DE2315497A1

DE2315497A1 - Helligkeitssteuerschaltung fuer gasentladungslampen

Info

Publication number: DE2315497A1
Application number: DE19732315497
Authority: DE
Inventors: Carl R Snyder
Original assignee: Esquire Inc
Current assignee: Esquire Inc
Priority date: 1972-03-28
Filing date: 1973-03-28
Publication date: 1973-10-04
Also published as: AU472569B2; BE797336A; AU5262373A; CA1024584A; DE2315497B2; ES413052A1; GB1393853A; JPS499072A

Description

Patentanwalt DIPL.-PHYS. DR. W. LANGHOFF rcshtsanw.v.t B. ».ANGHOFF*

MÜNCHEN 81 - WISSMANNSTRASSE 14 ■ TELEFON 832774 · TELEGRAMMADRESSE: uANGHOI-FP^TEUT MÜNCHEN

München, den 2*. März 1973 Unser Zeichen: 55-1136

ESQUIRE, Inc., 488 Madison Avenue, New York N.Y./USA

Helligkeitssteuerschaltung für Gasentladungslampen.

Die Erfindung betrifft eine Helligkeits-Steuerschaltung für Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte, die über einen mit der Gasentladungslampe verbundenen Vorwiderstand mit Wechselstrom betrieben werden.

Quecksilberdampflampen und andere Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte mit Metallzusätzen haben eine weite Verbreitung gefunden, etwa in Kaufhäusern, Schulen und dergleichen, und zwar insbesondere wegen ihrer verhältnismäßig hohen Lichtausbeute und dem geringen Unterhaltungsaufwand im Vergleich zu Glühlampen.Derartige Gasentladungslampen werden allgemein für großflächige Beleuchtungen verwendet, obwohl sie sich bisher in der Helligkeit nicht regeln ließen. Wenn die Helligkeit trotzdem geregelt werden sollte, mußten einige Lampen vollständig abgeschaltet werden oder aber auf eine Beleuchtung mit Glühlampen oder Fluoreszenzlampen umgeschaltet werden.

Das Abschalten von einigen Lampen weist Nachteile auf, da es einen zusätzlichen Verdrahtungsaufwand erfordert, zusätzliche Schalter usw.. Auch ein zusätzliches Beleuchtungs-

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system erhöht den Schaltungsaufwand und die Komplexität der Gesamtanlage erheblich. Außerdem sind zusätzliche Befestigungen, Lampen und Zusatzeinrichtungen hierfür erforderlich.

Bisher war man der Meinung, daß sich Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte nicht direkt in der Helligkeit steuern lassen. Es herrscht die weitverbreitete Meinung, daß bei einer Verringerung der Leistungszufuhr zu derartigen Lampen ein Elektrodensprühen auftritt, so daß die Umgebung innerhalb der Lampe Schaden leiden kann. Dadurch wird auch die Lebensdauer der Lampen verringert und ein Plackern hervorgerufen. Außerdem waren die bekannten Relligkeitssteuerschältungen für Glühlampen und Leuchtstofflampen nicht geeignet, da Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte beim Betrieb mit denselben erlöschen. Dies rührt daher, daß die üblichen Helligkeitssteaerschaltungen die Lampen während kurzer Zeitabschnitte in jeder Halbwelle abschalten. Diese Betriebsweise ist zwar für Glühlampen und Leucht· stofflampen tragbar, nicht jedoch für Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte, da diese, wenn sie einmal erloschen sind, eine verhältnismäßig lange Abkühlungszeit benötigen, bevor sie wieder gestartet werden können. Es wurde nun gefunden, daß eine Helligkeitssteuerschaltung dann für Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte geeignet ist, wenn keine Abschaltung derselben während einer Halbwelle erfolgt, sondern wenn lediglich der Effektivwert geändert wird, ohne den Zeitpunkt oder die Neigung de3 Stromdurchganges durch Null, also bei Polaritätsumkehr, zu verändern. Die Verringerung des Stromes durch Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte ermöglicht eine wirksame Helligkeitssteuerung, ohne daß die Lampe Schaden leidet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Helligkeitssteuerschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine Helligkeitssteuerung von Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte ermöglicht, ohne daß deren Lebensdauer im Vergleich zur Lebensdauer bei Betrieb unter Vollast abnimmt.

