DE2247940C3 - Schaltungsanordnung zur Speisung von zwei Entladungslampen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung

ίο zur Speisung von zwei Entladungslampen aus einer Gleichstromquelle über elektronische Wechselrichter, bei der zwei Entladungslampen in Reihe an einer Gleichstromquelle angeschlossen sind, wobei Induktivitäten und Kondensatoren den Lampenschwingkreis bilden.

Bekanntlich wird durch Speisung einer Entladungslampe mit hochfrequentem Wechselstrom die Lichtausbeute um bis zu 2O^u/o verbessert und das störende Flackern verringert. Zur Erzeugung des hochfrequen-

ten Wechselstromes aus Gleichstrom oder Nctzwechselstrom sind bisher Wechselrichter bekannter Art herangezogen worden. Eine bekannte Schaltuns dieser Art nach der DT-AS 12 37 222 ist in Fig. T dargestellt. Sie enthält einen Turbowechselrichter

MTI, uer auch als Quecksilberstrahl-Wechselrichter bekannt ist. Ähnliche bekanntgewordene Vorschläge beziehen sich auf einen Transistor-Wechselrichter mit einem oder zwei Transistoren, einen Parallelwechselrichter mit zwei gesteuerten Siliziumgleichrichtern oder Thyristoren, sowie einen Serien wechselrichter mit zwei Transistoren oder gesteuerten Siliziumgleichrichtern.

Alle diese Vorrichtungen zur hochfrequenten Speisung von Entladungslampen können aber nicht rocht

befriedigen. So hat die Schaltungsanordnung nach der DT-AS 12 37 222 eine zu geringe Stromstärke des Hochfrequenzstroincs. Bei den Transistorwcchsclrichteni ist infolge der notwendigen Entzeriung mittels eines Transformators der Konversionswirkungs- grad gering, und es ist wegen der Eigenschaften de;· Transistors schwierig, eine Last mit großer Kapazität zu betreiben. Andererseits bestehen die Wechsel richtcranordnungen mit parallel geschalteten gesteuer ten Siliziumgleichrichtern im allgemeinen aus einen Wechselrichter, an den die einzelnen Entladungslampen über getrennte Stabilisatoren angeschlossei sind, um mehrere Lampen gleichzeitig betreiben zi können. Deshalb ist nicht nur ein leistungsfähige Wechselrichter erforderlich, sondern die ganze An lage muß sehr umfangreich sein, so daß sie siel nicht für den Betrieb einiger weniger Entladungs lampen lohnt. Bei den Seri ^wechselrichtern mit gc steuerten Siliziumgleichriciuern liegen die Verhält nisse etwas besser, und es läßt sich eine hochfrequent Speisung mit einer kleinen und leichten Vorrichtun erzielen; da aber jede Entladungslampe zwei Schalt elemente benötigt, ist der Aufwand doch noch rech groß, und die Stromquelle wird nicht gut ausgenutzt Der im Kennzeichen des Anspruchs 1 angcgebenei Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schal Uingsanordnung zur Speisung von zwei Entladung* lampen aus einem Wechselrichter zur Verfügung ζ stellen, die unter geringem Bauaufwand eine ratio nelle ur.d wirkungsvolle hochfrequente Speisung de Entladungslampen bewirkt.

Durch die erfindungsgeinäßen Maßnahmen wir erreicht, dcß der mit einer Entladungslampe in Reih geschaltete Kondensator im Öffnungszustand de

Thyristors aus der Stromquelle aufgeladen wird Th> "*°^r; _{tand des and}eren Thyristors sich A; ferner sind in die Auf:ade- und

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punkt r, seine Aufladung beendet hat, kehrt der Thy ristor 4 in den gesperrten Zustand zurück und der Strom wird unterbrochen. Hierbei tritt im K°ⁿdensa - -■ · · — τ "emäß Fig· 3J in aci

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Anordnun« werden beide Gasent- Strom fließt nunmehr durch 6 to

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beginnt.

