DE2164105C3 - Flackerfreie Beleuchtungseinrichtung mit Gasentladungslampen - Google Patents

Description

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 bar _{drd Lampenzweige m}

dadurch gekennzeichnet, daß ^r Phasenwandler Man konn e^da ^ _ρ^ ^ _Dreiphasen

zwei Einphasentransformatoren (33. 35) mit je Biwen un J _{füh ber ebenfa}ii_s zu prak-

einer Primärwicklung (28, 32) mit «Windungen, ^»^^Λ^η, weil häufig die Anzahl der

einer Sekundärwicklung (30. 34) und einer H.lfs- 40 tischen _S^.engKe · _{njcht durch} ^.

wicklung (29, 33) aufweist, daß das Windungsver- ;°£^nden^ ^fe„ _Leucht_en sind nur zwei Lampen

hältnis der Primärwicklungen zu den H.lfswick- teilbaMsJ, "JJj¹J^_{n häufig bei der Insta}„i

lungen den Wert -^- η hat, daß die Primär- _die p_hasen miteinander verwechselt, was zu muh-Hi.fkl (29, des ersten ₄₅ samen 1to±^«f^ ^

wicklung (28, und die Hi.fsw.klun_g (29, des ersten ₄₅ samen 1to±^«f^ ^demgemäß, eine

Transformators und die Hilfswicklung (33, des Aufgabe ""⁰^,, _zu «_{chaff mit}

f d Rhfolge m flackerireie ?^e'^eucni""» _rtidunEslampen oder

Transformators und die Hilfswkg (,
zweiten Transformators in dieser Reihenfolge m
Serie geschake, _Si„A d,B ein Ende der Primär-

ass t

rSÄSSÄhWE nach Anspruch ,, Weise der»,, ..»^u» ;ί^Γ^η SÄ dadurch gekennzeichne,, daß eine Dro^pule «. Jg. ^,SZj^SSSS&SJTS ein, (49) im Windungsverhaltnis -L- :(l - \)ange- fl_ackerfreie Beleuchtung gegeben sind. GleichzeitiJ

plSÄjenigenTei, de, Drossle Ue₈,, « ^^^5^^

der dem Windungsanteil -^- entspricht, daß ein _Die E_rnndung wird nachstehend an Hand de:

zweiter Lampenzweig (53), bestehend aus Strom- Zeichnung erläutert. Hierin sind

20

F ι g. 1 bis 3 ein Schaltbild, ein Phasendiagramm und eine Darstellung der zeitlichen Lichtschwankungen einer bekannten Beleuchtungseinrichtung für flackerfreien Betrieb,

F i g. 4 "das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung,

Fig. 5 bis 10 Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise derselben,

Fig. 11, 13, 15 und 19 Schaltbilder weiterer Ausführungaformen der Erfindung und

Fig. 12, 14 und 16 bis 18 Phasendiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise derselben.

Bei der bekannten flackerfreien Beleuchtungseinrichtung nach F i g. 1 sind an eine einphasige Wechselspannungsquelie 1 zwei parallele Lampenzweige angeschlossen. Der eine besteht aus der Reihenschaltung einer Gasentladungslampe und eines nacheilenden Strombegrenzungsgliedes, nämlich einer Drosselspule 2. Der andere Zweig besteht aus der Reihenschaltung einer Gasentladungslampe und eines voreilenden Strombegrenzungsgliedes, bestehend aus einer Drosselspule 4 und einem Kondensator 5. Die beiden Strombegrenzungsglieder sind zu einem Vorschaltglied 7 zusammengefaßt. Wie Fi g. 2 zeigt, wird die Gasentladungslampe 3 mit einem nacheilenden Lampenstrom Z, und die Gasentladungslampe 6 mit einem voreilenden Lampenstrom I₁ gespeist. Dadurch Nollen die Lichtströme F, und F₁ (Fig. ?) der beiden Lampen derart zeitlich gegeneinander versetzt werden, daß sich ein Gesamtlichtstrom F₀ mit geringerer Intensitätsschwankung ergibt.