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Die Lösung der gestellten Aufgabe ist darin zu sehen, daß der Vorwiderstand ein Reaktanzglied umfaßt, daß dem Reaktanzglied ein steuerbarer Nebenschlußweg parallelgeschaltet ist zum mindestens teilweisen Herumleiten des Stromes um das Reaktanzglied, und daß eine einstellbare Steuerspannungsquelle für den steuerbaren Nebensenlußweg vorgesehen ist, die den Nebenschluß während Zeitabschnitten leitend macht, in denen der Strom durch das Reaktanzglied und die Spannung an demselben die gleiche Polarität haben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Lampenstromkreis zwei in Reihe mit der Gasentladungslampe geschaltete Vorwiderstände, und die Reihenschaltung dieser Bauteile ist an eine Phase eines Wechselstromnetzes angeschlossen. Parallel zu einem der Vorwiderstände liegt ein Triac oder dergleichen. Der Steueranschluß desselben liegt an einer phasengesteuerten, gekappten Spannung, welche den Triac innerhalb bestimmter Grenzen betätigt, und zwar derart, daß der Triac nur während Perioden eingeschaltet wird, wenn die Reaktanzspannung, also die Spannung an dem von dem Triac überbrückten Vorwiderstand, und der Lampenstrom, also der Strom durch den Vorwiderstand den Triac im Leitzustand desselben, die gleiche Polarität haben. Auf diese Weise ist ein Nebenschlußweg für den Lampenstrom vorgesehen, der noch bestehen bleibt, auch nachdem die Reaktanzspannung ihre Polarität in Bezug auf den Lampenstrom geändert hat.

Der Zündzeitpunkt des Triac wird durch eine Steuerschaltung erzeugt, welche einen zweiten Triac, einen in beiden Stromrichtungen wirksamen Schalter in dem Gatestromkreis des zweiten Triac und in beiden Stromrichtungen wirksame Zenerdioden umfaßt, welche in Reihe mit den gesteuerten Elektroden des zweiten Triac liegen. Der durch den in beiden Stromrichtungen wirksamen Schalter bestimmte Zündzeitpunkt läßt sich durch einen variablen Widerstand verändern, der in Reihe mit der Steuerspannung liegt, und zwar in Phase mit der Netzspannung.Wenn die Schwellspannung des in beiden Richtungen wirksamen Schalters (im folgenden Wechselspannungsschwellenschalter genannt) schnell erreicht wi^d^^e^wa^ du^rch Einstellen eines niedrigen

Widerstandswertes, werden der zweite Triac und die Zenerdioden leitend, so daß eine Gatespannung an den Nebenschlußtriac gelangt zu einer Zeit, die sehr nahe an dem Nulldurchgang des Lampenstromes liegt. Andererseits ergibt sich bei einem großen Widerstandswert des einstellbaren Widerstandes eine Verzögerung des Auftretens des Schwellenwertes an dem Wechselspannungsschwellenschalter, so daß die Zündung zu einem späteren Zeitpunkt erfolgt. Das Abschalten der Torelektrode des Nebenschlußtriac ergibt sich nach dem übergang der sinusförmigen Steuerspannung auf einen Wert unterhalb der Zenerspannung der Zenerdioden. Dies erfogt, bevor die Reaktanzspannung ihre Polarität in Bezug auf den Lampenstrom ändert.Ein Zenerdiodenpaar in Verbindung mit-einer einstellbaren Steuerspannungsquelle für einen induktiv belasteten Nebenschlußtriac ist besonders vorteilhaft, da während der entsprechenden Leitperioden eine festliegende Abschaltung der Steuerspannung erreicht werden kann, so daß kein Steuersignal auftreten kann, welches gegenphasig zu dem Lampenstrom ist".

Das Anbringen des Nebenschlußweges bei einem der Vorwiderstände hält eine nicht schädliche Phasenbeziehung zwischen Strom und Spannung für den Betrieb der Gasentladungslampe aufrecht.

Die Steuerspannungsquelle kann von der Speisespannungsquelle isoliert sein, und als Einstelleinrichtung kann ein einfaches Potentiometer verwendet sein.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.

Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Helligkeitssteuerschaltung nach der Erfindung. - . ...

Fig. 2 zeigt die Amplitude und die Phasenbeziehungen der Lampenspannung, des Helligkeitsbereichs und des Stromes in der Schaltung nach Fig. 1.

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Fig. 2a zeigt die relativen Ströme bei voller Stromstärke und bei niedriger Stromstärke.

zeigt die Wellenformen beim Summieren von Strömen zum Einstellen einer mittleren Stromstärke, zeigt eine abgeänderte Steuerspannungsquelle für den Nebenschlußtriac.

zeigt die Amplituden- und Phasenbeziehungen bei den wichtigsten Spannungen und Strömen in der Schaltung nach Fig. 1.

zeigt die Abhängigkeit der Lichtmenge als Funktion der Zeit beim Betrieb der Schaltung nach Fig. 1. zeigt die Abhängigkeit der Leistung als Funktion der Zeit bei der Schaltung nach Fig. 1. zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer dreiphasigen Helligkeitssteuerschaltung mit einem einzigen Helligkeitsstellglied.

