DE2510530C3

DE2510530C3 - Circuit device for operating high pressure vapor lamps

Info

Publication number: DE2510530C3
Application number: DE19752510530
Authority: DE
Inventors: Helmut 4803 Steinhagen Gustavs; Eduard 5771 Rumbeck Kuntz; Gregor 4785 Belecke Watermann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-03-11
Filing date: 1975-03-11
Publication date: 1979-11-29
Also published as: DE2510530A1; DE2510530B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungseinrichtung zum Betrieb von Hochdruckdampflampen, bei welchen die Ultraviolettlichtemission der Plasmasäule zur Trocknung von auf einer Materiallage aufgebrachtem Lack ausgenutzt wird, mit einem ein Thyristorstellglied und einen Transformator enthaltenden Wechselstromkreis, in welchem eine Hochdruckdampflampe an der Sekundärwicklung des Transformators angeschlossen ist und ein für einen Mindeststrom zur Aufrechterhaltung der Entladung der Hochdruckdampflampe bemessener, das Thyristorstellglied überbrückender Strombegrenzungswiderstand verwendet ist, wobei durch Steuerung des Kurzschlusses des Strombegrenzungswiderstandes mittels eines Reglers durch Veränderung der Phasenlage von synchron mit der Wechselspannung einer Betriebsstromquelle zugeführten Zündimpulsien der durch den Thyristorsteller fließende Wechselstrom auf einen Betriebswert konstantgeregelt wird.The invention relates to a circuit device for operating high-pressure vapor lamps, in which the ultraviolet light emission of the plasma column for drying of applied to a material layer Lacquer is exploited, with an AC circuit containing a thyristor actuator and a transformer, in which a high pressure vapor lamp is connected to the secondary winding of the transformer and is dimensioned for a minimum current to maintain the discharge of the high-pressure vapor lamp, the thyristor actuator bridging current limiting resistor is used, whereby through Control of the short circuit of the current limiting resistor by means of a controller by changing it the phase position of ignition pulses supplied synchronously with the alternating voltage of an operating power source the alternating current flowing through the thyristor controller is constantly regulated to an operating value.

Die Anwendung der Ultraviolettlichtemission, im folgenden kurz UV-Lichtemission bezeichnet, hat zur Trocknung von Lack besonders im Druckereigewerbe Bedeutung erlangt und eine weitgehende Rationalisierung ermöglicht. Sie beruht darauf, daß sich die neuen Lacke, z. B. Kunststofflacke, als Lösung auf einer Materiallagc aufgebracht, bei der Bestrahlung mit UV-Licht sehr schnell und sublimationsarm verfestigen und somit trocknen. Es ergeben sich hierdurch eine Reihe herstellungstechnischer Vorteile, zu welchen auch eine technologische Fortentwicklung der Quecksilber-Hochdruekdampflampe jn der Erhöhung der Lebensdauer und der Lichtausbeute beigetragen hat Außerdem haben diese neuen sogenannten UV-Lacke wegen der relativ hohen Verdampfungstemperatur, die höher als Zimmertemperatur liegt, geringen Dampfdruck und sind daher nur geringfügig umweltbelastend.The use of ultraviolet light emission, hereinafter referred to as UV light emission for short, has to Drying of varnish especially in the printing industry gained importance and a substantial rationalization enables. It is based on the fact that the new paints, z. B. plastic paints, as a solution on one Material layer applied, solidify very quickly and with little sublimation when irradiated with UV light and thus dry. This results in a number of manufacturing advantages, including a technological advancement of the high pressure mercury lamp jn has also contributed to the increase in service life and light output These new so-called UV lacquers have, because of the relatively high evaporation temperature, the higher than room temperature, low vapor pressure and are therefore only slightly polluting.

