DE19820615A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von Energiesparlampen - Google Patents

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren beschreibt eine Lösung, um stark überlastete Netze vor einem Zusammenbruch der Stromversorgung zu schützen und den Betrieb der Energiesparlampen auch bei starken Netzschwankungen aufrecht zu erhalten.

Description

Regelungen von Energiesparlampen gibt es für die verschiedensten Aufgaben, z. B. um die Helligkeit dem jeweiligen Tageslicht anzupassen, um zeitgesteuert automatisch ein- und auszuschalten, um kontinuierlich oder schrittweise die Lei­ stung zu dimmen u.v.a.m.

Ein besonderes Problem ergibt sich bei der Aufgabe, stark schwankende Netz­ spannungen auszugleichen. Wenn man versucht, die Leistungsaufnahme bei ab­ sinkender Netzspannung zu stabilisieren, um ein Absinken der Helligkeit der Lam­ pen zu vermeiden oder zumindest zu verringern, führt dies automatisch zu einem Ansteigen des Stromes. Das Ansteigen des Stromes wirkt aber verschlimmernd auf das bereits überlastete Netz und kann bei einer großen Zahl derartiger Rege­ lungen zu einem Zusammenbruch des Netzes führen. In einigen Ländern sind da­ her solche Regelungen unerwünscht oder sogar verboten.

Die Erfindung geht von einer anderen Aufgabenstellung aus, die bisher noch nicht in Erwägung gezogen wurde, nämlich: Hauptsache ist, die Lampe funktioniert auch bei stark absinkender Spannung und man vermeidet eine zusätzliche Über­ lastung des Netzes, wenn nicht sogar einen vollkommenen Ausfall der Stromver­ sorgung.

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelte Lampe wird zwar bei ab­ sinkender Spannung etwas dunkler leuchten, aber auch weniger Leistung ver­ brauchen, wenn der Strom konstant gehalten wird oder sogar abnimmt. Die Re­ gelschaltung muß jedoch gleichzeitig dafür sorgen, daß die Betriebsbedingungen der Gasentladungslampe auf einem stabilen Brennzustand gehalten werden. Bei wieder ansteigender Spannung kann die Regelung in umgekehrtem Sinn arbeiten und die Helligkeit erhöhen.

Zur Stützung der Stromversorgung kann es erwünscht sein, durch die Regel­ schaltung die Stromaufnahme der Gasentladungslampe im Vergleich zur Netz­ spannung sogar überproportional zu reduzieren.

Vorteilhafterweise wird eine erfindungsgemäße Regelschaltung mit einer Verzö­ gerung ausgestattet, um auf kurzzeitig auftretende Spannungsschwankungen nicht zu reagieren.

Innerhalb der üblichen tolerierten Spannungsschwankungen kann die Regelung außer Kraft gesetzt werden, indem sie erst bei Unterschreiten eines bestimmten Grenzwertes in direkter oder indirekter Abhängigkeit von der Netzspannung ein­ setzt. Die Regelung kann sogar so ausgelegt werden, daß durch Beeinflussung der Schaltfrequenz und/oder der Einschaltzeiten des Konverters innerhalb der tolerierten Spannungsschwankungen eine weitgehende Stabilisierung der Hellig­ keit erreicht wird und erst bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes die Re­ duzierung der Helligkeit beginnt. Das kann nach einer kontinuierlichen Regelkurve oder in Stufen erfolgen.

Das erfindungsgemäße Regelverfahren kann selbstverständlich nur bis zu einer unteren Grenze die gestellte Aufgabe erfüllen. Sinkt die Netzspannung zu weit ab, kann die Gasentladungslampe verlöschen, was unter Umständen zu einer Zer­ störung des elektronischen Vorschaltgerätes führen kann. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, daß bei Unterschreiten der betriebsnotwendigen Netzspannung der Gasentladungslampe der Konverter abgeschaltet und erst bei einem oberen Grenzwert, der ein Zünden der Gasentladung sicherstellt, wieder eingeschaltet wird. Das Abschalten kann auch unmittelbar vom Erlöschen der Gasentladung abhängig gemacht werden.

Als Regelschaltung wird die Beeinflussung der Stromaufnahme z. B. durch eine Veränderung der Schaltfrequenz und/oder der Einschaltzeiten des Konverters vor­ geschlagen.

Die Beeinflussung der Schaltfrequenz und/oder der Einschaltzeiten des Konverters stehen stellvertretend als Beispiel auch für die zahlreichen anderen Möglichkeiten, die Leistungs- bzw. die Stromaufnahme einer Gasentladungslampe zu beeinflus­ sen.