zeigt die Zusammenschaltung mehrerer Lampenstromkreise mit einer einzigen Helligkeitssteuerschaltung, zeigt eine Weiterbildung, bei der eine Induktionsspule in den Nebenschlußweg eingeschaltet ist. zeigt eine weitere abgeänderte Ausführungsform einer Helligkeitssteuerschaltung nach der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung umfaßt eine Gasentladungslampe 10 hoher Leuchtdichte, welche in Reihe geschaltet ist mit zwei Induktivitäten 12 und 14, wobei die Gesamtschaltung an die Netzleitungen 16 und 18 angeschaltet ist. Parallel zu der Induktivität Ik ist ein steuerbarer Nebenschluß geschaltet, der einen Triac 20 bildet, dessen Hauptanschlüsse 22 und 24 mit den Anschlüssen der Induktivität 14 verbunden sind. Die Steuerelektrode 26 des Triac ist mit einem Widerstand 28 verbunden, dessen anderes Ende mit einer Sicherung 29 verbunden ist, die über eine zweite Sicherung 30 und mit den Steueranschlüssen weiterer Lampenkreise verbunden ist. Der parallel zu den Netzleitungen liegende Kondensator 32 dient zur Korrektur des Phasenfaktors.

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Fig.	2b
Fig.	3
Fig.	4
Fig.	5
Fig.	6
Fig.	7
Fig.	8
Fig.	9
Fig.	10

Wenn der Triac 20 leitend ist, so daß ein vollständiger Nebenschluß der Induktivität 14 besteht, fließt der größtmögliche Strom, in den Fig. 2 und 4 mit "voller Lampenstrom¹¹ bezeichnet, durch die Gasentladungslampe 1.0." Wenn der Triac 20 sperrt, fließt der geringstmögliche Strom durch die Gasentladungslampe, entsprechend den minimalen Stromkurven in Fig. 2 und- 4. Wenn man dafür sorgt, daß der Triac 20 nur während eines Teiles eines Zyklus leitet, wie in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist, läßt sich der Strom durch die Gasentladungslampe 10 und daher auch die Lichtmenge zwischen dem niedrigsten und dem vollen Lampenstrom regeln. Eine kurze Leitdauer des Triac 20 führt .zu der Kurve 101, eine etwas längere Leitdauer zu der Kurve 103 und eine noch längere Leitdauer zu der Kurve 105. Es ist offensichtlich, daß sich durch Steuern der Leitdauer des Triac 20 die Helligkeit der Gasentladungslampe 10 beeinflussen läßt.

Die Steuerung des Leitzustandes des Triac 20 geschieht mit einer einstellbaren Steuerspannungsquelle, die mit der zweiten Sicherung 30 verbunden ist. Um die Wirkungsweise dieser Schaltung zu verstehen, seien vorerst die anhand von Fig. 4 dargestellten Phasenbeziehungen betrachtet» "Die Spannung an der Induktivität 14, die ein Reaktanzglied bildet, eilt dem Lampenstrom um etwa 85 Grad vor und eilt der Netzspannung um etwa 30 Grad vor.

Man erkennt, daß der Triac 20 nicht leiten sollte, bis der Strom durch und die Spannung an der Induktivität 14 dieselbe Polarität haben, die positiv oder negativ sein kann. Geht man von einer positiven Polarität aus, so geht der Strom durch die Induktivität 14 erst an der Stelle 107 in den positiven Bereich über. In diesem Zeitpunkt ist die Reaktanzspannung bereits positiv. An der Stelle 109 wechselt die Reaktanzspannung ins Negative, obwohl der Strom durch die Induktivität 14 noch positiv ist.

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Der Bereich 111, in dem eine Steuerspannung angelegt werden kann, liegt also zwischen den Stellen 107 und 109.

Es ist bekannt, daß der Steuerimpuls für einen Triac, der eine induktive Last schaltet, vorzugsweise eine Gleichspannung anstatt eines augenblicklichen Impulses sein sollte. Pig. I läßt erkennen, daß an die zweite Sicherung 30 ein Wechselspannungsschwellenschalter angeschaltet ist, der aus zwei mit ihren Kathoden zusammengeschalteten Zehnerdioden 33 und 34 besteht. An diesen Wechselspannungsschwellenschalter 33,3*1 ist ein Steuertriac 36 mit einem Hauptanschluß angeschlossen, dessen anderer Anschluß an den einen Pol einer Sekundärwicklung 38 eines Netztransformators 40 führt. Der an die zweite Sicherung 30 und an die Netzleitung 16 angeschlossene Kondensator 44 dient zum Unterdrücken von Spannungssprüngen. Die Steuerspannung wird also von der Sekundärwicklung 38 abgenommen und ist in Phase mit der Netzspannung an der Netzleitung 16 (Fig. 4).

Mit der Steuerelektrode des Steuertriac 36 ist ein in beiden Stromrichtungen wirksamer Halbleiterschalter eingeschaltet, der einen sehr geringen Druchflußspannungsabfall von etwa 1 Volt hat, wenn eine bestimmte Schwellspannung überschritten ist, unabhängig von der Stromrichtung. Der Halbleiterschalter 42 ist Teil einer üblichen zweigliedrigen RC-Schaltung mit den Kondensatoren 45 und 46 und dem Widerstand 48. Diese Steuerschaltung wird von der Firma RCA unter der Bezeichnung AN 3697 hergestellt. Der Eingang dieser Steuerschaltung ist an die Sekundärwicklung eines Transformators 50 angeschaltet, der" von einer Sekundärwicklung 54 des Netztransformators 40 über einen Stellwiderstand 52 gespeist wird. Die an die Steuerschaltung gelangende Spannung ist also in Phase mit der Netzspannung.

