DE1589182A1

DE1589182A1 - Zuend- und Brennsteuervorrichtung fuer Hochleistungsbogenlampen

Info

Publication number: DE1589182A1
Application number: DE19671589182
Authority: DE
Inventors: Bell Gordon Moser; Hallay Alexander Robert
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1967-01-09
Filing date: 1967-11-20
Publication date: 1970-04-09
Also published as: FR1551386A; US3374396A; GB1166698A

Description

DIPL..-PMYS. F. ENDLICH - ■ ■** hm uNriKmrnNHortN P.November 1967

PATENTANWALT El/Id

TILtFON. IMUNCHtN) UMM PATtHDLICM MÖNCHEN

CASLC APOHCSS: PATIMDLICH MUNICH

Unaere Akte: 2005

Anmelden General Electric Company, 159 Madison Ave., New York, N.T. 10 016 U3A

Zund- und Brennsteuervorrichtung für Hoohlelstungsbogenlampen

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für das Zünden und Brennen von Entladungaeinrichtungem, insbesondere von Hochleistung Natriumbogenlampen. Ein Beispiel für eine derartige Lampe ist die von der General Electrio Comp, vertriebene Lampe "Luoalox" (Ws).

HochleistungsnatriuBlaapen eeigen außer einer negatiren Widerstandscharakteristik gewisse Zünd- und Brenneigenechaften, die , zu Schwierigkeiten bei der Beneesung von Vorβohaltwideretänden führen· Z.B. muß eine Steuereinrichtung für HoohleietungsnatriuiilaBpen eine ZUndspitzenspannung von etwa 1 500 T bei norealer Umgebungetemperatur liefern. Die für Quecksilberdampflampen bekannten Steuervorrichtungen brauchen jedooh nur eine Zündaplteenepannung von etwa 270 T en liefern.

Venn ein 60 He-Hotζ zur Verfügung steht, auf tie Steuervorrichtung für Hoohleistungsnatriumlampen eine "RUoksohlag^-Bpannung liefern, die etwa 150jC der Lampenbrennapannung beträgt, und zwar jede Halbwolle, um die Lampen gealindet zu halten. Die Hrennapannung in Hochleiatunganatriumlampen sbeigt mit dem Lampenalter an, weshalb die .Steuervorrichtung diese Änderung kompensieren muß. Z.B. kann die Brennspannung von 400 W-Hochleiatungslampen 85 - 160 V betragen· Die

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Steuervorrichtung muß während der Lebensdauer der Lampe einen Strom liefern, der ungefähr 4,7 - 2,8 A beträgt, um die Brennspannung zu kompensieren. Andererseits bleibt die normale Brennspannung einer 400 W-Quecksllberdampflainpe ziemlich konstant bei etwa 135 T, und dor dor Quecksilberdampflampe zugeführte Strom muß nicht wegen Bich ändernder Brennapannung goateuurt werden. Ferner muß die Hochleistungs natrlumlampen zugeführte Leistung innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden, damit die Leistungsaufnahme der Lampen nLcht zu hoch wird, eo daß diese entweder verlöschen oder "thermisch weglaufen". Dieses "thermlecht Weglaufen" ist ebenfalls beim Aufbau der Steuervorrichtung zu berücksichtigen. Wenn die Leistungsaufnahme einer Hochleistungsnatriumlampe eine bestimmte Grenze überschreitet, steigt die Betriebstemperatur an, und die Laapenbrennspannung steigt ebenfalls an. Wenn der unter diesen Bedingungen der Lampe zugeführte 3trom konstant bliebe, würde die Leistungsaufnahme der Lampe ansteigen und einen weiteren Anstieg der Brennspannung bewirken. Wenn die Leistungaufnahme der Lappe nicht gesteuert würde, würde dieses "thermische Weglaufen" andauern, bis die Lampe zeretort ist. Spannungeschwankungen können ebenfalls das "thermische Weglaufen" fc hervorrufen. Es It daher wünschenswert, wenn nicht sogar notwendig, daß die Steuervorrichtung die Lampe mit einer im wesentlichen konstanten Brennspannung versorgt. ■

In kommerziell verwendeten Steuervorrichtungen für Hochleistungslampen sind die Zündschaltungen während iee Brenneteuerbetriebes der Steuervorrichtung ebenfalls in Betrieb. Wegen dea andauernden Betriebs der Zündschaltung treten bei dieser vorzeitige Ausfälle ihrer Bauelemente auf. Ferner kann es bei Dauerbetrieb der Zündschaltung bei gewissen Anwendungen zu Störungen des Rundfunkempfangs kommen, iia 1st daher wünschenswert, daß die Zündsci.al tung nur während des Zündbetriebe der Steuervorrichtung arbeitet.

Durch die Erfindung wird eine Steuervorrichtung zum Zünden

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und zum Brennen einer oder mehrerer elektrischer Entladungeeinrichtungen "wie llochleintun^snatriumlampen angegeben, die einen magnetischen Spannungskonstanthalter, einen Strombegrenzer wie eine Drossel, und eine mit der Drossel gekoppelte Zündschaltung hat, um eine Zündspannung in der Drossel wicklung au induzieren« Ein Spannungsteiler ist parallel zum Ausgang der Steuervorrichtung geschaltet und macht di e . Zündschaltung wHhrend des Zündbetriebs der Steuervorrichtung betriebsbereit.