Summen der Auflade- und Entladeströme für die beiden Kondensatoren abwechselnd durch die entsprechenden Induktionsspulen, d. h.. die Frequenz ist hier halb so groß wie bei der Ausführungsform der F i g. 4, die Stromstärkenamplitude jedoch doppelt so groß. Es kommt auf die näheren Umstände an, welche Ausführungsform hinsichtlich Konstruktion. Abwechslungen und Gewicht der Induktionsspulen vorteilhafter ist. Jedoch können bei der Ausführungsform nach Fig. 2 die beiden Induktionsspulen zusammengefaßt werden, und die Stromflußzeit der Thyristoren kann größer gewählt werden. Ferner kann hier in die Brückendiagonale eine weitere Gasentladungslampe eingeschaltet werden; diese Ausführungsform ist also für praktische Zwecke besser geeignet.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 entspricht derjenigen nach Fig. 2, ist jedoch um einen weiteren Parallelkreis erweitert, der aus der Reihenschaltung einer Diode 13 mit entgegengesetzter Polarität wie die Stromquelle 1 und zweier Wicklungen 11 und 12 besteht, die mit den Induktionsspulen 5 und 7 induktiv gekoppelt sind. Dies hat folgenden Grund:

Wenn die Gasentladungslampen 3 und 9, welche die Last des Kreises darstellen, Quecksilberdampf-Hochdrucklampen od. dgl. sind, deren Impedanz im Zündzeitpunkt sehr klein ist, fließt ein starker Überstrom durch den Stromkreis. Deshalb wird die Klemmenspannung der Kondensatoren und Thyristoren leicht zu hoch. Um diesen Einschaltstromstößen vorzubeugen, ist der erwähnte weitere Parallelkrcäs vorgesehen. Wenn die Klemmenspannung der Induktionsspulen 11 und 12 infolge des Überstroms höher als die Spannung der Stromquelle zu werden droht, öffnet sich die Diode 13 und zieht einen Strom, durch den die Spannung der Induktionsspulen 11 und 12 unterhalb der Klemmenspannung der Stromquelle gehalten wird; dadurch wird auch die Klemmenspannung des gerade leitenden Thyristors und des zugeordneten Kondensators begrenzt.

Fi g. 6 zeigt eine andere Lösung des Problems der Überstrombegrenzung. Ein Widerstand 16 verbindet die beiden Serienschaitungen von Lade- und Entladekondensator und Gasentladungslampe mit der Reihenschaltung zweier die Stromquelle 1 überbrükkender, entgegengesetzt zu dieser gepolten Dioden 14 und 15. Dadurch ergibt sich ein Nebenschluß für den Strom durch die Umkehr der Ladespannung des Kondensators, so daß die Klemmenspannung des Kondensators und des Thyristors in beiden Zweigen nicht übermäßig ansteigen kann.

In der Ausführungsform nach F i g. 7 sind die Induktionsspulen 5 und 7 der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 auf den gleichen Eisenkern gewickelt und induktiv gekoppelt. Dies hat folgenden Vorteil. Wenn die beiden Thyristoren 4 und 6 durch eine Falschzündung gleichzeitig leitend gemacht werden, ergibt sich ein Kurzschluß, der sehr gefährlich ist. Dies wird in der dargestellten Schaltung dadurch verhütet, daß der in der einen Spule bei geöffnetem Thyristor fließende Strom in der anderen Spule eine entgegengesetzt gerichtete Spannung induziert, die auf den anderen Thyristor einwirkt und diesen gesperrt hält, so daß er nicht auf einen falschen Zündimpuls reagieren kann.

In der Ausführungsform nach F i g. 8 werden statt der bisher angenommenen Kaltkathodcnlampen Glühkalhodenlampcn 3 und 9 verwendet. Die beiden Glühkathoden jeder Lampe sind über Kondensatoren 14 und 15 miteinander verbunden, wodurch die Zündung der Lampen erleichtert wird.

Die Ausführungsform nach F i g. 9 entspricht derjenigen nach F i g. 4, abgesehen von der Verwendung von Glühkatliodenlampcn gemäß Fi g. 8.

Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform, die anwendbar ist, wenn die Betriebsspannung der Gasentladungslampen höher als die Klemmenspannung der

ι« Stromquelle 1 liegt. Um diese beiden Spannungen aneinander anzupassen und die Last von der Stromquelle zu isolieren, sind die Gasentladungslampen 3 und 9 an die Sekundärklemmen von Transformatoren 16 und 17 angeschlossen, und zwar entweder direkt oder über passende Drosselspulen 18 und 19.

F i g. 11 zeigt eine praktische Ausführungsform der Erfindung. Die Anlage besteht aus der eigentlichen Beleuchtungsanordnung 22. einem Netzgleichrichtcr 21 und dem Zündimpulsgeber 20 für die Thyristoren 4 und 6.

Die verbesserte ÖfTnungscharakteristik der Thyristoren, die einen Hauptvorteil der beschriebenen Schaltungsanordnung darstellt, wird nun an Hand der Fig. 12 und 13 erläutert. Da jeweils eine Induktionsspule in Reihe mit einem Thyristor liegt, ist der Anstieg der Thyristorspannung unmittelbar nach der Zündung eines Thyristors, d. ü. im Zeitpunkt /., oder c_i; in Fig. 12A, oszillatorisch so langsam, daß der andere Thyristor nicht zünden kann, wie es bei einem schnellen Anstieg dVJdt vorkommt. Ferner wird während des eingezeichneten Intervalls I eine negative Spannung auf den anderen Thyristor gegeben, weshalb eine ausreichende Schonzeit nach dem Abschalten vorhanden ist und der Thyristor positiv gesperrt

bleibt. Wenn dagegen keine Induktionsspule in Reihe mit dem Thyristor liegt (Fig. 12B), gelangt in demjenigen Augenblick, in welchem der eine Thyristor leitend wird, die gesamte Klemmenspannung / der Stromquelle auf den anderen Thyristor, so daß der

Spannungsanstieg dVldi in den Zeitpunkten f., und I₁. theoretisch unendlich groß wird. Dadurch tritt sehr leicht eine Rückzündung oder eine Beschädigung dieses Thyristors ein. Ferner ist keine Zeitreserve für die Anlegung einer negativen Spannung an den ge-

sperrten Thyristor vorhanden; deshalb muß ein Zeitintervall (zwischen /, und t., oder /. und /_B) eingeführt werden, in dem beide Thyristoren gesperrt sind"

Fig. 13 zeigt die Verhältnisse, wenn diese Schutzzone zwischen I₁ und t₂ (bzw. t. und t_r) weggelassen

wird. Wenn keine Induktionsspule in Reihe mit dem Thyristor liegt (Fig. 13B), wird in demjenigen Augenblick, in welchem der eine Thyristor abschaltet, die volle Klemmenspannung aus der Stromquelle auf ihn gegeben, wodurch der Thyristor sofort wieder

leitend wird und damit der gefürchtete Kurzschluß eintritt. In der oben beschriebenen Schaltungsanordnung wird dagegen während des Intervalls c eine Gegenspannung an den gesperrten Thyristor angelegt, wodurch dieser positiv gesperrt bleibt (Fi g/l 3 A).

Selbst wenn die Öffnimgspcriodc so verkürzt wird, daß der eine Thyristor schon gezündet wird, während der andere noch nicht ganz gesperrt wurde, kann dieser Thyristor sicher abgeschaltet werden, wenn das Intervall 1 (oder /') der Anlegung der Gegenspannung größer als die Abschaltzeit des Thyristors ist.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hcrvor-SK-hl. werden dir beiden f"la^cntladunrslampcn linier