Das nachfolgende Blockschaltbild Fig. 1 zeigt das prinzipielle Zusammenwirken des Regelverfahrens und dient dem besseren Verständnis des Erfindungsgedan­ kens.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen den zeitlichen Ablauf von drei verschiedenen Regelbei­ spielen, die für den Erfindungsgedanken typisch sind.

Im Blockschaltbild Fig. 1 ist die Gasentladungslampe (1) mit ihren beheizten Elektroden (2) über einen Koppelkondensator (4) mit dem Konverter (5) verbun­ den. Der Kondensator (3) dient in üblicher Weise dem Vorheizen und der Auf­ rechterhaltung des Heizstromes der Elektroden (2).

Der Konverter (5) erhält seine Betriebsspannung von einem Netzteil (6), das mit den Netzzuleitungen (7) angeschlossen ist. Die Regelschaltung (8) erhält vom Netzteil (6) oder vom Konverter (5) die notwendigen Informationen, um auf Ver­ änderungen der Betriebsspannung reagieren zu können und gibt seine entspre­ chenden Informationen an den Konverter (5). Diese Informationen können verzö­ gert oder unverzögert auf den Konverter (5) einwirken. Es kann sich dabei um einfache Informationen, d. h. veränderliche Spannungswerte handeln, aber auch um komplexe digitale Informationen, die programmiert alle Betriebsparameter der Gasentladungslampe (1) regeln.

Als Beispiel sei die Beeinflussung des Lampenstromes erwähnt, welcher hochfre­ quent über den Kondensator (4) fließt. Man kann auf diese Weise durch Verän­ derung der Schaltfrequenz des Konverters den Lampenstrom, aber auch die Lam­ penspannung verändern, da sich der kapazitive Widerstand des Kondensators (4) mit der Frequenz ändert.

In ähnlicher Weise kann die Leistung der Gasentladungslampe reduziert werden, indem man z. B. die Einschaltdauer der Transistoren des Konverters reduziert.

In den Fig. 2, 3 und 4 ist jeweils der zeitliche Verlauf der Netzspannung mit einer Doppelstrichkurve (A) dargestellt und die entsprechenden Regelkurven (B) mit einfacher Linie. Die zeitlichen Ablaufdiagramme beginnen jeweils auf der linken Seite mit 100% in Punkt (9).

Zunächst Regelbeispiel Fig. 2: Ausgehend von 100% der Netzspannung in Punkt (9) sinkt die Netzspannung zunächst bis zum Punkt (10) allmählich ab. Die Regel­ kurve (B) stellt beispielsweise die aufgenommene Leistung dar. Im Regelbeispiel Fig. 2 ist angenommen, daß der aufgenommene Strom ebenfalls von 100% aus­ gehend bis zum Punkt (11) stärker absinkt als die Netzspannung. Im Abschnitt Punkt (10-12) sinkt die Netzspannung stärker ab und demgemäß wird auch der Strom stärker heruntergeregelt und bleibt entsprechend der gleichmäßig verlau­ fenden Netzspannung zwischen den Punkten (12) und (14) ebenfalls konstant auf der Strecke (13-15). Steigt die Netzspannung von Punkt (14) bis (16) an, wird auch der Strom von Punkt (15) auf (16) auf die volle Leistung ansteigen.

In Fig. 3 ist der typische Regelverlauf dargestellt, der bei einem unteren Schwell­ wert (18) den Strom um eine Stufe, nämlich von Punkt (17) auf das Niveau (22) herunterschaltet. Das könnte z. B. der halben Helligkeit entsprechen und eine ausreichende Reserve für den stabilen Betrieb der Gasentladungslampe sichern.

Selbst wenn die Netzspannung weiter absinkt auf den Punkt (19) und auf diesem Niveau bis zum Punkt (20) verbleibt, bietet die Stromstärke zwischen den Punkten (22) eine ausreichende Sicherheit für das Brennen der Gasentladungslampe. Erst wenn die Netzspannung zwischen den Punkten (20) und (24) einen Schwellwert im Punkt (21) erreicht, schaltet die Regelung von der unteren Stufe (22) wieder auf den vollen Wert im Punkt (23) und bleibt auf diesem Wert erhalten. Typisch ist bei diesem Beispiel, daß zwischen den Punkten (9) und (17) der Strom stabili­ siert wird, obwohl im gleichen Zeitraum die Netzspannung von (9) auf (18) we­ sentlich abgesunken ist. Das entspricht einer Stabilisierung der Helligkeit bis zu einem Schwellwert (18) und die Gasentladungslampe wird erst dann schlagartig z. B. auf die halbe Leistung gedimmt.

