere Einzelheiten und zweckmässige Weiteiaildungen
der Erfindung sind nachstehend anhand von in der Zeichnungen
dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein erfindungsgemässes
Speisegerät in
seinem elektrischen Schaltbild und
Fig. 2 ein
zweites, an ein Dreiphasennetz anschliessbares Speisegerät, Fig. 3 eine Einzelheit
aus dem Schaltplan näch Fig. 1 und Fig. 4 ein Schaubild zur Erklärung der Wirkungsweise
des Speisegerätes nach Fig. 1.
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Fig. 5 zeigt eine nach den Vorschlägen der Erfindung gestaltete, besonders
zweckmässige Zündvorrichtung für eine handelsübliche Entladungsröhre dargestellt.
Das Ausführungsbeispiel näch Fig. 1 ist für eine einphasige Betriebsweise an einem
Wechselstromnetz von 220 V bestimmt, dessen Phasenleiter mit R und dessen Null-Leiter
mit N bezeichnet ist. Die Xenon-Röhre E ist unter Verzicht auf die sonst üblichen,
als Energiespeicher wirkenden Kondensatoren oder Drosseln unter Zwischenschaltung
einer steuerbaren Gleichrichterbrücke B unmittelbar an das Wechselstromnetz anschliessbar.
Die steuerbare
besteht, wie die Fig. 3 erkennen lässt, aus zwei Thyristoren TH1 und TH2 und zwei.
nicht steuerbaren Dioden D1 und D2, welche zusammen mit den Thyristoren in einer
Graetz-Schal tung verbunden sind. Sie liefern den mit 10 und 11 bezeichneten Diagonalpunkten
der Brücke die Speisespannung für die Entladungsröhre E. Diese hat eine im Zusammenhang
mit der Fig. 5 weiter unten noch näher beschriebene Zündelektrode Z. Diese erstreckt
sich parallel zu der die Entladungsstrecke
umgebenden Gefäßwand
G und steht mit einer Hochspannungszündvorrichtung D in Verbindung, die ebenfalls
an das Wechselstromnetz RN angeschlossen ist.
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Zur Veränderung der Lichtintensität der Entladungsröhre E, deren Entladungsstrecke
bei jeder Halbwelle der Netzwechselspannung stromleitend gemacht werden kann und
dabei im Impulsbetrieb arbeitet, ist ein Steuergerät C vorgesehen, das jeweils nach
einer sich an die jeweiligen Nulldurchgänge der Netzwechselspannung anschließenden,
in Fig. 4 mit Tv angedeuteten Verzögerungszeit einen Auslöseimpuls an die mit S1
und S2 bezeichneten Steuerelektroden der Thyristoren TH1 und TH2 liefert und diese
dann stromleitend macht. Während der in Fig. 4 mit schräger Schraffur verdeutlichten
Zeitspanne Ta führen die abwechslungsweise stromleitend werdenden Thyristoren der
Entladungsröhre E impulsförmigen Entladestrom I zu. Der durch die Entladungsröhre
E fliessende Strom I gleicht somit einer Impulsfolge mit einer Frequenz von 100
Hz, wobei die Abschaltung der Thyrisbren jeweils dann erfolgt, wenn die Netzspannung
periodisch den Nullwert erreicht. Das zur Auslösung der Thyristoren dienende Steuergerät
C kann in bekannter Weise einen Unijunction-Transistor enthalten, der mit einem
monostabilen Multivibrator mit .variabler Impulsdauer gekuppelt ist, wobei diese
variable Impulsdauer die einstellbare Verzögerungsteit TV ergibt. Diese kann in
bekannter Weise durch eine veränderbare Spannung steuerbar sein, was eine manuelle
oder automatische Veränderung der Verzögerungszeit und
demzufolge
eine Änderung des zeitlichen Mittelwertes
der von der Entladungsröhre
gelieferten Lichtintensität
möglich macht. Mit geeigneten Regeleinrichtungen
kann man diese Steuerspannung so verändern, daß die Licht-
intensität auch
bei Änderungen der Wechselspannung des
Netzes oder bei durch Alterung
verursachten Nachlassen
der Leuchtintensität der Entladungslampe eine konstant
bleibende
Lichtstärke erzielen.