Die Wirkung der geschilderten Maßnahme ist offenbar am stärksten, wenn der Phasenunterschied zwischen den Lampenströmen I₁ und Z, 90 beträgt, so daß das Maximum des Lichtstromes F₁ und das Minimum des Lichtstromes F, zusammenfallen Praktisch sind aber die Lampenströme Z, und Z, um etwa 60 gegen die Speisespannung E₁ versetzt Es besteht also eine Phasendifferenz von etwa 120 zwischen den beiden Lampenströmen, die einen idealen flackerfreien Betrieb praktisch unmöglich macht. Die Strombegrenzungsglieder, welche die Phasenverschiebung hervorrufen sollen, können nämlich nicht frei gewählt werden, sondern müssen gewisse Bedingungen hinsichtlich der Größe, der Kosten und weiterer Faktoren erfüllen, weshalb der angestrebte Effekt ohne übermäßigen Aufwand nicht erreicht werden kann.

F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Beleuchtungseinrichtung, die eine genau um 90 phasenverschobene Speisung zweier Gasentladungslampen mit einfachen Mitteln gestattet Die Anordnung enthält zwei Einphasentransformatoren 12 und 15 mit ty Primärwindungen 13 und 16 und n₂ Sekundärwindungen 14 und 17. An die Sekundärwicklungen 14 und 17 sind gleiche Lasten 18 und angeschlossen Die Primärwicklungen 13 und 16 bilden mit einer Drosselspule 20, deren Windungszahl \~2 M₁ ist, einen geschlossenen Kreis. Die Verbindungsstelle α zwischen den Primärwicklungen 13 und 16 und diejenigen Stellen b und c, welche die Drosselspule 20 im Windungsverhältnis

]/2\ nJ' fi' ]fi\ ή/ «5

teilen, sind mit den Ausgangsklemmen einer Dreiphasenwechselspannungsquelle 11 verbunden.

Der so gebildete Phasenwandler liefert Phasenspannung, wie sich aus der folgenden

'Ti gfieigt zum besseren Verständnis <bs Schaitbild Sner"abgeglichenen Dreiphasens^jung be der die Drosselspulen 21, 22 und 23 mit gtoeuer Windungszahl η in Delta-Form verbunden sind. An diesen Spulen treten Spannungen V... V„ und K₁₃

a tr

«^hu^ 23 soll nun von η auf \2n und es sollen Anzapfungen b und ^<^-^;_w^_bMien den welche die Windungen im oben angegebenen VerhäUiiL teilen. In den Punkten b und c werfen ej Drosselspulen mit zwei Leitungen ^der Emphasen quelle verbunden (Fig. 7). An den Enden J und J der Drosselspule 23 sind die_u Drosselspule^H und 22 mit gleicher Windungszahl « angeschlossen. Die Spannungsverhältnisse in dieser Delta-Schaltung

STTaSsSSS

Drosselspulen™! und 22 durch die Differenznung -Vac-Vec) dargestellt, die den Wert -^

hat. Der Phasenwinkel zwischen den Spannungen Vo

Phasenspannungen in den Zweigen ae und ad erzeugt. Fi κ 9 zeigt eine Schaltung entsprechend Fi g. 4, bei dir die Stromstärken von der Dreiph^ m.elle mit Z₁ Z, und Z₃ bezeichnet sind. Die Strome

vö Ä V zu Punkt \ b zu α und ft zu c s,nd rmt la Ib und Ic bezeichnet. Die Strome durch die Lasten 18 und 19 sollen Zw und Iu heißen. Dann lassen sich folgende Gleichungen zwischen diesen Strömen aufstellen:

40

45

50 M₂Zw + n,/i) = 0
n₂lu + n,/a = 0
/, + I₂ + /₃ = 0
Ii + Ia + Ib = O I₁-= Ib + Ic

\2

V2

i'

Eliminiert man la, Ib und Ic, so ergeben sich die Ströme Z₁, Z, und Z₃ in Abhängigkeit von Zu und Zw wie folgt:

2 V n/n, 2

f%J »ι,

Da die Lasten 18 und 19 gleich sind, haben die Lastströme Iu und Iw gleichen Wert und unterscheiden sich in der Phase um .-i/2. Der skalare Wert des Laststromes sei Z.

Dann gilt

Die Ströme I₁,1₂ und I₃ haben also absolut genommen die gleiche Stärke. Der Phasenwinkel zwischen je zweien dieser Ströme ist 120°, wie aus folgender Formel abzuleiten ist:

tan/» = -^—-,

somit β = 75° und 75° + 45° = 120 .

