DE1764711A1 - Circuit arrangement for operating gas discharge lamps - Google Patents
Circuit arrangement for operating gas discharge lampsInfo
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Description
Reg. Kr. CP 222 aG 19. Juli 1968 Reg.Kr. CP 222 aG July 19, 1968
PT - Ksr/?lsPT - Ksr /? Ls
Ο' E A GΟ 'E A G
Concordia Elektrisitäts-Aktiengesellschaft 46 Dortmund, Postfach 310 Concordia Elektrisitäts-Aktiengesellschaft 46 Dortmund, PO Box 310
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von Gasentladungslampen, die einen Wechselrichter oder Frequenzwandler enthält. .The invention relates to a circuit arrangement for operating Gas discharge lamps that have an inverter or frequency converter contains. .
Zum Betrieb von Gasentladungslampen sind die verschiedensten Anordnungen bekannt.There are many different ways of operating gas discharge lamps Arrangements known.
Beim induktiven Betrieb von Leuchtstofflampen wird eine elektrische Drosselspule, meist mit Eisenkern und Luftspalt, der Leuchtstofflampe in Reihe geschaltet. Der induktive Scheinwiderstand der Drossel begrenzt den Lampenstrom auf seinen Nennwert. In the inductive operation of fluorescent lamps, an electrical Choke coil, usually with an iron core and air gap, the Fluorescent lamp connected in series. The inductive impedance of the choke limits the lamp current to its nominal value.
Beim kompensierten induktiven Betrieb von Leuchtstofflampen er-With compensated inductive operation of fluorescent lamps
*■" .
hält man, durch Zuschalten, meist Parallelschalten, eines Kondensatore
die kompensierte Abart dieser induktiven Strombegrenzung. * ■ ".
one keeps, by switching on, mostly parallel switching, a capacitor the compensated variant of this inductive current limitation.
Im rein kapazitiven Betrieb von Leuchtstofflampen übernimmt ein Kondensator die Strombegrenzung. Da der Blindwiderstand des Kondensators bei oberwellenreicher Spannung, wie sie besonders von den Gasentladungslampen bei kleinen Frequenzen selbst verursacht wird, für die Oberwellen sehr niedrig ist, ist eine sehrIn the purely capacitive operation of fluorescent lamps, a Capacitor the current limit. Since the reactance of the Capacitor at high harmonic voltage, as they are especially caused by the gas discharge lamps themselves at low frequencies for which harmonics is very low is a very
" 209822/0103 BAOOB^\N^"209822/0103 BAO OB ^ \ N ^
*"■ Cm """* "■ Cm """
starke Kurvenformverzerrung dee Stromes mit sehr hohen Stromspitzen die Folge. Dies wirkt sich für die Betriebsdauer der Leuchtstofflampen negativ aus.The result is strong waveform distortion of the current with very high current peaks. This affects the operating time of the Fluorescent lamps look negative.
Man findet jedoch rein kapazitive Strombegrenzung bei Anlagen mit hohenBetriebsfrequenzen, da die Kurvenformverzerrung der Gasentladungslampen selbst mit steigender Frequenz abnimmt und bei einigen hundert Hz bereits vernachlässigbar ist.However, purely capacitive current limitation is found in systems with high operating frequencies, since the waveform distortion of the Gas discharge lamps themselves decrease with increasing frequency and is already negligible at a few hundred Hz.
Dieser Betrieb hat Vorteile, da die lichtausbeute mit höherer Frequenz steigt und die Verluste in einem Vorschaltkondensator geringer gehalten werden können als in einer Vorschaltdrossel. Diese Vorteile werden aufgewogen durch die Tatsache, daß die gesamte Leuchtstofflampenleistung einschließlich der Kondensatorverluste von einen zentralen Frequenzwandler, der wiederum verlustbehaftet ist, aufgebracht werden muß. Daneben ist ein separates Lichtnets erforderlich.This operation has advantages, since the luminous efficacy is higher Frequency increases and the losses in a ballast capacitor can be kept lower than in a series reactor. These advantages are outweighed by the fact that the total fluorescent lamp output including capacitor losses from a central frequency converter, which in turn is lossy, must be applied. Next to it is a separate light net required.