Um zu vermeiden, daß die Entladungsröhre E zwischen
zwei
der in Fig. 4 mit Schraffur verdeutlichten Stromimpulse
ihren Ionisierungszustand verliert, was zur Folge hätte,
daß für
den nächsten Stromimpuls der Ionisierungszustand erneut durch Anlegen der
Zündelektrode Z an Hochspannung
herbeigeführt werden müsste, ist beim erfindungsgemässen
Speisegerät
dafür Sorge getragen, daß der Ionisierungszustand zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Entladestromimpulsen I nicht zusammenbrechen kann. Hierzu dient
eine in
Fig. 1 bei A angedeutete Hilfsgleichrichter-Anordnung, über welche w(hrend
dieser Pausen der Ent-ladungsröhre ein Haltestrom zugeführt wird, der zwar
gegenüber
den die Lichtimpulse liefernden Entiadeimpulsen I st
sehr viel k4iner ist, dennoch aber ausreicht, um den Ionisierungszustand
aufrechtzuerhalten. Wie Fig. 3
zeigt, kann dieser Hilfsgleichrichter
derart verwirktlicht sein, daß jeweils parallel zu einem der Thyristoren
und in
gleicher Durchlaßrichtung wie dieser ein nicht steuer-
barer
GleichrichterD10 bzw. D11 geschaltet wird, der
zusammen mit einem Reihenwiderstand
R1 und R2 einen
diesen Haltestrom gewährleistenden Nebenschluß
zum
Thyristor bildet, so lange dieser sich während der veränderlichen
Verzögerungszeit
Tv noch in seinem
Sperrzustand befindet.
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Wenn große Lichtleistungen verlangt werden, verwendet man dit
Vorteil das in Fig. 2 dargestellte, für eine
Dreiphasenschaltung
bestimmte Speisegerät, welches
eine symmetrische Belastung des durch seine
Dreiphasen-
leiter R, S, T angedeuteten Drehstromnetzes
ergibt.
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Im einzelnen enthält das Speisegerät drei steuerbare
Gleichrichter, nämlich die drei Thyristoren TH1, Tä2 und TH3,
die zusammen mit drei nicht steuerbaren
Gleichrichtern D4, D5
und D6 in einer Dreiphasenbrückenschaltung mit den Phasenleitungen des
Drehstromnetzes
verbunden sind. Jeder der drei Thyristoren kann durch
ein
in Fig. 2 nicht dargestelltes@Steuergerät gegenüber
der an
ihm liegenderPhasenspannung um eine veränderbarö Verzögerungszeit
verzögert ausgelöst werden und ergibt
dann einen Entladungsstromstoß
I der in Fig. 4 dargestellten Art in der Entladungsröhre E.
Wie
beint vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel kann
die Auslösung
der Thyristoren durch einen Gleichstrom oder eine
Gleichspannung verändert werden, welche auf
drei,. jeweils
mit einem der Thyristoren verbundenen
ünijunction-Trigger
einwirkt.
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Der für
des Ionisierungszustandes in der Entladungsröhre erforderliche
Haltestrom wird
in einfacher Weise dadurch erzeugt, daß parallel zu
jeden
der Thyristoren je eine Diode D10, Dfi bzw. D12
mit einem
Reihenwiderstand R1, RZ bzw. R3 vorgesehen
ist.
Bei
der für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 vorgesehenen Dreiphasenspeisung an einem
220/380 V-Netz sind die verwendeten Spannungen hoch genug, um zwei. Entladungsröhren
E in Reihe miteinander speisen zu können. Es ist jedoch ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 notwendig, den Ionisierungszustand, welcher durch die Dioden D10, D11,
D12 dann weiterhin aufrechterhalten werden kann, erstmalig durch eine Initialzündung
herbeizuführen. Hierfür ist eine in Fig. 2 bei St angedeutete Hochspannungs-Startern
Einrichtung vorgesehen, welche an die Züdelekrode Z angeschlossen wird. Der Betrieb
mit zwei in Reihe geschalteten Entladungsröhren E erfordert für eine sichere erstmalige
Zündung und Ionisierung dieser Entladungsröhren E eine höhere Spannung als dbjenige,
die vom Netz über die Dioden D4, D5, D6 bzw. D10, D11, D12 geliefert wird. Deshalb
wird eine bei H
zusätzliche Hilfsspannungsquelle mit etwa 600 V vorgesehen, die während der Startperiode
an einer Elektrode der Entladungsröhre E angeschlossen wird.