Durch die Erfindung wird ferner eine lamelliert^ Kerneinheit angegeben, so daß die 3tr mbegrenzungsdrossel und der magnetische Spannungskonstanthalter auf einem gemeinsamen Jochabschnitt des ^erna liegen. Durch diese Anordnung worden die von der Strombe- ύ grenzungadrossel und dem magnetischen Spannungskonstanthalter in den gemeinsamen Abschnitt des Kerne erzeugten InduktioneflUsse von einander vektoriell Bubtrahiert.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Pig. 1 das Schaltbild einer Zünd- und Brennechaltung gemäß der Erfindung für Hochleiatungenatriumbogenlanipen einschließlich einer Aufsicht auf den Magnetkern}

Fig. 2 ein Blockschaltbild der einzelnen Teile der Schaltung von Pig. 1j

Pig. 3 ein vereinfachtes Vektordiagramm zur Erläuterung des Betriebe der Magnetkreiee von Fig. Ij

flg. 4 die Abhängigkeit der maximalen Spitzenapannung in Prozent von der Länge der Leitung zwischen der Lampe und der Steuervorrichtung, um die Leitungslänge zu veranschaulichen, die gemäß der Erfindung im Vergleich zu einer bekannten Phasensteuervorrichtung verwendet werden kann; und

Fig. 5 die Leistungsaufnahme der Lam::e in Watt über der Lampenspannunfr, um die Regeleigenschaften der 'Vorrichtung ge.^äß der Erfindung im. Vergleich zu einer bekannten /orrichtung zu erläutern.

jg.^g p'g^.. . bad ORIGINAL *

Ea soll zunächst das in den Pig. 1 und 2 abgebildete Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung erläutert werden. Die dort

abgebildete Steuervorrichtung liefert eine stabilisierte Brennspannung und einen begrenzten Brennstrom an eine Ilochleistungsnatriumlampe 40. Die Steuervorrichtung hat ferner einen magnetischen Spannungskonstanthalter Io und eine Strombegrenzungadrossel 12, um den der Lampe über die Zuleitung 30 zugeführten Brennstrom zu begrenzen. Im abgebildeten Ausführungsbeispiel wird eine Zündspannung über Zuleitungen 24 und 26 der Drossel durch eine Zündschaltung zugeführt. Die Zündschaltung 14 wird durch Zuleitungen 22 und 32 von den Ausgangsleitungen 20 und 18 des Spannungskonstanthalters elektrisch veraorgt. Ein Spannungsteiler der Zündschaltung ist durch Zuleitungen 28 und 32 parallel zu den Ausgangsleitungen 33 und 18 der Steuervorrichtung geschaltet.

Der magnetische Spannungskonstanthalter 10 hat eine lineare Drossel L₁, einen sättigbaren Transformator T₁ sowie Kondensatoren C₁ und ^2+ ³^⁰ eine Ende der Wicklung. N₁ der Drossel L₁ ist durch eine Zuleitung 17 mit einer Anzapfung der Wicklung N. des sättigbaren Transformators T₁ verbunden. Die Wicklung N₁ der Droesel L.. ist um den Ilittelachenkel 59 eines Kernabschnitta 42 gewickelt, der Teil einer lameliierten Kerneinheit 41 ist. Um die gewünschte Impedanz der Drossel L₁ zu erreichen, Ist der Hittelschenkel 59 des Kernabschnitte 42 vorzugsweise verkürzt, damit ein Luftspalt 38 zwischen den Mittelschenkel 59 und den Joch 58 des Kernabschnitts ausgebildet wird*.

Die Wicklung N^ des sättigbaren Transformators T₁ ist auf den Hittelschenkel 50 eines Kernabschnitts 45 gewickelt und an einem Ende über eine Zuleitung 19 an die Zuleitung 18 angeschlossen. Das andere Ende der Wicklung N^ ist über die Zuleitung 21 mit den

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Kondensatoren C. und C^ verbunden, deren andere Enden an die Zuleitung 18 angeschlossen sind. Der eätfclgbare Transformator T₁ ist ein Spartransformator, und überbrückte Spalte 39 Bind im Wicklungsschenke! 50 des Transformators T₁ vorhanden. Die Wicklung Ν"* de» sättigbaren Transformators T- lot angezapft_r um_s an der Strombegrenzungsdrossel L« die Brennapannung anzulegen. Aui3erdem lot die Wicklung N, durch die Zuleitung 17 mit der Drossel Lj verbunden.

Die Drossel L| und die Kondensatoren C. und C« bilden

einen Schwingkreis, dessen Resonanzfrequenz vorzugsweise »twas g höher als die ^etzfrequenz liegt. Die Drossel L* neigt zur Begrenzung des dem sättigbaren Transformators T. während eines Teils jeder Halbwelle der Veraorgungsspannung zugeführten Netz^Btroms. Wie am beaten aua Pig. 1 eraichtlich ist, legt der Spannungskonstanthalter 10 eine stabilisierte Spannung an der Zündschaltung 14, der Strombegrenaungadroeeel 12 und der Lamp· AO an. ^£ine genauere Erläuterung der Theorie und des Betrieb· von magnetischen Spannungakonetanthaltern, wie sie bei der Erfindung benutzt werden, ist enthalten in American Institute of Electrioal Engineera, District Conference Paper JTo. DP 62-613, veröffentlicht 1962 von Gordon M. Bell, und S. 503-508 von "Magnetic Amplifiers¹¹ von H.P. Storm, veröffentlicht durch Wiley and Sons 1955.