Eine weitere Betriebsart ist der kapazitive Betrieb von Leuchtstofflampen mit Serieninduktivität. Um hohe Stromspitzen zu vermeiden, wird den Kondensator eine Induktivität in Form eines Streutransformators (bei Zerhackern) bzw. einer Drosselspule zusätz-Hch in Reihe geschaltet. Da sich für den Wechselstromkreis kapazitiver und induktiver Blindwiderstand voneinander subtrahieren, mud der resultierende Scheinwiderstand so bemessen sein, daß sich der Lampennennstrom ergibt. Der Aufwand für diese Schaltung ist höher, da sich entsprechend induktivem und kapazitivem Blindwiderstand die Blindleistungen kompensieren. Die bauteilkostenbestlmmende SummeAnother operating mode is the capacitive operation of fluorescent lamps with series inductance. In order to avoid high current peaks, the capacitor is connected in series with an inductance in the form of a scatter transformer (with chopper) or a choke coil. Since capacitive and inductive reactance subtract from each other for the AC circuit, mud the resulting impedance must be such that the nominal lamp current results. The effort for this circuit is higher, because there are corresponding inductive and capacitive reactance compensate the reactive power. The component cost-determining sum
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
der Blindleistungen ist natürlich aufwendiger als die an eich nur benötigte Differenz. Man verwendet die kapazitive Strombegrenzung deshalb auch seist in Verbindung mit der unkondensierten induktiven und erreicht so eine Kompensation des induktiven Blindstromes. Ein Vorteil der kapazitiven Strombegrenzung ist die geringere elektrische Verlustleistung im Strombegrenzungsteil· Schließlich sei noch der Ohm'sche Betrieb der GasentladungB- bzw. Leuchtstofflampen hei Gleichstrom erwähnt. Da für den Gleichstromkreis eine Begrenzung Bit Hilfe von Blindwiderständen prinzipiell nicht möglich ist, werden hier z. B. speziell für Gleichstrom konzipierte Leuchtstofflampen über Ohm'sche Widerstände betrieben· Hauptnachteil dieser Strombegrenzungsart let der große elektrische LeIstungsverlust am Vorwiderstand. Beim Ohm'sche Betrieb der Gasentladungs- bzw. Leuchtstofflampen bei Wechselstrom wird die Strombegrenzung der Gasentladungsstrecke durch Vorschalten eines Ohm'sehen Widerstandes erreicht. Anwendung findet diese Betriebsart bei Glimmlampen oder in Sonderfällen, bei denen Energiekosten eine untergeordnete Rolle spielen, wie'bei Forderungen nach geringem Platzbedarf, Gewicht oder Anschaffungskosten, bei Meßschaltungen und geringem Energiepreis.of the reactive power is of course more complex than the difference that is only required for calibration. The capacitive current limitation is therefore also used in conjunction with the uncondensed inductive one, thus compensating for the inductive reactive current. One advantage of capacitive current limiting is the lower electrical power loss in the current limiting part. Finally, the ohmic operation of gas discharge or fluorescent lamps with direct current should be mentioned. Since a limitation bit by means of reactances is in principle not possible for the direct current circuit, z. B. fluorescent lamps specially designed for direct current operated via ohmic resistors. The main disadvantage of this type of current limitation is the large electrical power loss at the series resistor. In the case of ohmic operation of the gas discharge or fluorescent lamps with alternating current, the current limitation of the gas discharge path is achieved by connecting an ohmic resistor upstream. This operating mode is used in glow lamps or in special cases in which energy costs play a subordinate role, such as requirements for low space requirements, weight or acquisition costs, for measuring circuits and low energy prices.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von Gasentladungslampen aufzubauen, die folgende Vorteile besitzt:The object of the present invention is to provide a circuit arrangement to build for the operation of gas discharge lamps, the following advantages owns:
Ablösung der bisher bekannten Strombegrenzungemethoden, insbesondere der Vorschaltdrossel.Replacement of the previously known current limitation methods, in particular the series reactor.