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Die in
mit der Entladungsröhre E geschaltete Diode D7 txnnt die Hilfsspannung H von den
Dioden D4, D5 und D6, welche sonst eine unzulässig hohe inverse Spannung
während der Starperiode erfahren würden.
kann die Hilfsspannungsquelle H ausgeschaltet werden. Die Diode D7 arbeitet dann
im leitenden Zustand und wird vom gleichen Strom ,durchflossen wie die Entladungsröhre
E.
Im einzelnen kann ein derartiges äusseres Zündsystem, wie die
Fig. 5 zeigt, in einfacher Weise geschaffen 'werden, so daß die sich auf dem Markt
befindenden Xenon-Röhren ohne wesentliche Abänderungen verwendet werden können.
Versuche haben ergeben, daß die die Ionisierung ergebende Zündung sehr gut dadurch
erreicht werden kann, daß man Impulse mit hoher Spannung von etwa 6 bis 8 KV auf
eine dünne Elektrode gibt, welche der Länge nach an e der Aussenseite des Röhrengefäßes
angeordnet ist. Ein derartiges, die Entladungsstrecke der Röhre umschliessendes
Gefäß einer Xenon-Röhre ist in Fig. 5 bei 20 angedeutet. Die Xenon-Röhre ist in
einem Reflektor 21 untergebracht.
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Als Zündelektrode dient ein aus rostfreiem Stahl bestehendes Band
22, welches an seinen Enden e in Glasdurchführungen 23 und 24 befestigt ist und
sich mit seinem Mittelabschnitt parallel zur Längsachse der Xenon-Röhre erstreckt.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich daraus, daß die Seriendiode D7 mit ihrer Anode
an eine der Elektroden der Entladungsröhre E angeschlossen ist, während ihre Kathode
an die untereinander verbundenen Anoden dreier an je eine Phasenleitung R, S, T
eines Drehstromnetzres angeschlossener Gleichrichter D4, D5, D6 geführt ist. In
diesem Falle kann man nämlich bei den üblichen Netzspannungen sogar zwei Entladungslampen
zueinander in Reihe schallen, ohne daß durch die Während der 8ta*-periode erforderliche,
von der Hilts$pannnngequelle H geleerte» Zündspannung die Dioden p4, D6. D6 gef#hridet
werden könnten.
In der angegebenen Anordnung kann die Hilfsspannungsquelle
dauernd angelegt bleiben. Da der Starter stets
einseitig an Null-Potential
liegt, bedarf er praktisch keiner besonderen Sicherheitsmaßnahmen.
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Es hat sich gezeigt, daß das Stahlband relativ lose entlang der Röhre
angebracht sein kann, wobei ein Zwischenraum von 2 bis 3 mm zwischen Stahlband und
Röhre keinen merkbaren Einfluß hat. Als besonders zweckmässig hat es sich bei dieser
Anordnung erwiesen, die Zündspule direkt hinter der Röhre im Reflektor einzubauen,
so daß die Länge der HochspannungAleitungen auf ein Minimum reduziert werden kann.
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Der besondere Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, daß
infolge der Verwendung von gesteuerten Halbleitern, wie Thyristoren oder auch Transistoren,
eine stufenlose Einstellung der von der Entladungslampe gelieferten Lichtenergie
möglich ist. Die für die Lichtintensität maßgebliche Dauer der Entladungsimpulse
lässt sich mit einer elektrischen Spannung leicht Pteuern, und zwar sowohl manuell
als auch automatisch, und ermöglicht sogar eine selbsttätige Regelung der Lichtintensität.