Wenn im Betrieb die Schwellenspannung des Halbleiters 42 überschritten wird, gelangt ein Steuersignal an den Steuertriac 36, so daß dieser leitend wird. Dies ist der Fall, wenn die Steuerspannung die Zenerdiodenspannung der Zenerdioden 33 und 34 überschreitet. Dadurch ergibt sich ein breites Steuersignal

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zum Triggern der Steuerelektrode 26 des Triac 20.

Fig. 2a zeigt die Summierung von Strömen an den Stellen I₁ (Strom durch die Induktivität 14)"und I₂ (Strom durch den Triac 20) in Fig. 1. Falls der Triac 20 nicht eingeschaltet ist, fließt kein Strom Ip, sondern lediglich, der Lampenstrom (Im ), der dann I, ist. Dies ist der Zustand der niedrigsten Helligkeit. Wenn der Triac 20 dauernd angeschaltet ist, wird der gesamte Strom durch den Triac 20 um die Induktivität lH herumgeleitet.I₁ ist dann im wesentlichen Null und I_m dann gleich I₂, wie durch die obere Kurve in Fig. 2a dargestellt ist.

Wenn der Triac 20 einen Winkel Θ nach dem Durchgang des Lampenstromes ins Positive eingeschaltet wird, fließt ein Strom I₂ durch den Triac, der zu dem Reaktanzstrom I. addiert wird, wie in den Fig. 2. und 2b dargestellt ist. Zur gleichen Zeit nimmt der Strom I, ■, der vorher anstieg, einen im wesentlichen, gleichbleibenden Wert I- an, bis der Triac 20 gesperrt wird. Daher ist der Strom I_m im Bezug auf die Zeit gleich I₁ , bevor der Triac gezündet wird, und danach I₀' + I- , wenn der Triac gezündet ist, und schließlich I₁ , nachdem der Triac 20 wieder sperrt.

Wie man aus Fig. 4 erkennt, ist es erforderlich, daß die Steuerspannung nicht über den Abschaltzeitpünkt hinaus bestehen bleibt. Obgleich die Steuerspannung sich leicht durch eine Zehnerdiodenbegrenzerschaltung erzeugen läßt, können im Rahmen der Erfindung auch andere Steuersbhaltungen vorgesehen sein,um zu verhindern, daß die Steuerspannung für den Leistungstriac über den Abschaltzeitpunkt desselben hinaus bestehen bleibt. Eine derartige Schaltung ist in Fig. 3 dargestellt und bildet eine sogenannte Y-Schaltung. Die Gasentladungslampe 10 und die Vorwiderstände 12 und I^ sind in Reihe zwischen den beiden Punkten L₁ und L₂ der Y-Schaltung gelegt. Wie bei der Schaltung nach

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Fig. 1 ist die Induktivität 14 mit einem Triac 20 überbrückt, dessen Steuerelektrode mit einem Widerstand 28 und einer daran anschließenden Sicherung 29 verbunden ist. Die Sicherung 29 ist mit dem Steuerspannungsanschluß verbunden, der für mehrere Lampenkreise parallelgeschaltet sein kann. Der Anschluß der Sicherung 29 ist ferner mit einem Netzwerk 80 verbunden, welches in dem linken Schenkel der Y-Schaltung liegt. Das Netzwerk 80 kann identisch zu der in Fig. 1 dargestellten Schaltung sein mit dem Netztransformator 40 und der zweiten Sicherung 30, mit Ausnahme, daß keine Zenerdioden 33 und 34 in dem Netzwerk 80 vorhanden sind. Der Kondensator 44 ist getrennt angeschlossen, obgleich er tatsächlich einen Teil des Netzwerkes 80 bildet. Die Sekundärwicklung des Transformators in dem Netzwerk 80 im linken Schenkel der Y-Schaltung erzeugt eine Spannung, welche der Spannung zwischen L, und L₂ um 30 Grad voreilt. Durch Verwendung dieser Spannung als Steuerspannung für den Leistungstriac 20 ist es nicht erforderlich, diese zu begrenzen. Es können auch andere Steuerschaltungen im Rahmen der Erfindung verwendet werden, und es lassen sich auch andere Voreilungswinkel als 30 Grad verwenden. Durch Wahl der Zeit und der Amplitude der Steuerspannungsquelle ist es möglich, eine Begrenzung zu vermeiden.