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Vermeiden von Blindleistungen und damit Erübrigen einer etwaigen Kompensation.Avoidance of reactive power and thus the need for any Compensation.
Verminderung von Baugröße und Gewicht der neuen Einrichtung im Vergleich zu induktiven Vorschaltgeräten,Reduction in size and weight of the new facility in the Compared to inductive ballasts,
Verminderung der bisher in Vorschaltgeräten üblichen Verlustleistung. Reduction of the power loss previously common in ballasts.
Verbesserung der Lichtausbeate von Leuchtstofflampen durch Erhöhung der Frequenz der Betriebsspannung. Bekanntlich ergibt sich oberhalb einer Frequenz von ca. 300 Hz eine Steigerung der relativen Lichtausbeute, die zwischen 11 # und 20 $ je nach Lampenleistung liegt.Improvement of the light output of fluorescent lamps by increasing them the frequency of the operating voltage. As is known, there is an increase in the relative frequency above a frequency of approx. 300 Hz Luminous efficacy that is between # 11 and $ 20 depending on lamp wattage lies.
Verminderung von Lichtstromschwankungen, die der doppelten Netzfrequenz proportional sind und daher zu der unter dem NamenReduction of luminous flux fluctuations, which are proportional to twice the mains frequency and therefore to that under the name
ir'ir '
"etroboskopischer Effekt" bekannten Erscheinung führen können,"etroboscopic effect" known phenomenon,
Vermeidung bzw. Verminderung des bei induktiven Vorschaltgeräten üblichen Geräuschpegels. »'Avoidance or reduction of the noise level usual with inductive ballasts. »'
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Eingang des Wechselrichters oder Frequenzwandlers mit mindestens einer Gasentladungslampe in Reihe geschaltet ist und daß sein Ausgang mit der ersten Gasentladungslampe und/oder einer zweiten Gasentladungslampe verbunden ist.This object is achieved according to the invention in that the input of the inverter or frequency converter with at least a gas discharge lamp is connected in series and that its output is connected to the first gas discharge lamp and / or a second gas discharge lamp.
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- JT--- JT--
Die Figuren 1 bis 3 zeigen verschiedene Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung.Figures 1 to 3 show different circuit arrangements according to the invention.
Nach Figur 1 speist der Ausgang eines gleichstromgespeisten Zerhackers (Z) eine Leuchtstoff lampe L1. Der Zerhacker Z besitzt eine U-I Kennlinie mit positiver Steigung, so daß sich sein Eingang als Oha'scher Widerstand darstellt. Schaltet man diesen Eingang über einen Gleichrichter G einer weiteren Leuchtstofflampe L 2 in Reihe, so lassen sich mit dieser Anordnung zwei Leuchtstofflampen an der Hetzspannung UN bestreiten.According to FIG. 1, the output of a chopper fed with direct current feeds (Z) a fluorescent lamp L1. The chopper Z owns a U-I characteristic with a positive slope, so that its input is represented as an Ohaian resistance. If you switch this Input via a rectifier G of another fluorescent lamp L 2 in series, with this arrangement two Deny fluorescent lamps at the Hetzvoltage UN.
