DE2816753C2

DE2816753C2 - Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Zündspannungsimpulsen für Nieder- oder Hochdruck-Gasentladungslampen

Info

Publication number: DE2816753C2
Application number: DE2816753A
Authority: DE
Inventors: Alfred Prof. Dr.-Ing. 7830 Emmendingen Walz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-04-18
Filing date: 1978-04-18
Publication date: 1986-01-23
Also published as: GB2019137A; JPS63182499U; JPS54155670A; CH649883A5; GB2019137B; US4247803A; DE2816753A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Zündspannungsimpulsen für Niederoder Hochdruck-Gasentladungslampen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DD-PS 37 123 bekannt

Für den Betrieb von Niederdruck-Leuchtstofflampen haben sich als Kontakt-Schließ- und Unterbrechervorrichtungen mit automatischer Aufeinanderfolge der gewünschten Funktionen sogenannte Glimm-Starter bewährt. Diese Starter vollziehen zugleich die Funktionen der Vorheizung der üblichen »thermionischen« Wendelelektroden, die die für die Zündung der Gasentladung erforderliche Spannungsspitze erheblich verkleinert, so daß diese etwa im Bereich von 400 bis ca. 2000 V liegt.

In der Regel benötigt ein derartiger Starter mehrere Schließ- und Unterbrechungszyklen, die in Zeitabständen von der Größenordnung 1 Sekunde aufeinanderfolgen. Erfolgt die Kontakt-Öffnung zufällig im Bereich eines Strommaximums des etwa sinusförmigen Stromes, so genügt in der Regel eine einzige Unterbrechung, um eine Zündung der Gasentladungslampe zu bewirken. Nach der Zündung setzt der Glimmstarter seine Kontakt-Schließ- und Unterbrechungsfunktion aus, weil die diese Funktion auslösende Glimmentladung bei der Brennspannung der Lampe (ca. 110 V) nicht mehr stattfinden kann. Sie benötigt ca. 180 bis 220 V, d. h. etwa die volle Nenn-Netzspannung.

Bei der bereits genannten Schaltungsanordnung nach der DD-Patentschrift 37 123 ist die Reihenschaltung aus der Reiaiswicklung und dem Kondensator durch einen Glättungskondensatcr überbrückt Nach de»« Anlegen

to an Netzspannung fließt ein Gleichstrom durch die Relaiswicklung, der Relaiskontakt wird geschlossen und die thermionischen Elektroden der Entladungslampe werden vorgeheizt Nachdem der mit der Relaiswicklung in Reihe geschaltete Kondensator aufgeladen ist

\5 wird der Relaiskontakt geöffnet Dabei wird ein Zündimpuls erzeugt Für den Fall, daß dieser Zündimpuls keine Zündung der Entladungslampe bewirkt, ist parallel zu dem Relaiskontakt ein Glimm-Starter vorgesehen, der dann weitere Zündimpulse erzeugt

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Zündspannungsimpulsen der eingangs erläuterten Art dahingehend auszugestalten, daß eine Zündung auch bei Gasentladungslampen mit Elektroden ohne Vorheizung sowie bei niedriger Umgebungstemperatur mit Sicherheit in kurzer Zeit erfolgt

Diese Aufgabe wird mit den Mitteln des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert Dabei zeigt
F i g. 1 eine bekannte Grundschaltung,
F i g. 2 eine fA-Zt-Kennlinie,

Fig.3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig.4 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
F i g. 5 ein noch weiteres AusfCVungsbeispiel,

F i g. 6 und 7 den zeitlichen Verlauf von U und /, und

F i g. 8 einen Ausschnitt aus cirier erfindungsgemäßen Schaltung mit einer Glühwendel-Gasentladungslampe.