Aub Flg. 1 ist eraichtlich, daß die Strombegrenzungsdrossel L₂ aus einer Wicklung N« besteht, die um den Mittelschenkel eine· Kernabschnitta 43 gewickelt ist. Um die gewünschte Impedanz der Drossel L« zu erreichen, ist der Hittelschenkel 55 des Kernabschnitta 43 kürzer als die Außenschenkel 56 und 57, um einen Luftspalt 37 zwischen den MjttelBchenkel 55 und dem -^ernabtichnitt 44 zu erzeugen. Die Wicklung IT« ^⁸* ^ⁿ Serie über eine Zuleitung 30

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zu einer Seite der Lampe 40 geschaltet. Außer, zur Begrenzung des normalen Brtnnetroma der Lampe 40 arbeite^ die Drossel Lg auch ale Impulstransformator zusammen mit der Zündschaltung 14» um Hoohopannungoimpu.lei zum Zünden der Lampe 40 abzugeben. Eine Zündwicklung Bm iet um den Hittelschenkel 36 dee KernabBchnltte 43 gewickelt, eo daß die Wicklung N^ die Drossel L₃ und die Zündechaltung 14 induktiv koppelt. Die zum Zünden der Lampe 40 notwendigen Hoch-Bpannungaiiapulae werden In der Wicklung N₂ durch einen relativ kleinen Bpannungaimpul· über die Wioklung I, induziert. Dieser in der Wicklung Ii, auftretende Spannungsimpuls wird durch Entladung P eines Kondensators C^, über die Wicklung N, erhalten.

Bei der praktischen Erprobung ist gefunden worden, daß es vorteilhaft 1st, eine einzige lamellierte Kerneinheit 41 für die Drossel L₁, die Strombegrenzungsdroeeel L₂ und den eättlgbaren Transformator T₁ zu verwenden. Aue Pig. 1 ist ersichtlich, daß der Kernabschnitt 42 aus ähnlichen E-Bltoheabesteht, um die gewünsohte Bleohpakethöhe zu erreichen. Ähnlich ist ein· Anzahl von ähnlichen E-Stanzblechen, die im wesentlichen die gleiche Blechpakethöhe ergeben, zur herstellung des -mitteleren lamellierten Kernabschnitts 43 verwendet worden, und eine Anzahl anderer ähnlicher Stanzbleche mit ungefähr der gleichen Blechpakethöhe bildende Kernabschnltt 45. Die Kernabschnitte 44 und 45 bestehen aus Gruppen von 2 I-Stanzblechen die abwechseln zwischen die E-3tanzbleohe geschoben sind, um den Luftspalteffekt der stumpfen Verbindungen zu verringern, was bekannt ist. .

Ein praktisch erprobtes Ausführungsbeispiel der Steuervorrichtung von Fig. 1 wurde zum Betrieb von 400 W-Hochletrtunge-

einee

natriumlampen mittels/bü Mz-I20V-Netz*s verwendet. Die minimale Zündspannung beträgt für derartige Lampen 2 500 V. Die Nennbrenn-' spannung für eine neue Lampe beträgt 100 V und der entsprechende

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Brennetrom etwa 4,7 A. Im folgenden sind Werte für die einzelnen Bauteile dee praktisch erprobten Ausführungsbeispiels angegeben»

Drpeseiwicklung H₁ —■ 140 Windungen von Isolierdraht

mit einem Durchmesser von 0,1085 cm (0,0427 Zoll)

StrombegrenKungadrosBel-

wicklung N« "~—"*"■—~~ ~— —268 Windungen von Isolierdralrt

mit einem Durchmesser von 0,163 om (0,0641 Zoll)

Zündwicklung N,— ■ ——15 Wind/i.ungen von Isolierdralrt

mit einem Durohmesser von 0,0814 cm (0,0320 Zoll)

WicklungU^dee eättigbaren

Transformators ·———■— --—<- 352 Windungen von Isolier-*-

, draht mit einem Durohmeββer g

von 0,154 cm (0,0605. Zoll) *

Gesamtlänge des lameliierten

Kerns" 41 ~ ——'etwa 21,0 cm (8,3 Zoll)

Gesamtbreite dee lameliierten

Kerns 41-·—·. — — etwa 11,4 om (4,5 Zoll)

iakethöhe des lameliierten '

Kerns 41——— ■ — ■ etwa 5,1 cm (2ZoIl)

Länge des Kernabschnitte 42— .—— etwa 3,8 cm (l,5 Zoll)

Lange des Kernabschnitta 43— — etwa 7,77 ca (3,06 Zoll)

Länge des Kernabschnitt β 45 etwa 7,77 cm (3ß$ Zoll)

Breite dee Kernabschnitte 44— —— etwa 1,8 cm (0,7 Zoll

Induktanz der Drossel L₁----- — etwa 20Λ

Induktane der Strombegreneungav-

droasel L₂——--————————.—-etwa 32 Λ

Bei der Kern- und Wicklungsanordnung dea pralctieoh erprobten Aueführungsbeiepiele geoäB der Erfindung betrug die in irgendeiner Wicklung induEierte Spannung, während eine andere Wicklung erregt war, weniger als 4,5 £ der Windungeverhältnieepannung. Genauer gt- ; sagt, wenn an der Windung K„ 160 V Wechselspannung anlagen, wurde nur 3,6 V an der Wicklung N. gemessen» Wenn an der Wicklung N. 240T

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Wechsels!annung anlagen, wurden als induzierte Spannungen an den Wicklungen N_? und N.. nur etwa 6,3 bzw. 2,1 V gemessen.