Verwendung zweier Thyristoren mit einem sinusförmigen hochfrequenten Wechselstrom betrieben. Da also auf jede Gasentladungslampe ein Tiurisior entfallt, ist die beschriebene Schaltungsanordnung weit wirtschaftlicher als die bekannte Anordnung mit Serienwechselrichter. bei der auf eine Gasentladungslampe zwei Thyristoren entfallen. Da ferner mit jedem Thyristor eine Induktionsspule in Reihe geschaltet ist, lassen sich die Zündperioden der beiden Thyristoren 4 und 6 und dadurch die Schwingungsperiode der beiden Serienresonanzkreise sn einstellen, daß die Stromführungsperioden der beiden Thyristo-

ren kaum nennenswert kürzer als die Zündimpulsperioden sind. So ergibt sich ein sehr hoher Ausnutzungsgrad ohne Unterbrechungsperioden de> Lampnislroms mit entsprechenden Folgen für die installierte Leistung. Wird ferner die Frequenz ζ. Β höher als einige 100 Hertz gewühlt, ergeben sich die Vorteile des Hochfrequenzbetriebs, wobei der Lam peiistrom eine weitgehend symmetrische Sinusschwin gung darstellt, da außer den Entladungslampen keirn wesentlichen, Energie verzehrenden Teile vorhandei sind und die LichtleisUing durch den Hochfrequenz betrieb erhöht ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Speisung von zwei Entladungslampen aus einer Gleichstromquelle über elektronische Wechselrichter, bei der zwei Entladungslampen in Reihe an einer Gleichstromquelle angeschlossen sind, wobei Induktivitäten und Kondensatoren den Lampenschwingkreis bilden, dadurch gekennzeichnet, daß als elektronische Wechselrichter zwei Thyristoren (4, 6) vorgesehen sind, die durch Zündimpulse (a, b) abwechselnd geöffnet und gesperrt werden und im geöffneten Zustand je eine Entladungslampe mit Strom versorgen, wobei mit jeder Entladungslampe (3, 9) ein Kondensator (2, 8) derart in Reihe geschaltet ist, daß er im ÖfFr.ungszustand des einen Thyristors aus der Stromquelle (1) aufgeladen wird und im Öffnungszustand des anderen Thyristors sich über diesen entlädt und daß hochfrequente Serienschwingkreise zur Lampenzündung und -speisung durch die Kondensatoren (2, 8), die Induktivitäten (5, 7), die Entladungslampen (3, 9) und die Thyristoren (4, 6) gebildet werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihenschaltung des ersten Kondensators (2), der ersten Gasentladungslampe (3), des ersten Thyristors (4) und der ersten induktionsspule (5) und eine Reihenschaltung des zweiten Kondensators (8), der zweiten Gasentladungslampe (9), des zweiten Thyristors (6) und der zweiten Induktionsspule (7) parallel geschaltet und derart miteinandei vermascht sind, daß die Reihenschaltung von Kondensator und Gasentladungslampe der einen Serienschaltung und die Reihenschaltung von Induktionsspule und Thyristor der anderen Serienschaltung zusammen jeweils einen geschlossenen Schwingkreis bilden (F i g. 2).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Serienzweig aus einem Kondensator (2), einer Gasentladungslampe (3) und einem Thyristor (4) und ein zweiter Serienzweig aus einem Kondensator (8), einer Gasentladungslampe (9) und einem Thyristor (6) parallel geschaltet und über eine Induktionsspule (5) mit den Klemmen der Stromquelle (1) verbunden sind (F i g. 4).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Induktionsspulen (4, 7) je mit einer weiteren Spule (11, 12) induktiv gekoppelt sind und daß die weiteren Spulen über eine entgegengesetzt zur Stromquelle (1) gepolte Diode (13) mit der Stromquelle verbunden sind (Fi g. 5).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienschaltungen von Kondensator und Gasentladungslampe parallel zueinander über einen gemeinsamen Widerstand (16) mit je einer Diode (14, 15) verbunden sind, die entgegengesetzt zur Spannungsquclle (1) gepolt ist (Fig. 6).

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Induktionsspulen auf einem gemeinsamen Eisenkern vorgesehen sind (F i g. 7).

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2

oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden in der Gasentladungslampe durch einen Kon-,mrill 151 überbrückt sind (Fig. 8 und 9).