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Start- und Betriebsschaltung für Gasentladungslampen Die Priorität
der entsprechenden USA-Anmeldung Serial No. 807,710 vom 17.3.1969 ist in Anspruch
genommen Die Erfindung betrifft eine Start- und Betriebs schaltung für Gasentladungslampen
mit unterschiedlichen Zündeigenschaften, die über Anschlußklemmen an eine Wechselspannungsquelle
bestimmter Größe angeschlossen sind.
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Die bekannten Entladungslampen haben eine negative Volt-Ampere-Kennlinie.
Für ihren Betrieb wird ein strombegrenzendes Vorschaltgerät verwendet, um eine vorzeitige
ungeregelte Entl-adung zu verhindern. Es gibt Quecksilber-Metall-Halogen-Hochdruck-Entladungslampen
und Natrium- oder Natrium-Quecksilber-Entladungslampen, die eine lichtdurchlässige
Hülle aus polykristallinem Aluminiumdioxyd oder einem ähnlichen Material haben.
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Außerdem sind Quecksilberdampf-Hochdruck-Entladungslampen bekannt.
Diese angegebenen Lampentypen haben zwar etwa die gleiche Leistung, aber verschiedene
Spannungs-Strom-Kennlinien.
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Deshalb gehört zu jeder Lampentype ein spezielles Vorschaltgerät.
Außerdem wird bei solchen Lampen eine Vielzahl unterschiedlicher Metall-Halogen-Zusätze
verwendet, um verschiedene Beleuchtungseffekte zu erzielten. Auch dadurch ergeben
sich veränderte Betriebskennlinien, die veränderte Vorschaltgeräte erfordern. Viele
unterschiedliche Vorschaltgerätetypen verteuern aber die Kosten eing Beleuchtungsanlage.
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Nach der Erfindung ist eine Verbesserung dadurch erzielt, daß ein
auf die Lampe ansprechender Regler, der ein den Lampenstrom anzeigendes Signal sowie
ein die Lampenspannung anzeigendes
Signal erzeugt, mit der. Lampe
über einen Transformator verbunden ist und einen Wechselstromschalter zur Begrenzung
der Zeit zwischen den Halbwellen der Wechsel spannung betätigt und daß ein mit einem
sättigbaren elektromagnetischen Mittel versehenes, zur Erzeugung eines Hochspannungsimpulses
an der Lampe dienendes Vorschaltgerät eine Primärwicklung hat, die mit einem ersten
Kondensator in Reihe geschaltet und ein zweiter Kondensator mit dem sättigbaren
Mittel bzw. einer Sekundärwicklung des sättigbaren Mittels in Reihe und zur Lampe
parallelgeschaltet sind, wobei nach der Sättigung der zweite Kondensator und eine
Vorschaltdrossel des Vorschaltgerätes bzw. das sättigbare Mittel einen Reihen-Resonanz-Stromkreis
bilden, der einen an der Lampe wirksamen Mittelspannungsimpuls hoher Energie erzeugt.
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Durch die erfindungsgemäße Schaltung erzeugt das Vorschaltgerät zunächst
einen Hochspannungsimpuls, um die Lampenzündung einzuleiten. Dieser Impuls kann
bei gewissen Lampentypen ausreichen.
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Wenn dies nicht der Fall sein sollte, so wird nach der Sättigung des
elektromagnetischen Mittels durch den Reihen-Resonanz-Stromkreis mit verhältnismäßig
kleinem Widerstand über den Kondensator an der Lampe der Mittelspannungsimpuls hoher
Energie aufgebaut, der die Zündung bewirkt. Die erfindungsgemäße Schaltung ist für
alle Lampentypen geeignet,deren Zündeigenschaften zwischen einem Hochspannungsimpuls
und einem Mittelspannungsimpuls hoher Energie schwanken.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltung mit einem SE)artransformator,
Fig. 2 die erfindungsgemäße Schaltung mit einem Vörschaltgerät und einem sättigbaren
Transformator, Fig. 3 ein Spannungs-Zeit-Diagramm mit den Start- und Betriebsspannungen
während der Halbwellen einer Wechselspannung und Fig. 4 ein Teilschaltbild eines
Parallel-Zweiges des Wechselstromschalters.
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In der in der Figur 1 dargestellten Schaltung liegen Anschlußklemmen
10 an einer Wechselspannungsquelle 12 bestimmter Größe.