Während des Betriebs reicht der Induktionsfluß, der in dem durch das Joch 52 und die Außenschenkel 51 und 55 des Kernabschnitts 45 gebildeten Magnetkreis auftritt, aus, um mindestens den Außenschenkel 50 in diesem Teil des Kerns zu sättigen. Ee ist ersichtlich, daß die Querschnittsfläche des Magnetkreises durch den Kernabschnitt 44 im wesentlichen gleich der Quersohnittefläche der ^Magnetkreise durch die Auöonechenkel 5.2 und 55 dee Kernabeohnitte 49 ie-t, und daß

im wesentlichen der gesamte Induktionefluß.durch den eättigbaren Transformator, der durch die Außenschenkel 51 und 53 verläuft, auch durch den Kernabschnitt 44 verläuft. Voreugsweise ist die Induktionefluödichte, daa heißt Induktionefluß pro Flächeneinheit, Ib Kernal>schnitt 44 geringer als die Induktionsflußdioht· in dtn Schenkeln 51 und 55.

Wie dieses Ergebnis zu erreichen ist, kann an beaten anhand von Fig. 1 und dem Vektordiagramm von Fig. 5 erläutert werden, wobei die einzelnen Symbole folgende Bedeutung haben«

Vj_n = Eingangsspaiuiungsvektor (Spannung an den Zuleitungen 16 und

18) mit verschwindendem Phasenwinkel,· Vq = Ausgangsspannungavektor des magnetischen Spannungekonetinfc-

halters (Spannung an den Zuleitungen 18 und 20)| '

Vj^ = Lampenepannungsvektor (Spannung an den Zuleitungen 30 und 18) IJU = Eingangestromvektorj
Ij₁ ^a Lampenetroarektorj

^_L1 a in der Drossel L₁ erzeugter Induktionsflußvektorj 0^2 ^a in der Strombegrenzungsdrossel L„ erzeugter Induktione-

flußvektorj
0_T1 = _t im eättigbaren Transformator T^ erzeugter· Induktionefluß-

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differenz ^von ^UJI ^

-. 0 t..o ^β Vektordifferenz von- ^ .und ^₀ >

_ä momentaner Eingangsatrom}

i-|- = momentaner Lampene trom;

.0¹Ti - momentaner Induktipnsfluß in der Drossel L.j "

ja¹ j ρ = momentaner Induktionafluß in der Strombegrenzungsdros-

,■-■'" ν sei Lg} und -

0^lm« ■ =■ momentaner Induktionsfluß lai oättigbaren Tranaforuia-

tor T₁*

Wenn die Polarität der der Zuleitung 16 augeführten Spannung bezüglich der Zuleitung 18 poaltiv ist, dann fließt in Fig. 1 der Eingangastrom iju in der abgebildeten Mohtung. Der Stromfluß durch die Wicklung F^ erzeugt ein Magnetfeld in Wioklungaarm 59· Die Richtung dieaes Felde'"let d'uroh den Pfeil am Induktionsflußzeichen 0¹J₁^ angedeutet. Ferner flieflt der Strom durch die Wicfclung ΪΓ* von linke nach recht·. Der Strom durch die Wicklung N, fließt Ton rechts nach linke. Die Richtung der Magnetfelder in den Wicklungeschenkeln 50 und 55» die durch diesen Strom erzeugt werden, ist durch die Pfeile bei den Induktioneflußzelchen ^m₁ und 0*τ« angedeutet.

Der Jochabschnitt 58 erzeugt einen gemelneamen Weg für den in der Drossel I₁ und in der Strombegrenzungsdrossel L„ erzeugten Induktionsfluß. Der ^ernabschnitt 4-4 bildet einen Weg für den in der S trombe grenzungadroaael L₂ und im aättigbaren !Dräne format or T. erzeugten Induktlonefluß. Es ist ersichtlich, daß der in der Drossel I₁ erzeugte Induktionafluß und der In der Strombegrenzungsdrossel L₂ erzeugte Induktlonsfluß sich im Jochabschnitt 58 vektoriell subtrahieren. In ähnlicher Weise subtrahieren sich der Induktionsfluß im Kernabschnitt 44 sowie in der Strombegrenzungadrosael L«

■■\J

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und im sättigbaren Transformator 'JL vektoriell.

Aus dem Vektordiagramm von Pig. 3 ist ersichtlich, daß der Betrag der Vektordifferenz 0^ - J^₂ kleiner als der Betrag eineβ (nicht abgebildeten) Vektors ist, der die Vektorsumme der Vektoren 0,. und 0T₂ ^⁸*⁰ -^⁸ ist auch ersichtlich, daß der Betrag der Vakfcordifferenz 0,„, - 0^„ kleiner ala der Betrag als—der—Be-trrag" eines (nicht abgebildeten) Vektors ist, der die Vektorsumme der Vektoren 0 „. und 0-*2 is"t» Durch die Kern- und Spulenanordnung gemäß der Erfindung, die zu diesen vektorlellen Beziehungen führt, wird ein Kern- und Spulenaufbau erreicht, bei dem bedeutend weniger Kernmaterial als bei äiner Kern- und Spulenanordnung verbraucht wird, bei der die Induktionsflüsse.in den gemeinsamen Kernabachnitten vektoriell addiert werden.