Eine andere Variante zeigt Fig. 4. Auch bei diesem Beispiel wird zunächst die Hel­ ligkeit der Lampe, d. h. der Strom vom Punkt (9) bis (26) stabilisiert und schaltet erst beim Absinken der Netzspannung auf den Punkt (25) schlagartig auf einen niedrigeren Lichtwert um entsprechend dem Beispiel Fig. 3. Hier ist allerdings eine zusätzliche Sicherheit vorgesehen, daß bei weiterem Absinken der Netzspan­ nung, z. B. bis zum Grenzwert (28), der Konverter bzw. der Strom der Gasentla­ dungslampe abgeschaltet wird, was durch die strichlierte Linie zwischen den Punkten (29) und (33) dargestellt wird. Unabhängig davon, in welcher Art sich die Netzspannung zwischen den Punkt (30, 31 und 32) verändert, bleibt die Lampe abgeschaltet. Erst bei Erreichen eines bestimmten Spannungswertes im Punkt (32), der ausreicht, um ein zuverlässiges Wiederzünden der Gasentladungslampe zu sichern, wird schlagartig wieder der Betrieb der Gasentladungslampe vom Punkt (33) auf volles Licht im Punkt (34) umgeschaltet und weiterhin geregelt mit dem vollen Lichtwert, auch wenn die Spannung zwischen dem Punkt (32) und (35) wieder ansteigt.

Die drei Regelbeispiele zeigen einige Möglichkeiten der erfindungsgemäßen Re­ gelabläufe. Die Regelvorgänge können selbstverständlich beliebig kombiniert oder den jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden. Auch diese Beispiele sind nicht als beschränkend, sondern nur zum besseren Verständnis dargestellt aufzufassen.

Prinzipiell sind alle Verfahren, die der Regelung der Leistungsaufnahme und/oder der Helligkeit von Gasentladungslampen dienen, erfindungsgemäß anwendbar. Die angeführten Beispiele sind daher in keiner Art beschränkend aufzufassen.

Das gilt insbesondere auch für Schaltungen, welche den Betrieb der Gasentla­ dungslampe mit Gleichstrom oder entsprechenden Schaltungen für unbeheizte Elektroden betreffen. Auch die Kombination mit Schaltungen, welche den Ober­ wellengehalt von Konverterschaltungen verbessern, dienen der Anwendungs­ freundlichkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Claims (10)

1. Verfahren zur Regelung von Energiesparlampen, bestehend aus einer Gasentladungslampe und einem elektronischen Vorschaltgerät, das mittels eines Hochfrequenz-Konverters die für die Gasentladungslampe erforderli­ che hohe Betriebsspannung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß bei abnehmender Netzspannung die Leistungsaufnahme der Gasentladungs­ lampe soweit reduziert wird, daß die Stromaufnahme etwa konstant bleibt oder abnimmt, aber die Betriebsbedingungen der Gasentladungslampe auf einem stabilen Brennzustand gehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strom­ aufnahme der Gasentladungslampe im Vergleich zur Netzspannung über­ proportional reduziert wird.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regelung mit Verzögerung erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regelung der Stromaufnahme erst bei Unterschreiten eines bestimmten Grenzwertes in direkter oder indirekter Abhängigkeit von der Netzspannung einsetzt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regelung der Stromaufnahme kontinuierlich nach einer vorgegebenen Regelkurve in direkter oder indirekter Abhängigkeit von der Netzspannung arbeitet.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Unterschreiten eines bestimmten Grenzwertes die Stromaufnahme der Gasentladungslampe stufenweise auf einen oder mehrere niedrigere Werte umgeschaltet wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem vorgegebenen, tolerierten Bereich die Helligkeit der Lampe stabilisiert wird und erst bei Unterschreitung des unteren Grenzwertes des tolerierten Bereiches die Reduzierung der Helligkeit be­ ginnt.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Unterschreiten der betriebsnotwendigen Spannung der Gasentladungslampe der Konverter abgeschaltet und erst bei einem oberen Grenzwert, der ein Zünden der Gasentladung sicherstellt, wieder einge­ schaltet wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Erlöschen der Gasentladung der Konverter abgeschaltet und erst bei einem höher liegenden Grenzwert der Netzspannung, der ein Zünden der Gasentladung sicherstellt, wieder eingeschaltet wird.

10. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelschaltung vorhan­ den ist, welche die Reduzierung der Stromaufnahme und die Regelung der Betriebsbedingungen der Gasentladungslampe durch eine Änderung der Schaltfrequenz und/oder der Schaltzeiten des Konverters herbeiführt.