Bisher wurde als Betriebsschaltung für Quecksilber-Hochdruckdampflampen eine Einrichtung verwendet bei welcher der Wechselstromkreis einen Streufeldtransformator als sicherheitstechnisches Strombegrenzungselement enthält Mit einer derartigen Betriebsschaltung wird im stationären Betrieb durch Strombegrenzung und infolge der Strom-Spannungs-Kennlinie der elektrischen Hochdnickdampfentladung eine ledig-Hch quasistabile Stromregelung erzielt Die Betriebs-'jcromquelle hierfür kann in der Spannung jeweils entsprechend der maximal möglichen Leistungsaufnahme der angeschlossenen Entladungslampen gewählt und bemessen werden. Dabei sind der Leistungsbedarf der Einrichtung insgesamt und die Verluste verhältnismäßig groß. Der Leistungsbedarf der Einrichtung insgesamt kann aber, da er mit der maxima! möglichen Leistungsaufnahme der Entladungslampen in Relation steht während eines Arbeitsprozesses erheblich unterschiedlich sein. Bei einer Betriebsschaltung mit einem Streufeldtransformator ist die Leistungsaufnahme und somit die UV-Lichtemission nicht einstellbar, sondern ist von der Betriebsspannung und von deren Schwankungen abhängig.So far it has been used as an operating circuit for high-pressure mercury lamps a device in which the AC circuit uses a leakage field transformer As a safety-related current-limiting element, Mit contains such an operating circuit is in steady-state operation through current limitation and as a result of the current-voltage characteristic the electric high-thickness vapor discharge a single high The quasi-stable current control achieved by the operating source for this, the voltage can correspond to the maximum possible power consumption of the connected discharge lamps are selected and dimensioned. The power requirements are the Establishment as a whole and the losses relatively large. The overall power requirements of the facility but it can, as it works with the maxima! possible The relationship between the power consumption of the discharge lamps varies considerably during a work process be. In the case of an operating circuit with a leakage field transformer, the power consumption is and thus the UV light emission cannot be adjusted, but depends on the operating voltage and its fluctuations addicted.

Eine der eingangs genannten Art ähnliche Schaltungseinrichtung zum Betrieb einer Entladungslampe, insbesondere Hg-Entladungslampe, für nicht bestimmte Zwecke ist durch DE-OS 23 23 287 bekannt Mit dieser bekannten Einrichtung wird durch die Steuerung des Kurzschlusses eines als Strombegrenzers verwendeten Impedanzelementes die Ausgangsleistung einer Entladungslampe in Abhängigkeit von deren Charakteristik und von den Parametern der Betriebsschaltung so gesteuert, daß sie bei Nennleistung betrieben wird. Die Entladungslampe liegt ohne Transformator im Betriebs¹ Stromkreis. Diesem muß eine Zeitverriegelungseinrichtung zugeordnet sein, die beim Inbetriebsetzen der Betriebsschaltung mit der Entladungslampe einen Steuersignalgenerator für das Thyristorstellglied nach einer vorgegebenen Zeit betätigt oder eine vorgegebene Zeit nach dem Schließen eines Inbetriebnahmeschalters das Wirksamwerden des Signalgenerators verhindert, damit die Steuerung des Kurzschlusses des Strombegrenzers mit hohem Widerstand so in Abhängigkeit von deren Charakteristik und von den Parametern der Betriebsschaltung lange ausgesetzt wird, bis die Entladungslampe bei der Inbetrieb- oder Wiederinbetriebnahme keine Startimpulse mehr benötigt bzw. die Entladung stabil geworden ist. Für den Betrieb von Entladungslampen, die bei der Inbetriebnahme, wenn der Widerstand des Strombegrenzers mittels der Kurzschlußsteuerung von vornherein auf den Betrieb mit Abgabe von Nennleistung beim Wirksamwerden des Steuersignalgenerators festgelegtA circuit device similar to the type mentioned above for operating a discharge lamp, in particular Hg discharge lamp, for non-specific purposes is known from DE-OS 23 23 287 Depending on their characteristics and on the parameters of the operating circuit controlled so that it is operated at rated power. The discharge lamp is in operation ¹ circuit without a transformer. This must be assigned a time locking device which, when the operating circuit with the discharge lamp is put into operation, actuates a control signal generator for the thyristor actuator after a specified time or prevents the signal generator from becoming effective a specified time after a startup switch has been closed, so that the control of the short circuit of the current limiter with a high resistance depending on its characteristics and the parameters, the operating circuit is suspended for a long time until the discharge lamp no longer needs any start pulses when it is started up or restarted or the discharge has become stable. For the operation of discharge lamps that are set to operation with delivery of nominal power when the control signal generator takes effect when the resistance of the current limiter is set from the outset by means of the short-circuit control during commissioning

wäre, einen gefährlichen Überstrom aufnehmen, wird bei der bekannten Schaltungseinrichtung der Zeitpunkt des Kurzschlusses so weit verzögert, daß nach Erreichen der Stabilität der Entladung der Lampenstrom höchstens doppelt so groß als der Lampenstromwould be to absorb a dangerous overcurrent, the time is in the known circuit device of the short circuit is delayed to such an extent that, after the discharge has reached stability, the lamp current at most twice as large as the lamp current

M bei Nennleistung wird. Anschließend erst wird mittels der Kurzschlußsteuerung ein Betrieb mit Abgabe der festgelegten Nennleistung eingesleucrt.M at nominal power becomes. Only then is the the short-circuit control initiated an operation with delivery of the specified nominal power.