Bei der Kern- und Spulenanordnung gemäß der Erfindung kann die relative PhaaenbeZiehung der InduktionafluÖYektoren eo aufrechterhalten werden, daß 0-r* - jk« und 0m* - 0τ? geringer EiIa die entsprechende Vektoreumme der Vektoren 0τ*$ 0m* und 0-rn innerhalb eines Lampenepannungsbereichs von 85 - 160 .7 ist» Auf diese Weiee wird durch die Steuervorrichtung gemäß der Erfindung ein außerordentlich großer Brennepannungsbereioh für die Lampen ermöglicht.

Bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der die Sättigungawicklung K. als Spartransformator gewickelt war und die Wicklungen N^ und H. im wesentlichen unabhängig voneinander arbeitenwurde erkannt, daß der kVA-Nennwert 15 - 18 $ niedriger als der kVA-Nennwert fur eine Vorrichtung sein kann, die eine Stromfcegrenzungadrosael und. einen magnetischen Spannungskonatanthalter mit isolierten Wicklungen und magnetischen Nebenschlüssen zwischen den Wicklungen verwendet. Das heißt, dar geaamte kVA-Nennwert für eine getrennte Anordnung von Drossel und Spannungskonatanthalter wurde

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ale 17 - 21 id höher als der kVA-Nennwert für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung festgestellt, die ähnlich allgemein arbeiten kann» Bekanntlich "bedeutet ein niedrigerer KVA-Nennwert für eine Vorrichtung, daß für einen gegebenen Temperaturanstieg weniger Wicklungsmaterial und / oder weniger Kernmaterial erforderlich let, um eine bestimmte Leistung an eine bestimmte Last abzugeben.

In dem Ausführungsbeispeil von Pig. 1 arbeitet die Zünd-οchaltung 14 nur» wenn die Lampe 40.nicht brennt und dann nur während Jeder zweiten Halbwelle jed·r 8pannungswellβ. Daher ist die Zündschaltung nur während dieser Intervalle eingeschaltet, so daß die Schaltung im wesentlichen an den Zuleitungen 30 und 18 unterbrochen ist. ·

Falle Leerlauf an den Zuleitungen 30 lüid 18 auftritt, arbeitet die Zündschaltung 14· während derjenigen Halbwelle, während der die Spannung in der Zuleitung 16 positiv gegenüber der Zuleitung 18 iat. Vtnn di· Zuleitung 16 gegenüber d«r Zuleitung ^18 positiv wird, wird die Zuleitung 22, die mit der Auagangeauleitung -.20*dea magnetischen Spannungskonetanthaltere verbunden ist, positiv gegenüber den Zuleitungen 31 und 32. Zu diesem Zeitpunkt beginnt •ich der Kondensator C* über die Strombegrenzungeeinrichtung * aufzuladen, die im Au*führungebeispiel vom Kondensator 0, gebildet wird« Venn der Kondensator G, eine Spitzenepannung von etwa 140 T erreicht, wird *ai Schaltelement SOB₁ leit«nd genaoht und der Kondensator C^ in einen Entlndungekr«ie UV«r di· Zuleitung·» 33 und 24t die Wicklung K^* die Zuteitung 26 und das Schaltelement SCR₁ zur Zuleitung 31 gesahaltet. Die Entladung des Kondensators C* über die Wicklung N. bewirkt eine Spannungsinduktion in der Wicklung N^

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Schaltelement ein Th' yristor. Der Th yrfstor SGR₁ wird zu einem aolchen ' 00 9 8 1 5/0 ab 1

Zeitpunkt gezündet, daß die Zündimpulse in der Wicklung Ng induziert werden, wenn Leerlauf an den Anschlüssen 30 und 18 herrscht und die Zuleitung 30 positiv gegenüber der Zuleitung 18 ist.

Ungefähr zum gleichen Zeitpunkt, wenn die Spannung in der Zuleitung 16 positiv gegenüber der Zuleitung 18 wird, tritt eine Spannung am Spannungsteiler auf, der durch Widerstände R. - Rg und einen Kondensator C,- gebildet wird. Wenn Leerlauf an den Zuleitungen 13 und 18 auftritt, 1st die Spannung an der Zuleitung 35 groß genug, um ein Schaltelement S₁ leitend zu maohen« Danach liefert daß Soh»ltelement S₁ eine Gatterepannung zu Beginn der Halbwellt der Yer-β οrgungsepannung über den Widerstand E, und die Zuleitung 54 zum Gatter des Thyristors SCR., der leitend gemacht wird. Unter diesen Bedingungen wirtt der Kondensator Ce als Energiespeicher, um das Schaltelement S₁ zu zünden, das als epannungaabhängiger Sohalter wie eine Neonentladungslampe'abgebildet ist. Der Wideretand H, dient zur Begrenzung dee Stromflusses durch das Schaltelement fL und das Gatter des Thyristors SOE₁ und sohützt beide Einrichtungen vor einem zu hohen Stromdurchfluß.

Während abwechselnder Halbwellen der angelegten Spannung treten die Zündimpulse nicht an der Wicklung Nj auf, da Dioden D₁ und D₂ eine Aufladung der Kondensatoren 0. und O₅ verhindern. Wenn daher die Zuleitung 31 gegenüber den Zuleitungen 33 und 35 poBitivwird, leiten diese Dioden den Ladestrom an den Kondensatoren Torbei. Der Widerstand R₂ ist Torhandtn, tun dl· Kapfindliohkeit des Qattere dta !ayrietore 8CE₁ herab«U8ete«n_f daai't der thyristor SCR₁ nur dann gezündet_twird, wenn der Kondeneator 0_r über dae Schaltelement S₁ entladen wird.