Da sich in der Praxis zur Zeit bei größeren Spannungen Zerhackerwirkungsgrade von^= 0,8...0,95 erreichen lassen und bei Wahl einer Frequenz von mehr als 7 kHz Vergrößerungen der Lichtstromausbeute von V = 1,11...1,2 erreichen lassen, ergibt sich z.B. bei 2 LeuchtstofflaiBpen 20 W und einer Spannungsaufteilung von U2 = U.. bei einer vorausgesetzten Lichtausbeute von A = 50 lm/W.Since, in practice, chopper efficiencies of ^ = 0.8 ... 0.95 can be achieved at higher voltages, and when a frequency of more than 7 kHz is selected, the luminous flux efficiency is increased by V = 1.11 ... 1.2 can be achieved, results, for example, with 2 fluorescent lamps 20 W and a voltage distribution of U 2 = U .. with an assumed luminous efficiency of A = 50 lm / W.
0 =1890 - 2140 Im bei 40 W aus der Gleichung 0 = !■£*■. A [Uw + U1, (V ·*? - 1) T0 = 1890 - 2140 Im at 40 W from the equation 0 =! ■ £ * ■. A [U w + U 1 , (V *? - 1) T
Die Ableitung dieser Gleichung ist hier nicht angeführt. Es bedeuten in dieser Gleichung: The derivation of this equation is not given here. In this equation:
0 = 0 1+02 ·0 = 0 1 + 02
A = lampentypische Lichtausbeute bei Netzfrequenz · *f = Zorhackerwirkungsgrad U0*I0/ U17^IA = typical lamp luminous efficacy at mains frequency * f = chopper efficiency U 0 * I 0 / U 17 ^ I
V = Faktor um den die Licbtauabeute mit wachsender Frequenz zunimmt V = 1,11 ...1,2V = factor by which the license yield with increasing frequency increases V = 1.11 ... 1.2
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— 6 —- 6 -
Damit ergibt sieb eine Gesamtlichtausbeute von AG - 47,3 - 53,5 lm/W.This results in a total light output of A G - 47.3 - 53.5 lm / W.
induktive Vorscbaltgeräte werden in den Typenlieten der Hersteller für Leuchtstofflampen mit Vorschaltgerät folgende Werte angegeben:inductive circuit breakers are in the type lists of Manufacturer for fluorescent lamps with ballast stated the following values:
20 W/.. Sa 32 W
20 ¥/.. X 30 W20 W / .. Sa 32 W
20 ¥ / .. X 30 W
Somit ergeben sich in diesem Beispiel für Lampen, die mit Vor schaltgerät betrieben werden, Gesamtlichtausbeuten vonThus, in this example for lamps that are operated with a ballast, total light yields of
\J\ J
Durch die beschriebene Anordnung ergibt sich damit eine Steigerung der Lichtausbeute um das ** The arrangement described results in an increase in the light output by the **
Ar _ 47,3...53,5A r _ 47.3 ... 53.5
J* ~ ~ 1,42... 1.7- fache, J * ~ ~ 1.42 ... 1.7 times,
AGV 31,3...33,3 Ί A GV 31.3 ... 33.3 Ί
wobei der Wechselrichter lediglich für eine Leistung von 20 W ausgelegt sein muß, um die Gesamtleistung der Lampen von 40 W zu beherrschen. The inverter is only designed for a power of 20 W. must be in order to control the total output of the lamps of 40 W.
Durch diese Anordnung ist es möglich, die Vorschaltdrossel abzulösen, Blindleistungen zu vermeiden und damit eine Kompensation zu erübrigen. Neben der erhöhten Wirtschaftlichkeit durcb geringerenThis arrangement makes it possible to replace the series reactor, To avoid reactive power and thus to dispense with a compensation. In addition to the increased profitability through lower
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BAD ORIGINAL - 7 -ORIGINAL BATHROOM - 7 -
Energiebedarf spielt auch die Verminderung der Verlustleistung eine Rolle, z. B. hei der Dimensionierung von Klimaanlagen für EDV-Anlagen, da diese die Verluetatröme als zusätzliche Kühlleistung aufbringen müssen.The reduction in power dissipation also plays a role in the energy requirement, e.g. B. hot the dimensioning of air conditioning for EDP systems, as these the loss flows as additional cooling capacity have to muster.