Sobald der Triac 20 leitend geworden ist, muß die Steuerspannung auf Null zurückgehen, bevor die Reaktanzspannung ihre Polarität umkehrt. Dies wird erreicht durch die in Fig. 1 dargestellte Schaltung mit Zenerdioden, welche eine Abschaltung bewirken, wenn die Steuerspannung unter einen vorbestimmten Wert fällt, wie in Fig. 4 dargestellt ist.Es kann wiederum eine Spannung verwendet werden, die der Netzspannung um 30 Grad voreilt, so daß die Zenerdioden 33 und 34 überflüssig sind.

Das Einstellen der Anschaltzeitdauer des Steuertriac 36 und des Leistungstriac 20 geschieht durch Einstellen des Stellwiderstandes 52, etwa eines Potentiometers, der zwischen der Sekundär-

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wicklung 54 des Netztransformators 40 und der Primärwicklung des Transformators 50 eingeschaltet ist.Die Anschaltzeit wird bestimmt durch die Amplitude der an den Halbleiterschalter 42 angelegten Spannung.

Der Abschaltzeitpunkt der Zenerdioden verändert sich nicht. Offensichtlich bewirkt das Abschalten der Zenerdioden und damit der Steuerspannung für den Leistungstriac 20 kein augenblickliches Abschalten des Leistungstriac 20. Die Induktivitäten 12 und 14 bewirken, daß Strom durch den Triac 20 weiterfließt, bis der Strom die Richtung umkehrt. Der Strom durch die Gasentladungslampe 10 ist nach einer derartigen Stromumkehr lediglich der Strom durch die Induktivität 14, wie in den Fig. 2, 2a, 2b und 4 dargestellt ist.

Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte mit Metallzusätzen haben verschiedene Betriebseigenschaften, die verhindern, daß sich Helligkeitssteuerschaltungen für Fluoreszenzlampen mit beheizten Kathoden dafür verwenden lassen, obgleich dies bei einigen Lampentypen begrenzt der Fall sein kann. Bei schnell startenden Fluoreszenzlampen mit Heizkathoden ist es nicht erforderlich, auf ein Erlöschen der Lampe Rücksicht zu nehmen. Selbst bei sogenannten schnell startenden Fluoreszenzlampen ohne Heizelektroden mit niedrigem Druck ergeben sich keine Stabilitätsprobleme wie bei Hochdruck-Gasentladungslampen. Beim Erlöschen einer Fluoreszenzlampe nach der Stromrichtungsumkehr fängt diese augenblicklich wieder an zu leuchten, wohingegen energiereiche Gasentladungslampen eine bestimmte Abkühlungszeit benötigen, damit der Gasdruck so weit gesunken ist, daß eine abermalige Zündung möglich wird. Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte haben daher hinsichtlich der Stromregelung ungünstigere Eigenschaften als Fluoreszenzlampen.

Versuche haben ergeben, daß die Elektroden von Hochdruck-Gasentladungslampen bei niedrigem Strom zu Elektrodensprühen neigen,

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während dies bei Verwendung der Helligkeitssteuerschaltung nach der Erfindung nicht der Fall ist.

Die tatsächlichen Betriebsdaten bei Verwendung einer Schaltung nach der Erfindung sind in den Kurven der Pig. 5 und 6 dargestellt. Die untere Kurve in Pig. 6 zeigt ein allmähliches Ansteigen der Lichtausstrahlung und der Leistungsaufnahme, wenn die Lampe im Bereich niedriger Helligkeit angeschaltet ist. Der Lichtstrom erreicht einen konstanten Wert von etwa 2%_t und die Leistungsaufnahme beträgt etwa 10$.

Bei einer mit voller Leistung betriebenen energiereichen Gasentladungslampe ergibt das Heruntersteuern des Lampenstromes auf den minimalen Wert eine Verringerung des LichtstiOmes auf etwa 2Oj5 und eine Verringerung der Leistungsaufnahme auf weniger als 30Jt. Wenn die Lampe sich weiter abkühlt, nimmt die an der Lampe abfallende Spannung allmählich ab, so daß auch die Lichtleistung und die Leistungsaufnahme abnehmen. 20 Minuten nach dem Einstellen des niedrigsten Lichtstromes ist diese auf etwa 2Ϊ des anfänglichen Lichtstromes gesunken und die Leistungsaufnahme auf etwa 10? der vollen Leistung.

Wenn die Gasentladungslampe von dem stabilisierten abgedunkelten Zustand an auf die volle Leistung geschaltet wird, steigt der Licht strom spontan auf über 30% (2055 Leistungsaufnahme) und innerhalb von 4 Minuten auf die vollen Werte des Lichtstromes und der Leistungsaufnahme. Zum Vergleich sei erwähnt, daß eine kalte Lampe nicht spontan auf 30% des Lichtstromes ansteigt, sondern erst nach 2-3 Minuten, wie in Fig. 5 dargestellt ist.

Fig. 7 zeigt die Einfügung einer Steuerspannungsquelle in ein Dreiphasen-Beleuchtungssystem. Die Leitungen L-, L₂ und L, bezeichnen jeweils die drei Phasen des Stromnetzes, wobei jede Netzleitung mit einem getrennten Netztransformator 210, 212 und 214 verbunden ist. Der übrige Teil der betreffenden Steuerschaltung ähnelt der Schaltung nach Fig. 1 für eine einzelne .