Wenn die Lampe 40 zu brennen beginnt, fällt die L

auf einen niedrigen Wert ab und ein relativ großer Stromstoß wird durch die Wicklung N_? gesogen. Dieser Stromstoß- könnte groß

■ - _v Cm

genug sein, um eine Spannung in der Wicklung NV zu induzieren und einen Strom in dem Kreis fließen zu lassen, der aus der Wicklung N^ dem Thyristor SCR., der Zuleitung 31, dem Widerstand R₁ und der Diode D.. besteht. Dieser Stromfluß könnte seinerseits groß genug sein, um sowohl die Diode D.. als auch' den Thyristor SGR₁ zu zerstören. Daher muß der Widerstand R₁ groß genug aeln, um den Strom auf einen sicheren Wert zu begrenzen.

Während dee Zundens der Lampe 40» wenn der Thyristor SCH. leitet, tritt ein HochspannungeimpulB an den Zuleitungen 30 und 18 auf. Der Kondensator G,- wird vor allem ale Energie epe ipner zum Zünden des Thyristors 8CH₁ verwendet. Der Kondensator Oc wirkt jedoch außerdem als niedrige Impedanz während des hochfrequenten ' Hochspannungsimpulees, so daß kein schädlicher Stromflufl duroh da· Schaltelement S₁ und das (latter dee Thyristors SCÄj auftreten kamt· j

Nachdem die Lampe 40 das normale Brennen begonnen hat, reicht der am Widerstand Rg im Spannungsteilernetzwerk auftretende Spannungsabfall nicht aus, um das Schaltelement S- zu zünden. Während des Zündena 'der Lampe dienen die Dioden D₁ und Dg dazu, die Kondensatoren C* und C- an einer Aufladung während abwechselnden Halbwellen der angelegten Spannung zu hlribrn, Diese Dioden gewährleisten auch, daß die Kondensatoren OV und O^ βloh ungefähr zum gleichen Zeitpunkt in der richtigen Halbwelle jeder Welle dtr

angelegten Spannung aufzuladen beginn;». Während des normalen BrenneHB, nachdem die Lampe 40 ihr Brennen aufgenommen hat, entladen die Dioden D₄ und D₀ die Kondensatoren 0. und C_c während abwechselnder Halbwellen der angelegten Spaanung und verhindern eine Aufladung der Kondensatoren während des Brennens·

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Die Werte der Im praktisch erprobten Ausfuhrungsbeispiel verwendeten Bauelemente der Zündschaltung von Pig* 1 sind in der folgenden Tabelle I angegeben»

TABELLE I

Bauelemente Kennwerte

Kondensatoren:

C₁, C₂-- 35/^F, 280 V. Wechselspannung

C-. 0,33/*?, 400 V Gleichspannung

0 -—.- — — 1,0 /l¥_t 400 V Gleichspannung

O₅- 0,033/*F, 200 7 Gleichspannung

Widerstände:

H₁ ~ 27 IL

1 K Λ 33 K Λ

Diodeni

D₁₁D₂— General Electrio A1312 Diode

Schaltelflaentei

S₁ —■ General Electrio 5AH Neon^Lampe

SCR₁ ·— —-_—■ „ General Electrio 0106B1 Thyristor

Die Zündschaltung gemäß der Erfindung hat sich in Dauerprüfrereuchen als außerordentlich zurerlässig «rwlesen und ist relativ billig herzustellen. Perner kann die Zündschaltung gemäß der Erfindung ausreichende Zündimpulse an Lampen abgeben, die eioh mehr al3 11 m (35 Puss) von der Steuervorrichtung entfernt befinden· Diese Fähigkeit der Zündschaltung ist in Pig. 4 erläutert.

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BAD

Fig. 4 zeigt den von einer Zündschaltung lieferbaren Prozent-βatz der maximalen Spitzenspannung über der Leitungslänge zwischen der Zündschaltung und einer Lampe. In Fig. 4 stellt die horizontale Strichlinie, die ungefähr 78 i· entspricht, die minimale Spannung dar, die im allgemeinen zum Zünden von IiochleiatungsnairLumlampen benötigt wird. Diese Grenze beruht auf der Verfügbarkeit von 3 200 V von der Zündschaltung, wenn sie nicht von der Lampe getrennt wird. Die Kurve B von Fig. 4 wird von Daten gebildet, die durch Prüfen einer Steuervorrichtung erhalten wurden, wobei die Lampe mit einer Phasenateuerschaltung betrieben wurde. Die Kurve A zeigt die entsprechenden Vierte für die Vorrichtung von FIg-. .1. Gemäß der Kurve B gibt diese Steuervorrichtung nur dann eine geeignete Zündspannung ab, wenn die Leitungen 4 m (12 Fuß) oder kürzer sind.Hit der Steuervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 kann eine geeignete Zündspannung an HoohleiBtungsnatriumlampen abgegeben werden, seibat wenn die Leitungen länger als 11 m sind.