Die Ströme /,, I₂ und /₃ sind also völlig ausgeglichen und haben eine Phasendifferenz von 120 . Diese Beziehung ist im Vektordiagramm der Fig. 10 dargestellt.

Im obigen Ausfiihrungsbeispiel waren die Windungszahlen der Einphasentransformatoren und der Drosselspule M₁ und KTn₁. Es können aber auch andere Windungsverhältnisse verwendet werden, wenn die Anzapfungsstellen der Drosselspule 23 entsprechend gewählt werden.

Eine Abwandlung der Anordnung nach F i g. 4 ist in Fig. 11 dargestellt. Sie unterscheidet sich von der erwähnten Anordnung darin, daß den Gasentladungslampen 26 und 27 Drosselspulen 24 und 25 mit gleichen Eigenschaften vorgeschaltet sind. Auch hier sind offensichtlich die Lastströme gleich groß und unterscheiden sich um genau 90° in der Phase, wenn die Belastungen der Einphasentransformatoren 12 und 15 die gleichen sind. Somit sind die Lichtströme L₂₆ und L₂₇ der Lampen 26 und 27 genau um 90° gegeneinander versetzt (Fig. 12),und der resultierende Lichtstrom L₀ hat nur noch eine ganz geringe Welligkeit, die zu keinem merklichen Flackern führt.

F i g. 13 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Der Phasenwandler enthält hier einen Einphasentransformator 31 mit n, Windungen der Primär-

l/T— 1

wicklung 28, n, Windungen einer Hilfswicklung 29 und n₂ Windungen der Sekundärwicklung 30 auf einem gemeinsamen Eisenkern, sowie einen zweiten Einphasentransformator 35 mit n, Windungen

Vf- t der Primärwicklung 32, ^J-p— n, Windungen einer Hilfewicklung 33 und n₂ Windungen der Sekundärwicklung 34 auf einem weiteren gemeinsamen Eisenkern. Die Primärwicklung 28 und die Hilfswicklung 29 des ersten Emphasentransformators 31, sowie die Hilfswicklung 33 des zweiten Einphasentransformators 35 sind in Reihe miteinander geschaltet und ein Ende der Primärwicklung 32 des zweiten Emphasentransfonnators 35 ist an die Verbindungsstelle α der ersten Primärwicklung 28 und der Hilfswicklung 29 angeschlossen. Das andere Ende c der Hilfswicklung 33 des zweiten Einphasentransformators 35, das andere Ende d der Primärwicklung 28 des ersten Einphasentransformators 31 und das andere Ende e der Primärwicklung 32 des zweiten Einphasentransformators 35 dienen zum Anschluß der Dreiphasenstromquelle 36. Der erste einphasige Lampenzweig 41 mit einem Strombegrenzungsglied 37 und einer Entladungslampe 38 und der zweite einphasige Lampenzweig 42 mit einem Strombegrenzungsglied 39 und einer Gasentladungslampe 40 sind an die Sekundärwicklungen 30 bzw. 34 der Einphasentransformatoren 31 und 35 angeschlossen.

Die Dreiphasenspannungen Vcd, Vde und Vec mit dem gleichen Absolutwert V₀ und einer Phasendifferenz von 120' sollen an die Eingangsklemmen c, d und e angelegt werden. Fig. H zeigt die Phasenbeziehung zwischen der Spannung Vad an der Primärwicklung 28, der Spannung Vba an der Hilfswicklung 29, der Spannung Vea an der Primärwicklung 32 und der Spannung Vac an der Hilfswicklung 33. Die Spannungen Vad und Vea sind einander gleich, weil die Primärwicklungen 28 und 32 sowie die Hilfswicklungen 29 und 33 gleiche Windungszahl haben. Die Spannung Vbd zwischen den Punkten b und d hat den Wert

V_L, wobei V₁ der

Absolutwert von Vad und Vea ist, weil Vad und Vba an den Wicklungen des gleichen Eisenkerns auftreten und gleiche Phase haben. Die Spannung Vbc wird

durch

V_L dargestellt. Wenn der Phasenwinkel zwischen den Spannungen Vad und Vea 90 beträgt, soll der Wert V₀ der Spannung Vcd '= f2 V₁ sein. Wenn diese Beziehung auf die Spannungen Vad, Vea und Vde angewandt wird, ergibt sich

VvT+vl = \2v_L = K₀.