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Phase, mit Ausnahme des Steuernetzwerkes zum Ändern der Amplitude der SteuerSpannungen zum Zünden der einzelnen Diacs 42a, 42b und 42c.

Zum Beispiel ist in dem Netzwerk der ersten Phase die Sekundärwicklung des Transformators 210 mit dem Wechselspannungsanschluß eines Vollwellengleichrichters 216 verbunden,der die Dioden 218, 220,222 und 224 umfaßt. Die Brückengleichrichter 216, 228 und 230 sind als' einheitliches Bauteil im Handel. Der andere Wechselspannungsanschluß des Brückengleichrichters 216 ist mit dem Eingang eines Trenntransformators 226 verbunden. In ähnlicher Weise ist der Brückengleichrichter 228 in dem Netzwerk für die zweite Phase und der Brückengleichrichter 230 in dem Netzwerk für die dritte Phase geschaltet.

Die Gleichstromanschlüsse der Brüfckengleichrichter 216, 228 und 230 sind in Reihe geschaltet, und die Reihenschaltung ist an einen Widerstand 232 und einen damit verbundenen Stellwiderstand 234 angeschlossen. Man erkennt, daß der Widerstandswert des Stellwiderstandes 34 die Spannung an jedem Transformator 226, 236 und 238 in den einzelnen Phasennetzwerken beeinflußt. Auf diese Weise läßt sich mittels eines einzigen Stellwiderstandes jede=der Helligkeitssteuerschaltungen in den einzelnen der drei Phasen steuern. Der Stellwiderstand kann an einer von der Helligkeitssteuerschaltung entfernten Stelle liegen. Die einzelnen Phasen können natürlich auch entsprechend nach der Schaltung von Fig» I getrennt gesteuert werden.

Jede der in Fig. 7 dargestellten Phasen kann gemäß Fig. 8 geschaltet werden. Dabei ist jede Gasentladungslampe 310, 312 und 314 einer eigenen Lampenschaltung zugeordnet, die die Vorwiderstände, einen steuerbaren Nebenschlußtriac für einen der Vorwiderständejund einen Kondensator für die. Phasenkorrektur umfaßt. .

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Diese Phasenkorrekturkondensatoren haben die gleiche Wirkungsweise wie bei Helligkeitssteuerschaltungen für übliche Gasentladungslampen mit Vorwiderstand und sind ggf * mit den Vorwi- -derständen zusammengebaut. Zum Beispiel ist cos ψ = 0,9 wenn die Lampen mit voller Stärke angeschaltet sind. Bei Verringerung der Lampenleistung ändert sich das Verhältnis der Induktionsspannung zu dem Strom, während das Verhältnis der kapazitiven Spannung zum Strom konstant bleibt. Dadurch wird auch der Leistungsfaktor verändert, der von etwa 9<#Nacheilung auf etwa 50? Voreilung wechseln kann, obgleich in keinem Betriebszustand der Netzstrom den normalen Betriebsstrom für die volle Lichtleistüng überschreitet. Dieselbe Steuerung beeinflußt gleichzeitig die Steuerelektroden jedes der Nebenschlußtriacs in einer Mehrfachlampenschaltung.

Anstelle der in den Fig. 1 und 8 dargestellten Schaltung der Reaktanzglieder können diese parallel geschaltet sein, um das induktive Verhalten der Schaltung zu verändern oder den Strom durch den Triac zu begrenzen. Zum Beispiel sind gemäß Fig. 9 die Reaktanzglieder 320 und 321 parallel geschaltet und in Serie mit der Gasentladungslampe 322. Die Gesamtschaltung ist von einem Kondensator 323 zur Korrektur des Leistungsfaktors überbrückt.

Die Induktivität 321 ist in Reihe mit einem Triac 324 geschaltet, dessen Steuerelektrode 325 über einen Strombegrenzungswiderstand 326 und eine Sicherung mit der Steuerspannungsleitung verbunden ist.

Bei einer Zusammenschaltung mehrerer Lampenstromkreise'nach den Fig.- 1 und 8, die der Einfachheit halber als Serienschaltung bezeichnet werden soll, nimmt die Induktivität 12 den gesamten Lampenstrom auf, bildet also einen üblichen Vorwiderstand für eine bestimmte Lampe und Netzspannung. Der Triac 20 leitet

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ebenfalls den vollen Lampenstrom* wenn die Helligkeitssteuerschaltung auf den minimalen Helligkeitswert eingestellt ist. Die Sperrspannung des Triac 20 wird bestimmt durch das Verhältnis der Impedanzen der Induktivitäten 12 und 14.