With a facility of the type mentioned above

wird im Unterschied zu der vorangehend beschriebenen bekannten Einrichtung durch die Steuerung des Kurzschlusses des Strombegrenzungswiderstandes mittels eines Reglers der Lampenstrom auf einem Betriebswert konstantgeregelt, und es liegt die Entladungslampe im Sekundärkreis eines Transformators, dessen Primärkreis der Betriebsstromkreis der Einrichtung bildet. Außerdem dient ein ohmscher Widerstand als Strombegrenzungswiderstand, der nur so groß bemessen ist, daß er schon ohne Kurzschluß die Selbstlöschung der Entladungslampe während der spannungsfreien Zeitabschnitte verhindert, so daß zusätzliche Einrichtungen, wie bei der bekannten Schaltung eine Zeitverriegelungseinrichtung, nicht notwendig sind.is in contrast to the known device described above by the control of the Short circuit of the current limiting resistor by means of a regulator, the lamp current on a The operating value is constantly controlled, and the discharge lamp is in the secondary circuit of a transformer, whose primary circuit forms the operating circuit of the device. An ohmic resistor is also used as a current limiting resistor that is just that big is dimensioned that he even without a short circuit, the self-extinguishing of the discharge lamp during the voltage-free periods prevented, so that additional facilities, as in the case of the known Circuit a time locking device, are not necessary.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, auch eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Lampenstrom nach Ausfall der Spannung der Betriebsstromquelle bei wiederkehrender Betriebsspannung sowie ebenfalls beim anfänglichen Inbetriebsetzen der Betriebsschaltung nicht nur nicht unerwünscht groß werden kann, sondern auch möglichst überschwingungsfrei und stetig auf Betriebswert übergehl.The object of the invention is now to design a device of the type mentioned at the outset in such a way that that the lamp current after failure of the voltage of the operating current source with recurring operating voltage and also not only undesirably large when the operating circuit is initially put into operation can be, but also as free from overshoots and steadily as possible to the operating value.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch zu lösen, daß bei Ausfall der treibenden Wechselspannung der Betriebsstromquelle die Zündimpulse mit einer Phasenlage in einem Mindestabstand vor den Polaritätswechseln der Wechselspannung zugeführt sind.According to the invention, this object is to be achieved by that if the driving alternating voltage of the operating power source fails, the ignition pulses with a phase position are supplied at a minimum distance before the polarity changes of the AC voltage.

Um bei wiederkehrender Betriebsspannung eine stetige Strombelastung der Entladungslampen zu erhalten, ist gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung der erwähnte Mindestabstand so gewählt, daß die kalte Entladungslampe ungefähr Betriebsnennstrom aufnimmt, von welchem ausgehend alsdann der Stellgliedwechselstrom mittels des Reglers durch stetige Veränderung der Phasenlage der Zündimpulse auf einen konstanten Betriebswert zu regeln ist.In order to ensure a constant current load on the discharge lamps when the operating voltage returns obtained, according to a further embodiment of the invention, the minimum distance mentioned is chosen so that the cold discharge lamp consumes approximately the nominal operating current, from which then the Actuator alternating current by means of the controller by constantly changing the phase position of the ignition pulses to one constant operating value is to be regulated.