Dies zeigt, daß zwischen den Spannungen Vad und Vea tatsächlich gerade der Winkel 90° auftritt. Somit sind die Spannungen an den Primärwicklungen 28 und 32 und den Hilfswicklungen 29 und 33 der Einphasentransformatoren 31 und 35 gleich groß im Betrag und unterscheiden sich in der Phase um 90^r. Demgemäß sind die in den Sekundärwicklungen 33 und 34 induzierten Spannungen Eu und Ew gleich groß im Betrag und unterscheiden sich in der Phase um 90°. Die beiden einphasigen Lampenzweige 41 und 42, welche die gleichen Belastungen darstellen, werden von den Spannungen Ea und Ew gespeist. Demzufolge fließen in den Gasentladungslampen 38 und 40 Ströme von gleicher Stärke, die einen Phasenunterschied von 90° aufweisen, so daß ein idealer flackerfreier Betrieb erreicht wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. IS ist eine Netzdrossel 49 mit ihren Enden d und e an die Phasen S und T einer dreiphasigen Wechselspannungsquelle 48 angeschlossen. Diese Netzdrossel ist im Punkt α im Windungsverhältnis (1 —t-): J=- angezapft. Der dem Anteil -f=- entsprechende Wicklungsteil ist parallel mit einem Lampenzweig 52 geschaltet der ein Strombegrenzungsglied 50 und eine Gasent ladungslampe 51 enthält. Eis Lampenzweig 53 mil

den gleichen Eigenschaften wie der Lampenzweig 52 ist zwischen die Mittelanzapfung b der Netzdrossel 49 und die Klemme c eingefügt, die mit der Phase R der Spannungsquelle verbunden ist.

Bei dieser Anordnung haben die in den Gasentladungslampen 52 und 53 fließenden Ströme gleiche Stärke und eine Phasendifferenz von 90°, so daß ein idealer flackerfreier Betrieb erzielt werden kann. Dies wird nachstehend im einzelnen gezeigt.

Im Schaltbild der Fig. 16 sind die Ströme in den drei Speisephasen mit /,, I₂ und I₃ bezeichnet. Der in dem Lampenzweig 52 fließende Strom sei mit / bezeichnet, während die Spannungen an den Lampenzweigen 52 und 53 mit V₁ und V₂ bezeichnet werden sollen. Unter den erwähnten Strömen lassen sich folgende Beziehungen aufstellen:

I₁ +I₂ +I₃=O

fh-

1₃ -

Aus den obigen Gleichungen ergibt sich

'3 =

Andererseits ist, wie das Vektordiagramm der Fig. 17 zeigt, V₁ die Spannung zwischen dem Mittelpunkt b der Spannung Vde und der Ecke c des Dreiecks aus den Spannungen Vde, Vec und Ved mit den Phasendifferenzen 120°. Somit hat V₁ den Wert

i/T
V₀ sin 60°, d. h. Af-V₀, wobei V die Linienspannung ist. Somit besitzt V₁ eine Phasendifferenz von 90^c gegen die Spannung Vde und hat den Wert von X-dieser Spannung.

Fig. 18 ist ein Vektordiagramm für die Beziehung zwischen den Strömen /,, I₂ und /₃ gemäß den obigen Gleichungen unter Beachtung der Bedingung, daß die Ströme /, und /, die fließen sollen, wenn die Spannungen V₁ und V₂ an die gleichen Lasten angelegt werden, gleich groß und um 90° phasenverschoben sein sollen. In Fig. 18 soll also der Winkel β zwischen den Strömen / und /₃ 30" sein, i sich aus der folgenden Gleichung ergibt:

4-IM

tan/ί = — ^- -

1/3

Dann sind die Beträge der Stromstärken wie folgt bestimmt:

Somit sind die Ströme I₁, I₂ und /₃ um 120 phasenverschoben und gleich groß, und die drei Phasen sind durch die Anordnung gleichmäßig belastet. Es kann also kein Flackern der Beleuchtungseinrichtung eintreten.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 19 wird die sogenannte Scott-Schaltung angewandt. Der an die Dreiphasenquelle 60 angeschlossene Phasenwandler enthält einen Einphasentransformator 61 mit Primärwicklung 62 und Sekundärwicklung 63. An letzlere ist ein Lampenzweig mit dem Strombegrenzungsglied 64 und der Gasentladungslampe 65 angeschlos-

sen. Ein weiterer Einphasentransformator 66 mit der Primärwicklung 67 und der Sekundärwicklung 68 speist mit seiner Sekundärwicklung die Reihenschaltung eines Strombegrenzungsgliedes 69 und einer Gasentladungslampe 70. Die Primär- und Sekundärwicklungen der beiden Einphasentransformatoren sind in bekannter Weise miteinander verbunden.

Es lassen sich auch weitere Kunstschaltungen zur Umwandlung eines Dreiphasenstromes in einen Zweiphasenstrom zur Bildung einer flackerfreien Beleuchtungseinrichtung heranziehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

509611/1

Claims (2)

hMTrenzunesdied und Entladungslampe, dessen Schafte?mit denjenigen des ersten Lampen-Patentansprüche: Tweiees übereinstimmen, am Mittelpunkt (6) der nr<v«elsDule angeschlossen ist und dafi die drei

1. Hackerfreie Bdeuchtungseinrichtung nut pudern _er Wedbselspannungsquelle (48) an die Strombegrenzungsgiiedern und gleichartigen Gas- 5 «»»,_Enden Id, e) der Drossel (49) und das freie entladungslampen, die mit um 90° phasenver- S^des zweiten Lampenzweiges (53) angeschobenen Wechselspannungen gespeist werden, taae\c,

dadurch gekennzeichnet, daß em ab- scwossen mu

geglichener Dreiphasen-Zweiphasen wandler an

eine Dreiphasen-Wechselspannungsquelle ange- io ■

schlossen ist und daß die gleichartig ausgebildeten Strombegrenzungsglieder und Gasentladungslampen mit den Ausgangsklemmen des Erfindung betrifft eine flackerfreie Beleuch-Phasenwandlers verbunden sind. tnnaseinrichtung mit Strombegrenzungsgliedera und

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, 15 JWJJJZ, Gasentladungslampen, die mit um 90° dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenwandler ^g. °r™L-_hobenen Wechselspannungen gespeist zvwi Einphasentransformatoren (12, 15) mit je pnasenversc&ooenen

einer Primärwicklung (13, 16) mit H₁ Windungen weraen. _TCisung zweier Gasentladungslampen

und einer Sekundärwicklung (14, 17) mit_n₂ Wm- , e „er eewissen Phasendifferenz wird die Lichtdungen, sowie eine Drosselspule mit \2 n₂ Win- 20 mit e sL _komponente verringert und dadurch die düngen aufweist, daß die Primärwicklungen der *™"™_der Sehnerven verhindert. Die ideale beiden Transformatoren und die Drosselspule Ermüdung _{nackerns kann} erreicht werden,

eine Delta-Schaltung bilden und daß die drei- ^„^phasendifferenz zwischen den LampenphasigeWechselspannungsquelledHandieVerwenn <»^e ™ _Gasent|_adungslampen 90 beträgt, bindungsstelle(a) der Primärwicklungen der bei- 25 *£™*"^Γί Phasenverschiebung ist aber bei den den Einphasentransformatoren und an Anzaplun- ^ηΐη^ΓΓ,. f Gebrauch befindlichen Beleuchtungsgen <b, c) der Drosselspule angeschlossen sind die S™"^, „_icht erreichbar. Sie werden im allgederart gewählt sind, daß das Windungsverhaltnis «"!^JJ^ speist und bestehen aus zwei der drei durch die Anzapfungen gebildeten Teile ^meinen *Τ"^ dkeinerseits von einer Gasentder Drosselspule den Wert 3° f™^* ^,'induktivem Vorschaltglied und

, , .. ,, , _{/ 1N} andererseits von einer Gasentladungslampe mit kapa-

¹^ (, _ ±\ . Il _: L Λ _ J) _zi,_ivem Vorschaltglied gebildet werden^ Eine Phasen-

i 2 V 13/ \ 3 \ 2 \ \y verschiebung um 90ⁿ ist mit zwei solchen Vorschah-

₃₅ gliedern aus Kostengründen praktisch nicht erreich-