Da solche !Frequenzwandler mit vorgeschaltetem Gleichrichter bzw. Wechselrichter ait Hilfe von Halbleitern, wie Transistoren und Thyristoren, sehr klein und kompakt aufgebaut werden können, läßt sich eine Verkleinerung von Baugröße und Gewicht iia Vergleich zu den induktiven Vorschaltgeräten erreichen. Transformatoren für Frequenzen von einigen kHz werden bekanntermaßen um ein Vielfaches kleiner als bei Hetzfrequenz. Für solche Wechselrichter sind auch transformator- bzw. eisenlose Anordnungen bekannt geworden, bei Einsatz solcher Weichselrichter ist ein Eigengeräuach völlig auszuschließen. Netzsynchrone licht st ärkeschv/ankungen werden durch die erfindungsgenäße Anordnung vermindert, da der Wechselrichter praktisch unabhängig von der Netzfrequenz arbeiten kann. Since such frequency converters with an upstream rectifier or rectifier Inverters with the help of semiconductors, such as transistors and Thyristors, very small and compact, can be reduced in size and weight in comparison to reach the inductive ballasts. Transformers for frequencies of a few kHz are known to be many times smaller than for chasing frequencies. For such inverters transformerless or ironless arrangements are also known become, when using such Weichselrichter is an inherent noise completely ruled out. Mains synchronous light stärkeschv / aniations are reduced by the arrangement according to the invention, there the inverter can work practically independently of the grid frequency.
Eine weitere Anordnung gemäß der-Erfindung ist in Figur 2 gezeigt. Bei dieser ist es nicht erforderlich, mindestens zwei Leuchtstofflampen zu betreiben. Ist der Ausgang des Frequenzwandlers (FW) galvanisch vom Eingang getrennt, so läßt sich der Ausgang auf die gleiche Röhre schalten« wenn man durch geeignete Schaltungsmaßnahmen dafür sorgt, daß die Ausgangsspannung des Frequenzwandlers von Netz und die Netzspannung vom Ausgang des Frequenzwandlers abgeblockt wird. Der Kondensator k blockt die niederfrequente Netzspannung Un vom Ausgang A des Frequenzwandler Fii ab. Die Induktivität m blockt dieAnother arrangement according to the invention is shown in FIG. With this it is not necessary to operate at least two fluorescent lamps. If the output of the frequency converter (FW) is galvanically isolated from the input, the output can be switched to the same tube if suitable circuit measures are used to ensure that the output voltage of the frequency converter is blocked from the mains and the mains voltage is blocked from the output of the frequency converter. The capacitor k blocks the low-frequency mains voltage U n from the output A of the frequency converter Fii. The inductance m blocks the
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tonfrequente Ausgangsspannung des Frequenzwandler F;l vom lietz ab. •Da Frequenzen von f/ ' z durch den Frequenzwandler erzeugt werdenr können k u. m sehr klein sein. Der Kondensator k dient gleichseitig zur Anpassung und Begrenzung des Auegangsstromes des Frequenzwandler::? FW. Die Verhältnisse sind ähnlich wie bei der Schaltung nach Figur 1, jedoch durch die Koppelung über die gemeinsame Last etwa komplizierii. da sich das Verhalten der Leuchtstoff-Röhre selbst bei Beaufschlagung mit einer Mischung aus einem netz- und einem tonfrequenten Strom ändert. So wird für die Netzfrequenz das bisher für jede Halbwolle er-A folgte Zünden und Löschen fortfallen, weil der parallele Betrieb mit tonfrequenter Spannung eine Entionisierung der Gasentladungsstreckeaudio-frequency output voltage of the frequency converter F; l from the lietz. R • Since frequencies of f / 'z generated by the frequency converter k u can. M be very small. The capacitor k serves to adapt and limit the output current of the frequency converter:? FW. The conditions are similar to those of the circuit according to FIG. 1, but somewhat complicated by the coupling via the common load. because the behavior of the fluorescent tube changes even when exposed to a mixture of a mains and an audio-frequency current. For the mains frequency, the ignition and extinguishing that has so far been carried out for each half-wool will no longer be necessary, because the parallel operation with audio-frequency voltage causes deionization of the gas discharge path
weltgehend verhindert.world-wide prevented.