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Meist handelt es sich um Netze von 210 bis 270 V oder 242 bis 312
V. Diese Schaltung ist als Start- und Betriebsschaltung für Gasentladungslampen
18 mit unterschiedlichen Zündeigenschaften vorgesehen. Ein Wechselstromschalter
14, eine Vorschaltdrossel 16 und die Lampe 18 sind über die Anschlußklemmen 10 in
Reihe geschaltet. Ein Kondensator 19 liegt in bekannter Weise an den Anschlußklemmen
10. Beispielsweise hat der Kondensator 19 für eine Spannung von 210 bis 270 U eine
Kapazität von 29 bis 33/uF.
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Erflndungsgemäi3 erzeugt ein auf die Lampe 18 ansprechender Regler
20 ein den Lampenstrom anzeigendes Signal sowie ein die Lampenspannung anzeigendes
zweites Signal und ist mit der Lampe 18 über einen Transformator 22 verbunden. Die
Leitungen 24 gestatten eine Verbindung zur Lampe 18, wodurch der Regler 20 das die
Lampenspannung anzeigende Signal geben kann. Der Regler 20 für den Lampenbetrieb
betätigt den Wechselstromschalter 14, um den Zeitraum zwischen den Halbwellen der
Wechselspannung zu begrenzen, in dem die Lampe 18 an der Wechselspannung liegt.
Der Regler 20 ist vorzugsweise für die Lampe leistung verantwortlich.
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Eine Vorschaltdrossel 16 ist ein Teil eines Spartransformators 26.
Dieser Spartransformator 26 hat eine Primärwicklung 28, die mit einem ersten Kondensator
30 in Reihe geschaltet ist, wobei diese Primärwicklung 28 und der Kondensator 30
parallelgeschaltet sind zu der in Reihe geschalteten Vorschaltdrossel 16 (der Sekundärwicklung
nach der Fig. 1) und der Lampe 18. Ein sättigbares elektromagnetisches Mittel 32,
das eine sekundäre Transformatorwicklung oder einen Induktor enthalten kann, und
ein zweiter Kondensator 34 liegen in Reihenschaltung an der Lampe 18. In einem Zeitraum
von etwa 2 bis 100 Mikrosekunden nach dem Schliessen des Wechselstromschalters 14
ist das Mittel 32 gesättigt. In dem Beispiel nach der Figur 1 ist vor der Sättigung
des Mittels 32 die an der Lampe 18 liegende Spannung gleich der, die vom Spartransformator
26 erzeugt wird und z.B. 4000 V ist. Dieser Spartransformator 26 erzeugt an der
Lampe 18 einen Hochspannungsimpuls. Nach Eintritt der Sättigung wird der Spartransformator
26 aus den Stromkreis ausgeschaltet, da das Mittel 32 den Stromfluß durch dieeen
Netzteil blockiert. Beispielsweise hat der erste Kondensator 30 eine Kapazität von
etwa O,05/uF und der Kondensator 34 eine Kapazität von etwa 1/uF. Wenn die Lampe
18 eine Quecksilber-Natrium-Lampe mit einer polykristallinen Aluminiumoxydhülle
ist, so leitet der anfängliche Hochspannungsimpuls von etwa 4000 V die Entladung
zwischen den Lampenelektroden ein und der Lampenbetrieb beginnt. Wenn es sich bei
der Lampe 18 aber um eine Quecksilber-Metall-Halogen-Type handelt, so hat der Anfangsimpuls
nicht genügend Energie, um die Lampe 18 zu zünden. Vorteilhaft ist mit der Lampe
18 ein Shunt-Widerstand 31 von beispielsweise 30 KL verbunden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 1 ist das sättigbare elektromagnetische
Mittel 32 zweckmäßig in etwa 20 Mikrosekunden gesättigt, obwohl eine Sättigungezeit
zwischen etwa 2 bis 100 Mikrosekunden vorgesehen ist. Nach der Sättigung des Mittels
32 bilden zweckmäßigerweise die Vorschaltdrossel 16 und der zweite Kondensator 34
einen Reihen-Resonanz-Stromkreis mit verhältnismäßig kleiner Impedanz, wobei am
Kondensator
34 das Potential etwa 450 V beträgt. Dies genügt, um
an der Quecksilber-Metall-Halogen-Lampe 18 die Entladung anzuregen.