Fig. 5 zeigt die Charakteristiken einer bekannten Steuervorrichtung und der Vorrichtung gemäß der Erfindung, wenn sie zur Regelung von Hochleistungsnatriumlampen verwendet werden. Die Kurve G stellt die Leistungsaufnahme in Watt der Lampe über der Lampen-' spannung dar, wenn eine IIoohleistungsnatriumlam>e mit der Steuer- ^ vorrichtung von Fig. 1 (Nennwert Netzspannung 120 V) verwendet wird. Die Kurve D stellt ähn^lioh den Betrieb einer HochleiBtungsnatriumlempe mit einer Steuervorrichtung dar, die einen phaeengeateuerten Strom zum Brennen der Lampe verwendet.(Nennwert Netzspannung 240 Y) Von den Lampenherstellern wird angegeben, daß Hochleistungsnatritunlampen mit einer Nennleistungsaufnähme von 400 W zur Gewährleistung einer befriedigenden Liehtausbeute und eines stabilen Lampenbetrieba mit 330 - 440 V venrorgt werden sollten, wenn die Lampenspannung S5 - 160 Y beträgt. Es ist aus der Kurve C von Fig. 5 ersichtlich ,

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daß die Steuervorrichtung gemäß der Erfindung diese lampen innerhalb der angegebenen Leistungsaufnahmegrenzen im gesamten angegebenen Lampenspannungsbereich brennen läßt. Die durch die Kurve D charakterisiert© Vorrichtung kann dagegen einen "befriedigenden Lampenbetrieb bei Spannungen über 147 V nioht aufrechterhalten.

Aus der vorangegangenen Beschreibung ist ersichtlich, daß durch die Erfindung eine <verbesserte Ztind- und Brenneteuerrorrichtung für Bogenentladungen, insbesondere Hochlei θ tungsnatriuiilampen angegeben wird, bei der die Leistungsaufnahme der Lampe innerhalb gewünschter Grenzen* während der Lebensdauer der Lampe gehalten wird. Es ist auch ersichtlich, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung die Auswahlmöglichkeit von Zündschaltungen erhöht wird,, daß die Bauelemente der Zündschaltung nur während des Lampenzündens in Betrieb sind, die Zündschaltung mit einer Drossel mit einem relativ niedrigen kVAHfennwert versehen werden kann und billig herzustellen ist.

Patentansprüche

,QQ9815/09S1 bad

Claims

■■'■■.'■ Unsere Akte: 2005

P a fr- e η t a η a ρ r ü c h θ

■■ 1.1 Vor richtung zum Zünden und Brennen einer Grasentladungslampe durch eine Wechselspmnungsquelle, mit zwei Eingangsanschlüssen zum Anschluß an die Quelle und mit zwei Ausgangsanschlüssen zum Anechluß der La;.) ρ θ an einen Lampenbrennkreis mit einem Spannungekonetanthalter, und mit einer Brennetrombegrenzungseinriohtung, dl· la dem Lampenbrennkreis zwischen die Eingangs- und Ausgangsansohlüeee geschaltet ist, g β k e η η ζ e lehnet durch tinefteinen Spannungsteiler (H^ - Rg, C₅) aufweisende Einrichtung (C^, SOl₁, I«), die bei Leerlaufspannung an den Auegangsanschlüeeen (18, 30) tin· Zündspannung über die Brennkreieepannung überlagert· ■

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,· gekennzeichnet d u r 0 h einen magnetischen Spannungekonetanthalter (10) *ur Abgabe einer stabilisierten Brennspannung, durch eine Strombegrenzungeelnrichtuis^ (l2; L₂), durch eine den magnetischen Spannungekoiletmnthalter UBd die Strombegrenzungseinrichtung zwischen die Eingangsmnechlüeet (16,18) und die Ausgangsanschlüsse (18, 30) in den LampenbrennkrtIe schaltende Schalteinrichtung, und durch eine Einrichtung (C., SCB₁₉ |- N^), die bei Auftreten von Leerlaufspannung an den Ausgangsanechlü·- ' sen eine Zündspannung der Brennsn^innung während abwechselnder Halb«- |. wellen der Wechseletromwellen überlagert, um an die Lampe (40) ein· ; Zündspannung abzugeben.(Pig. 2jl).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r 0 h g e k e η η ζ e 1 c h -. η e t, daß die Strombegrenzungseinrichtung (Lg) eine Wicklung (Ng) • hat und daß die Einrichtung zur Überlagerung einer Zündspannung über die Brennspannung eine Zündwicklung (N,),die induktiv mit der Wicklung

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BAD ORiGWAU

StronbegrenBungseinriohtung gekoppelt ist, und eine Zündschaltung (14) mit einem Kondensator (Ck) und einer Halbleitersohalteinrichtung (SOR₁) zum Entladen des Kondensators über die Zündwicklung hat, um die Zündspannung in dem Lampenbrennkreis zu indizieren·

4. Vorrichtung naoh Anspruch 3, dadurch geke TC⁹Ii zeich-η e t·, daß die Zündschaltung (14) einen Spannungsteiler (R^ - R₈, Oc) parallel zu den Ausgangsanschlüssen (18, 30) hat, und daß der Spannungsteiler ein· Schaltepannung an die Halbleittrschalteinriohtung (SOR₁) während der abwechselnden Halbwellen abgibt, üb den Kondensator(Q.) zu entladen, wenn Lttrlaufepannung an den Ausgangeansohltiseen auftritt·

5. Vorrichtung naoh Anspruch 1, g t k e η η ζ e 1 ο h η · t/d u r ο h einen magnetischen Spannungskonstanthalter (10) mit einer sättigbaren Droaselvicklung (BY), durch eine Strombegrenzungseinriohtung mit einer Wicklung (H₂), und durch eine laatllitrtt Ktrneinheit (41} für die sättigbare Drosselwicklung und die Wicklung der Strombegrenzungseinrichtung, wobei der lamellierte Ktra einen Magnetkreis (50 - 54) für den durch die sättigbare Drosselwicklung erzeugten Induktionafluß und ein Magnetkreis (54, 58) für den durch die Wicklung der Strombegrenzungseinriol&tung erzeugten Induktionsfluß bildet, sowie einen beiden Kagnttkreieen gemeinsamen, ungesättigten ^f Joohabsohnltt (44 bzw. 54) _; hat₉ und wobei alt Wicklungen auf dttf lamellierten Kern so angebracht sind, dsJ in dem Joohabsohnitt tin resultierender Induktionsfluß erzeugt wird,, dessen- Betrag kleiner als der Betrag des von der sättigbaren Drosselwioklung erzeugten Induktionsflusses ist.