Für diese Anordnung ergibt sich aus einer hier nicht vollständig durchgeführten Rechnung:For this arrangement, one does not fully emerge from here carried out invoice:
h* V A h * V A
Diese Anordnung besitzt die gleichen Vorteile wie die Schaltung nach Figur 1. Hinzu kommt, daß hier der Betrieb einer einzelnen ™ · Leuchtstofflampe möglich ist.This arrangement has the same advantages as the circuit according to Figure 1. In addition, the operation of a single ™ · fluorescent lamp is possible here.
Da im Zweilampenbetrieb sowohl die Größe der Netzspannung Un als auch die Brennspannung U^ der Leuchtstofflampen vorgegeben sind, ergibt sich in den meisten Fällen, daß eine der Lampen (üblicherweise L 2) eine größere elektrische Leistung erhält als die andere. Soll die Forderung nach gleicher Helligkeit erfüllt werden, läßt sich daraus die BedingungSince both the size of the mains voltage U n and the operating voltage U ^ of the fluorescent lamps are specified in two-lamp operation, in most cases one of the lamps (usually L 2) receives a greater electrical power than the other. If the requirement for equal brightness is to be met, the condition can be derived from this
209822/0103209822/0103
176A711176A711
0 .j := 0 2 fczw*0 .j: = 0 2 fc zw *
% - uz - üz · v · 7% - u z - ü z v 7
ableiten.derive.
Da υ« und U-r = U« - ü« vorgegeben aind, läßt sich diese Be-.dingung nicht bei allen Gasentladungslampen erfüllen.Since ½ "and U-r = U" - "are given, this condition can be do not meet this requirement for all gas discharge lamps.
Dies ist jedoch mit Hilfe einer Anordnung gemäß Figur 3 möglich. Bei dieser Anordnung ist der Ausgang des Frequenzwandlers über eines Kondensator (V) mit der ersten Gasentladungslampe L 1 verbunden, die in Reihe mit seinem Eingang liegt. Die zweite Gasentladungslampe L 2 ist parallel zum Ausgang .des Frequenzwandlers FW geschaltet.However, this is possible with the aid of an arrangement according to FIG. With this arrangement, the output of the frequency converter is via one Capacitor (V) connected to the first gas discharge lamp L 1, the in series with its entrance. The second gas discharge lamp L 2 is connected in parallel to the output of the frequency converter FW.
Wie sich durch eine Rechnung,, die hier nicht näher ausgeführt ist, zeigen läßt, ergibt sich der Lichtstrom der Lampe L 1 zu:How through a calculation, which is not detailed here, can be shown, the luminous flux of the lamp L 1 results in:
0 1 - A ti, (Un - 0z ) + Ιω T11 -U2]0 1 - A ti, (U n - 0 z ) + Ι ω T 11 -U 2 ]
und der Lichtstrom der Lampe L 2 zu:and the luminous flux of the lamp L 2 to:
0 2 = A [I1 üz -η - IZA1 V12 · U2 ]0 2 = A [I 1 ü z -η - I ZA1 V 12 · U 2 ]
Da Vt a ^* Vt2 zeigt e^n Vergleich dieser beiden Gleichungen, daß der durch V bestimmte Lichtstromanteil von 02 subtrahiert und zvl 0, addiert werden kann.Since Vt Vt * a ^ e ^ n 2 illustrates comparison of these two equations in that the determined through V luminous flux ratio of 02 and subtracted ZVL 0 can be added.
- Patentansprüche 209822/0103 - Claims 209822/0103
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