Wie bereits erwähnt, muß die Induktivität 12 den gesamten Lampenstrom aufnehmen können. Da die in Serie geschaltete Induktivität 14 beim Ansteuern des Triac 20 im Nebenschluß zu diesem liegt, ist die Induktivität 12 im allgemeinen größer als die Induktivität 14, da letztere für die meiste Zeit nicht den vol- ~ len Lampenstrom aufzunehmen braucht. Bei einer Helligkeitssteuerschaltung für eine Gasentladungslampe 10 hoher Energiedichte kann es nötig sein, für die Induktivität eine Impedanz von 90 Ohm zu wählen (1440 VA), während die. Impedanz der Induktivität 14 bei 245 0hm (550 VA) liegen kann. Die 90 0hm Induktivität ist offenbar merklich kostspieliger als die "245 0hm Induktivität.

Bei der in Fig. 9 dargestellten Parallelschaltung nimmt die Induktivität 320 den heruntergeöteuerten Strom und die Induktivität 321 den Reststrom für voJLle Leistung auf. Keine dieser Induktivitäten braucht daher so groß zu sein wie übliche Induktivitäten. Der Triac 324 steuert lediglich den Strom durch die Induktivität 321, muß jedoch die volle Netzspannung sperren können.

Ein entscheidender Konstruktionsparameter von Strombegrenzungsinduktivitäten ist normalerweise· der höchstzulässige Strom derselben. Man kann diese Induktivitäten also so ausbilden, daß sich ohne Einbuße an Wirkungsgrad kleinere Einheiten ergeben.

Eine weitere Möglichkeit der. Anschaltung der Induktivitäten ist in Fig. 10 dargestellt.Hierbei ist die Hochdruck-Gasentladungslampe 410 in Reihe mit einer Wicklung 411 eines Streutransformators 412 geschaltet und in Reihe mit einer Induktivität 414, die zwischen die erste Wicklung 411 und die zweite Wicklung

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des Streutransformators geschaltet ist.Die Verbindungsstelle zwischen der Induktivität 4l4 und der zweiten Wicklung 413 ist mit der Netzleitung verbunden. Die Induktivität MlM ist durch einen Triac 420 überbrückt, dessen Steuerelektrode mit einer Steuerspannungsquelle verbunden "ist, die etwa gemäß den vorhergehenden Ausführungsformen ausgebildet ist»Der Leistungsfaktor wird durch einen parallel zu der zweiten Wicklung 413 liegenden Kondensator beeinflußt.

Wenn der Triac 420 nicht leitend ist, liegt die Netzspannung an der Wicklung 411 des Streutransformators (Autotransformator) über die Wicklung 413 und die Induktivität 414 an. Sobald der Triac 420 leitend wird während eines kurzen Zeitraumes, erhöht sich der Strom durch die Wicklung 411 in dem Maße, wie die Induktivität 4l4 überbrückt wird, so daß auch der Strom durch die Gasentladungslampe 410 zunimmt, wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen. Wenn die Steuerspannung von dem Triac 420 fortgenommen wird, bewirken die Impedanz der Induktivität 4l4 und der Wicklung 4ll ein Aufrechterhalten des Leitzustandes des Triac 420, w?e anhand der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 2 und 4 beschrieben ist.

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Claims

Patentansprüche

( IJ Helligkeitssteuerschaltung für· Gasentladungslampen hoher Leuchtdichte, die über einen mit der Gasentladungslampe verbundenen Vorwiderstand mit Wechselstrom betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand ein Reaktanzglied (lh) umfaßt,- dem ein steuerbarer Nebenschlüßweg (20, 22, 2¹I) parallelgeschaltet ist zum mindestens teilweisen Herumleiten des Stromes um das Reaktanzglied (I¹O, und daß eine einstellbare Steuerspannungsquelle (50, 42, 36, 33, 34) für den steuerbaren Nebenschlußweg vorgesehen ist, die den Nebenschluß während Zeitabschnitten leitend macht, in denen der Strom durch das Reaktanzglied und die Spannung an demselben die gleiche Polarität haben.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch g .e k e η η zeichnet, daß der Vorwiderstand einen ersten, mit der Gasentladungslampe in Serie liegenden Teil umfaßt und daß das Reaktanzglied ein zweites, mit der Gasentladungslampe ebenfalls in Serie liegendes Widerstandselement bildet.
3. Schaltung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k ennzeich· net, daß der Vorwiderstand ein erstes, in Serie mit der Gasentladungslampe (322) liegendes Reaktanzglied (320) umfaßt

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sowie ein weiteres Widerstandselement (321), welches in Reihe mit dem steuerbaren Nebenschluß (324) parallel zu dem Reaktanzglied (320) geschaltet ist.
4. Schaltung nach Anspruch 1-3 »dadurch gekennzeichnet, daß als Nebenschluß ein Triac verwendet ist·
5. Schaltung nach Anspruch 1 - 4, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die einstellbare Steuerspannungsquelle eine gleichphasig mit der Speisespannung verlaufende Wechselspannungsquelle umfaßt, deren Amplitude so eingestellt ist, daß die Steuerspannung den Nebenschluß nicht leitend machen kann, wenn die Spannung am Reaktanzglied und der Strom durch dasselbe gegenphasig sind.
6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungseinstellung durch ein Paar mit ihren Kathoden verbundene Zenerdioden (33, 3¹I) geschieht,
7. Schaltung,nach Anspruch 1-4, dadurch gekenn-

z e i c h η et, daß die Steuerspannungsquelle an eine Wechselspannung angeschlossen ist, deren Phase in Bezug auf die Speisespannung für die Gasentladungslampen voreilt, und zwar derart, daß die Polaritätsumkehr stattfindet, bevor die Spannung an dem Reaktanzglied ihre Polarität umkehrt.