Das gleiche Verhalten ergibt sich hierdurch auch bei Inbetriebnahme der Einrichtung. Als ein sicherheitstechnischer Vorteil wird schon die bei der Wiederkehr der Spannung der ausgefallenen Betriebsstromquelle begrenzte Strombelastung durch Zuführung der Zündimpulse für den Thyristorsteller in dem Mindestabstand vor den Polaritätswechseln der Wechselspannung angesehen. Von sicherheitstechnischer Bedeutung wegen der Erhöhung der Lebensdauer der Entladungslampen ist ferner die Aufrechterhaltung des Entladestromes durch den Überbrückungswiderstand des Thyristorstellers. Die Entladung braucht also nicht in jeder Halbpertode der Wechselspannung neu gezündet zu werden. Es sei hier bemerkt, daß durch die DE-PS 14 88 911 ein Thyristorsteller mit einem nur in einer durch einen Thyristor des Stellers bestimmter Richtung wirksamen Überbrückungswiderstand bekannt ist, welcher dazu vorgesehen ist, um beim Einschalten eines Wechselstromkreises einen Transformator betriebssicher aufzumagnelisieren und die Verluste in dem Widerstand gering zu halten. Im Hinblick auf die Betriebsschaltung gemäß der Erfindung sind jedoch die Verluste in dem Überbrückungswiderstand, in Relation mit den in den Hochdruckdampflampcn anfallenden Verlusten gesehen, unbeachtlich, obwohl schon diese Verluste infolge des geregelten Betriebes gering sind.This also results in the same behavior when the device is started up. As a safety-related The advantage already becomes that when the voltage of the failed operating power source is restored Limited current load by supplying the ignition pulses for the thyristor controller in the minimum distance viewed before the polarity changes of the AC voltage. Of importance in terms of safety the increase in the service life of the discharge lamps is also the maintenance of the discharge current through the bridging resistance of the thyristor controller. So there is no need for discharge in everyone Half-pertode of the alternating voltage to be re-ignited. It should be noted here that DE-PS 14 88 911 a thyristor controller with only one in one by a thyristor of the controller specific direction effective bridging resistance is known, which it is provided to ensure that a transformer is operationally reliable when an AC circuit is switched on aufzumagnelisiert and to keep the losses in the resistor low. In terms of Operating circuit according to the invention, however, are the losses in the bypass resistance in relation seen with the losses occurring in the high-pressure vapor lamps, irrelevant, although these are already Losses as a result of the regular operation are low.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend beschrieben. Die Zeichnung zeigt eine Betriebsschaltung, bei weither in einem Wechselstromkreis mit einer Betriebsstromquelle 1 ein Thyristorstellglied 2 und ein Transformator 3 in Reihenschaltung angeordnet sind, Mit der Sekundärwicklung des Transformators ist eine Hochdruckdampflampe 4 verbunden. Das Thyristorstellglied 2 hat einen ohmschen Oberbröckungswiderstand 5, dessen Widerstandswert je nach Spannung der Betriebsstromquelle und Übersetzungsverhältnis des Transformators so bemessen ist, daß bei gesperrtem Stellglied 2 während der beispielsweise 6 bis 7 msecAn embodiment of the invention is shown in the drawing and is described below. The drawing shows an operating circuit, by far in an AC circuit with an operating power source 1 a thyristor actuator 2 and a transformer 3 are arranged in series, With the secondary winding of the transformer is a High pressure vapor lamp 4 connected. The thyristor actuator 2 has an ohmic upper breaking resistance 5, whose resistance value depends on the voltage of the operating power source and the transformation ratio of the Transformer is dimensioned so that with locked actuator 2 during the example 6 to 7 msec

ίο langen Strompausen ein die Entladung der gezündeten Hochdruckdampflampe aufrechterhaltender Mindeststrom im Stromkreis fließen kann.ίο long power breaks a discharge of the ignited High-pressure vapor lamp maintaining the minimum current can flow in the circuit.