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Sobald dies der Fall ist, wird die im 1/uF-Kondensator 34 gespeicherte
Energie durch die Lampe 18 entladen, wodurch ein Impuls hoher Energie erzeugt wird,
der zur Zündung der Lampe 18 erforderlich ist. Die gewöhnliche Quecksilberlampe
wird entweder durch den Heizspannungsimpuls gezündet, der vom Spartransformator
ausgeht oder durch den Mittelspannungsimpuls hoher Energie, der vom Reihen-Resonanz-Stromkreis
erzeugt wird. Bei dieser Anordnung addieren sich die Impuls- und die Netzspannung.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 ist der Spartransformator
26 nach der Figur 1 durch ein Vorschaltgerät 36 ersetzt. An dieses ist ein sättigbarer
Transformator 38 angeschlossen, dessen Primärwicklung 40 mit dem ersten Kondensator
30 in Reihe geschaltet ist. Diese Reihenschaltung aus Primärwicklung 40 und Kondensator
30 liegt parallel zum Vorschaltgerät 36 und der Lampe 18. Nach dem Schließen des
Wechselstromschalters 14 erzeugt der Transformator 38 an der Lampe 18 einen Hochspannungsimpuls.
Sobald der Transformator 38 nach etwa 2 bis 100 Mikrosekunden gesättigt ist, wird
er nicht mehr vom Strom durchflossen. Jetzt bilden das Vorschaltgerät 36 und der
Kondensator 34 einen Reihen-Resonanz-LC-Stromkreis, dessen Strom durch eine Sekundärwicklung
42 des neu gesättigten Transformators 38 fließt, der auf diese Weise ein sättigbares
elektromagnetisches Mittel enthält. Unter diesen Sättigungsbedingungen genügt die
Mittelspannung, die am Kondensator 34 erzeugt wird, um die Lampe 18 zu zünden.
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In der Figur 3 sind die allgemeinen Betriebskennlinien für beide Ausführungsbeispiele
grafisch dargestellt. Bei jeder aufeinanderfolgenden Halbwelle des Wechselstromes
wird nach dem Einschalten des Wechselstromschaltexs 14, anfargsin etwa 2 Mikrosekunden,
ein Rochspannungsimpuls S kleiner Energie erzeugt, auf den ein Mittelspannungsimpuls
DNS hoher energie
folgt, der etwa der zweifachen Netzspannung gleich
ist. Weiter folgt die normale Netzspannung NS, sobald sich der zweite Kondensator
34 entladen hat.
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Durch die erfindungsgemäße Schaltung läßt sich auch der sogenannte
"Lampenausfall" vermeiden. Dieser kann bei niedrigen Netzspannungen eintreten, aber
auch bei hohen Netzspannungen, und zwar dann, wenn Natrium-Quecksilber-Lampen nur
während eines kleinen Teils einer Halbwelle Energie zugeführt wird.
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Auch beim Aufheizen einiger Quecksilber-Metall-Halogen-Lampentypen,
bei denen Entladungsmaterie bei unterschiedlichen Bedingungen verdampft, kann ein
Lampenausfall vorkommen. Nach der Erfindung wird beim Beginn jeder Halbwelle auf
die Lampe ein Hochspannungsimpuls und ein Mittelspannungsimpuls hoher Energie ausgeübt,
wodurch ein ununterbrochener Lampenbetrieb gesichert ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann sich am Wechselstromschalter
14, insbesondere bei hoher Netzspannung, eine vorübergehende Überspannung bilden.
Vorzugsweise dienen zum Schutz dieses Wechselstromschalters 14 gegen zeitweilige
Überspannungen in Reihe geschaltete Dioden 46, 48. In der Figur 4 ist ein paralleler
Netzzweig 44 wiedergegeben, der eine kleine Impedanz hat, wenn eine Spannung an
ihn gelegt wird, welche die Spannung des Wechselstromschalters 14 überschreitet,
Drei Zener-Dioden 46 mit einer Spannung von je 150 V sind in Reihe geschaltet mit
drei ähnlichen, gegenpolig verbundenen Zener-Dioden 48 und einem Widerstand 50 von
330 Ohm. Bei Verwendung eines Wechselstromschalters 14 für 600 V würde die Gesamtspannung
der Zener-Dioden 46, 48 450 bis 520 V betragen. In einer ähnlichen Schaltungsanordnung
können auch gegenpolige Lawinen-Dioden verwendet werden, die zum Schutz des Wechselstromschalters
14 gegen zeitweilige Überspannung dienen.
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4 Figuren 9 Patentansprüche