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8. Schaltung nach Anspruch 7» d a d u r c h-: g e k e n*nr · ze i c h η et, daß als Speisespannüngsquelle ein Drehst römnet ζ verwendet .ist und daß die ..S teuer spannung von einer Netzphase abgeleitet ist, die der Spannungan dem Reaktanzglied und der Gasentladungslampe voreilt.
9. Schaltung nach Anspruch 1 - 8, dad u r c h g e k,,e η n- z- e ic h η et, daß die einstellbare Steüerspannungsquelle eineri Schwellenwertschalter (36,42) aufweist, dessen Steuerelektrode an eine im wesentlichen gleichphasig zu der Speisespannung verlaufende einstellbare Wechselspannungsquelle (50, 52, 5¹O angeschaltet ist,. ^ -.- .-■ ; , .
10. Schaltung nach Anspruch 9>"-d a d u r c h g e k e η η zeichnet, daß der Schwellenwertschalter einen'Triac (3β) umfaßt sowie einen in die Steuerleitung desselben ein geschalteten Diac (42). ; : -"...,, - /~ ·■ - -;~ -..■-'-
11. Schaltung nach Anspruch 9 oder 10, dad ure h g e-k e nnz e i c-h η e t, daß in eine gesteuerte ,Elektrodenleitung des Schwellenwertschalters (36,42) ein Schaltungsglied (33»34) eingeschaltet ist, welches in beiden Stromrichtungen nur oberhalb einer bestimmten Spannung leitend ist. . _Λ
12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungsglied durch zwei mit· ihren Kathoden zusammengeschaltete Zenerdioden (33,34) gebildet ist. ,

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13. Schaltung nach Anspruch 9- 12,dadurch geke nnzeichnet, daß die,einstellbare SteuerSpannungsquelle einen an die Speisespannungsquelle angeschalteten Transformator umfaßt.
14. Schaltung nach Anspruch 13,dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Sekundärseite des Transformators (210, 212,214) und dem Eingang des SchwellwertschalterB (36,42) ein Doppelweg- oder Brückengleichrichter (216, 228, 230) geschaltet ist.
15. Helligkeitssteuerschaltung nach Anspruch 1 - 14, für mehrere Gasentladungslampen mit zugeordneten Vorwiderständen, gekennzeichnet durch eine gemeinsam einstellbare Steuerspannungsquellfe.
16. Schaltung nach Anspruch 15, wobei die Gasentladungslampenkreise an ein mehrphasiges Stromnetz angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Gasentladungslampenkreise an getrennte Phasen angeschlossen sind und daß die Steuerspannungen für die betreffenden Nebenschlußglieder (36a, 36b, 36c) von gleichphasig zu den Speisespannungen verlaufenden Wechselspannungen gespeist werden.
17. Schaltung nach Anspruch 16,dadurch gekennzeichnet, daß jedem Nebenschlußschalter (36) ein Schwellenwertschalter (42) zugeordnet ist'.

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18. Schaltung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e η η-zeichnet, daß jede Steuerspannungsquelle einen Brückengleichrichter (216, 228,230) umfaßt, deren Einspei-, sungspunkte in die Wechselspannungsleitung für die Steuerspannungsquelle eingeschaltet sind und deren Gleichspannungsanschlüsse in Serie geschaltet und über einen Stellwiderstand (23¹O zu einem Leitungskreis geschlossen sind.
19. Schaltung nach Anspruch 18., dadurch, ge kennzeichnet, daß die Brückengleichrichter jeweils durch Trenntransformatoren gleichstrommäßig von der zugeordneten SteuerSpannungsschaltung getrennt sind.
20. Schaltung nach Anspruch 1 « 19, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand einen zwei getrennte Wicklungen (411, 413) aufweisenden Autotransformator bildet, daß beide Wicklungen über ein induktives Reaktanzglied (4l4) miteinander verbunden sind, dem das steuerbare Nebenschlußglied (420) parallelgeschaltet ist, daß die Primärwicklung (413) des Autotransformators einerseits und die Serienschaltung aus dem induktiven Reaktanzglied (4l4)., der Wicklung (411) und der Gasentladungslampe (4-10j andererseits an die Speisespannungsquelle angeschaltet sind.

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