6. Vorrichtung nach Anspruoh 1, d a d u r c h g e k β η η ζ e i c hn e t, daß der Spannungeteiler Widerstände (R.-Rg)-hat, die an Ale

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AuBgangsanschlÜBse (IB,.30) angeschlossen sind, um die Schalteinrichtung (SCR₁) einzuschalten, wenn eine Leerlaufspannung an den Ausgangsanschlüssen, auftritt.

?. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k β η η zeichne t, daß der magnetische Spannungskonstanthalter eine sättigbare Traneforraatorwicklung (S^), eine Kerneinheit (41)^die einen ersten Magnetkreis (54 - 58) für den von der Wicklung (Ng) der Strombegrenzungeeinrichtung erzeugten Induktionsfluß"und einen streiten Magnetkreis (50 - 54) für den von der aättigbaren Iraneformatorwicklung erzeugten Induktionsflufl bildet, hat, daß der zweite Magnetkreis einen ersten Schenkel (50) mit einer vorbestimmten Quer-Bchnittefläohe und einen zweiten Schenkel (54) hat, dessen Querschnittefläche nicht größer als die vorbestimmte Querschnittefläche iat, daß der erste Schenkel während des Brennens durch den in der sättigbaren Transformatorwicklung erzeugten Induktionefluß gesättigt wird, daß der zweite Schenkel zu beiden Magnetkreieen gehört, und daß die Wicklung der Strombegrenzungseinrichtung und die eättigbare Tranaformatorwicklung lose auf der Kemeinheit gekoppelt sind und zusammen einen Induktionsfluß in dem zweiten Sahftnkel während des Brennbetriebs erzeugen, der den zweiten Schenk·! nioht sättigt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennseiohn et, daß der Spannungskonstanthalter einen sättigbaren Transformator&j) mit einer Wi okl ung (N.) auf einem lame liier ten Kern (41) hat« der einen ersten Magnetkreis (50 - 54) für den durch die Transformatorwioklung erzeugten Induktionsfluß bildet,- daß mindesten» ein Teil des ersten Magnetkreises eine vorbestimmte Querschnittefläche hat und während des Brennbetriebs' durch den von der Tran·- formatorwioklung erzeugten Induktionsfluß gesättigt wird, daß die Brenne trombe grenzungs einrichtung eine lose mit der transformator·· wicklung gekoppelte Wicklung (K₂) h&ti die auf den lamellierten Kern

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gewickelt 1st, daß der lamellierte Kern einen zweiten Hagnetkreis (54 - 58) für den durch die Wicklung der Strombegrenzungeeinriehtuag erzeugten Induktionefluß bildet, daß der lameliierte Kern einen tür beide Hagnetkreise gemeinsamen Kernabschnitt (44 bzw.54). hat, dessen Querechnlttefläohe nicht größer als die vorbestimmi»« Querschnittefliehe let, und daß die Wicklungen so relatiT Beieinander auf dem lameliierten Kern angeordnet sind, daß eie zusammen In dem gerneineamtn KenuÄsohaitt einen induktlonefluS erzeugen, der den gemeinsamen Keraabsohnitt nicht sättigt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r ο h g e k β η η ζ e 1 ο η η et daß die Einrichtung zur Überlagerung eines Hochspannungszündimpuleee der Brennepannung eine Wicklung (N,) hat, die auf dem lamellierten Kern (41) eng mit der Wicklung (Ig) der Brennstrombegreneungseinriohtung gekoppelt ist,

10· Vorrichtung nach Anspruch 1, gekeaaaelohnet durch ; einen magnetischen Spenmangskoaetanthalter Bit einer lineares Drossel (L₁), einea sättlgbarea Spartransformator (ϊ^) und tiatr Kapazität (O₁, Ci), durch ein· StroBbegrensuagedroeeei (Xu) nur Begrenzung dee der Lampe (40) cugeführten Strome, durch eine den

) magnetieoben Spannungskonstaathalter und die Strombegrenzungedrossel zwieohen die ElngangsanschlUsse (16, !θ) und die Ausgangsanschlüse· (18, 30) la einen Lampenbrennkrels sohaltende Sohaltein/richtung, durch eine Einrichtung zur Oberlagerung einer Zündspannung über dl· Brennspannung mit einer Wicklung (■«)* dl· loee lnduktlT mit der Strombegrenzungedrossel gekoppelt let, alt ein·« Kondensator (0·) zur Abgabe ein·· ZUndepannungsimpule·«, mit einer 8chalteiarieh|üag (9Cl₁) vor Entladung de· Kondeneator· über die Wicklung und Bit «in«» ßpannungeteiler (H^-H₈., 0^) der mit den Ausgangeanschltieeea rerbunden ist, auf die an den Ausgangsanschlüssen auftretende Leerlauf-.«pannung anspricht und mit der Schalteinrichtung Terbunden iet_t so daS ι

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an die Schalteinrichtung eine Spannung abgegeben und die Kapazität über die Wicklung zur Erzeugung der Zündspannung entladen wird·

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