Der Betriebsschaltung ist ein Regler 6 zur Konstanthaltung des Wechselstromes im Stromzweig des Thyristorstellers auf einem vorgesehenen Betriebswert zugeordnet Dem Regler wird eine diesem Strom proportionale elektrische Größe von einem in dem Stromzweig befindlichen Stromfühler 7 her als Istgröße zugeführt Das Thyristorstellglied ist Stellelement des Reglers und wird von diesem durch die Veränderung der Phasenlage seiner Zündimpulse ^steuert Bei voller Leistungsaufnahme der Hochdruckdainpiampe 4 ist der Zünd- oder Steuerwinkel des Stellgliedes 2 am kleinsten und beträgt etwa 140" el. Im Zeitbereich des Zündwinkels ist das Stellglied 2 gesperrt und es fließt über den Widerstand 5 ein die Entladung in der Hochdruckdampflampe aufrechterhaltender Mindeststrom. Wird ein Strom unterhalb der vollen Leistungsaufnahme konstantgeregelt, so ist der Zündwinkel größer als 140° el. Der Entladungsbetrieb wird nach einem Ausfall der Betriebsstromquelle und somit der Wechselspannung dadurch vor hoher Strombelastung der bei Wiederkehr der Wechselspannung abgekühlten Entladungslampe 4 gesichert, daß bei einem solchen Ausfall das Ausbleiben des Stromes im Stromzweig des Stellgliedes 2 mittels des Stromfühlers 7 registriert wird und die Zündimpulse in einer Phasenlage mit einem kleinen, aber ausreichenden Sicherheitsabstand von dem hinteren Nulldurchgang der betreffenden Halbperiode der Wechselspannung zugeführt werden. Kehrt die Wechselspannung der Betriebsstromquelle wieder, so werden die Thyristoren des Stellgliedes 2 ebendort vor dem Nulldurchgang gezündet, damit die Entladungslampe nur einen ungefährlichen Kaltstrom mit ungefähr Betriebsnennstromstärke aufnimmt. Nach dem Zünden des Kaltstromes wird mittels des Reglers 6 der Zündwinkel stetig verringert und dabei der Entladungsstrom (Wechselstrom) auf einem Betriebswert konstantgeregelt.The operating circuit is a controller 6 to keep the alternating current in the branch of the constant Thyristor controller assigned to an intended operating value. The controller is assigned a current proportional electrical variable from a current sensor 7 located in the current branch as an actual variable The thyristor control element is the control element of the controller and is controlled by the change the phase position of its ignition pulses ^ controls The ignition or control angle of the actuator 2 is the smallest and is approximately 140 "el. In the time range of the ignition angle the actuator 2 is blocked and the discharge in the high-pressure vapor lamp flows through the resistor 5 maintaining minimum current. Will a current below the full power consumption With constant control, the ignition angle is greater than 140 ° el. Discharge operation is terminated after a failure the operating power source and thus the alternating voltage from the high current load of the Return of the alternating voltage cooled discharge lamp 4 ensured that in the event of such a failure the absence of the current in the branch of the actuator 2 is registered by means of the current sensor 7 and the ignition pulses in a phase position with a small but sufficient safety margin of are fed to the trailing zero crossing of the relevant half cycle of the alternating voltage. Turns the AC voltage of the operating power source again, so the thyristors of the actuator 2 are there ignited before the zero crossing so that the discharge lamp only carries a harmless cold current absorbs approximately the nominal operating current. After the cold current has been ignited, the regulator 6 the ignition angle is steadily reduced and the discharge current (alternating current) at an operating value constant control.

Es hat sich gezeigt, daß sich im stationären Entladungsbetrieb, wenn eine Hochdruckdampflampe lediglich mit Konvektions- oder Selbstkühlung in Luft arbeitet, die Höhe der Betriebsspannung an der HocMnickdampflampe im Gegensatz zur Zwangskühlung mit zunehmender Leistungsaufnahme praktisch konstant bleibt und der Entladestrom mit der Leistungsaufnahme etwa linear zunimmt. It has been shown that in steady-state discharge operation when a high-pressure vapor lamp only works with convection or self-cooling in air, the level of the operating voltage on the High-pressure vapor lamp in contrast to forced cooling remains practically constant with increasing power consumption and the discharge current increases approximately linearly with power consumption.

Es sei hier ergänzend noch bemerkt, daß die Betriebsschaltung nach der Erfindung eine leistungsrationelle Ausnutzung der Ultraviolettlichtemission zur Trocknung von Lacken und Farben, wie z. B. Druckfarben, mit Hochdruckdampflampen einer jeglichen hinsichtlich der Dampf- bzw. Materialfüllung geeigneten Art ermöglicht. Die Verwendung der Erfindung zurIt should also be noted here that the operating circuit according to the invention is an efficient one Utilization of ultraviolet light emission for drying paints and varnishes, such as B. Printing inks, with high pressure vapor lamps of any suitable in terms of vapor or material filling Kind allows. The use of the invention for

<>■» Trocknung von Lacken ist speziell umweltfreundlich, da keine Lösungsmittel im Lack enthalten sind.<> ■ »Drying paints is especially environmentally friendly because there are no solvents in the paint.

1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1, circuit device for operating high pressure vapor lamps, in which the ultraviolet Ijchtemission of the plasma column for drying of Paint and paints applied to a material layer are used, with a thyristor actuator and an AC circuit including a transformer in which a high pressure vapor lamp connected to the secondary winding of the transformer and one for a minimum current to maintain the discharge the high pressure vapor lamp, the thyristor sub-element Bridging current limiting resistor is used, whereby by control the short circuit of the current limiting resistor by means of a controller by changing the Phase position of ignition pulses supplied synchronously with the alternating voltage of an operating power source the alternating current flowing through the thyristor controller is kept constant at an operating value is, characterized in that the failure of the driving AC voltage Operating power source (1) the ignition pulses with a phase position at a minimum distance before the Polarity changes are supplied to the alternating voltage.

2. Circuit device according to claim 1, characterized in that the minimum distance so it is selected that the cold high-pressure vapor lamp (4) draws approximately the nominal operating current of which starting with the alternating current by means of a controller (6) by continuously changing the phase position the ignition pulse is to be regulated to a constant operating value