In F i g. 1 ist eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Zündspannungsimpulsen dargestellt, bei der an ein Wechselstromnetz 14 eine Gasentladungslampe 3 angeschaltet ist, zu der parallel ein Standardkontaktelement z. B. ein Glimmstarter, vorgesehen ist Andererseits ist zu der Gasentladungslampe 3 eine Induktivität 1, sowie zur Verbesserung der Stabilisierungswirkung eine geeignet bemessene Kapazität 2 in Reihe geschaltet. Durch Resonanzeffekte im Betriebsfall wird ein mehr oder weniger ausgeprägtes Konstantstrom-Verhalten der Kennlinie Ul(Il) erreicht, wobei Ul die Lampenspannung und Il den Lampenstrom darstellt Die Zusammenhänge sind in F i g. 2 dargestellt, wobei mit 5 ein möglicher Betriebspunkt bezeichnet ist

Die erfindungsgemäße Zündschaltungsanordnung zeigt vor allem bei dieser Konstantstrom-Schaltung eine besondere Wirksamkeit und wird daher in Verbindung mit einer solchen Stabilisierungsschaltung im nachfolgenden näher erläutert:

Gemäß F i g. 3 ist eine Schaltungsanordnung nach Fi g. 1 über Schalter 12 und 13 an ein Netz 14 geschaltet. Die Gasentladungslampe 3 weist dabei Kaltstartelektroden (Sinterelektroden) 21,22 auf. Zur Betätigung des Komaktelementes 4 ist eine Relaiswicklung 6 vorgesehen, die über eine Gleichrichterdiode 7 und eine Kapazität 8 über Klemmen 10 und 11 mit dem Netz 14 verbun-

den ist Bei dem Netz 14 handelt es sich dabei um ein Wechselstromnetz. Als Gleichrichterdiode 7 dient vorzugsweiseeine Silizium-Diode.

Die erfindungsgemäße Zündschaltungsanordnung nach F i g. 3 bewirkt gegenüber der Schaltung in F i g. 1 mit Gliinmstarter eine wesentliche Verkürzung des Zeitbedarfs bis zur Zündung der Gasentladungslampe 3 dadurch, daß zwischen Schließung und öffnung des Kontaktes 4 parallel zur Gasentladungslampe 3 bei einer Netzfrequenz /=50 Hz die Zeit 1/(2 · # = 1/100 Sekunde verstreicht Die Wahrscheinlichkeit, daß innerhalb 1 Sekunde die Kontaktöffnung im Bereich eines Strommaximums erfolgt und dadurch eine besonders hohe Spannungsspitze erzeugt, ist daher sehr hoch. In der Regel tritt dieser Fall sogar in Sekundenbruchteilen ein, d. h. es liegt dann der Fall des Sofortstarts vor. Die Spannungsspitzen sind dabei so hoch (einige 1000 V), daß die Zündung auch bei Elektroden ohne Vorheizung (Kaltelektroden) 21, 22, sowie bei niedrigen Umgebungstemperaturen mit Sicherheit erfolgt Diese Eigenschaft der erfindungsgemäßen zündschaltungsanordnung erleichtert damit die V erwendung langlebiger Leuchtstofflampen mit über 20 000 Stunden mittlerer Lebensdauer mit kaltstartbaren Sinterelektroden, die im Betrieb durch einen Betriebsstrom-Brennfleck mit ca. 100O⁰C thermionisch werden und dann ebenso hohe Lichtausbeuten (Lumen/Watt) wie Standard-Heizwendel-Leuchtstofflampen erreichen.

Die erfindungsgemäße Zündschaltungsanordnung in F i g. 3 ist insgesamt mit 15 bezeichnet.

Parallel zur Kapazität 8 ist ein Entladewiderstand 9 geschaltet, der dazu dient, daß die Kapazität 8 innerhalb einer Zeit von der Größenordnung 1 Sekunde entladen wird, damit die Zündschaltung für eine neue Zündfunktion in entladenen Zustand gebracht wird.

Auf die erfindungsgemäße Funktion der Zündschaltungsanordnung 15 haben mehr oder weniger starken Einfluß

a) der Ohm-Wert des Entladewiderstandes 9 parallel zur Kapazität 8,

b) die Bemessung der Wicklung des Relais 6 in bezug auf Ampere-Windungszalil, Induktivität und ohmschen Widerstand,

c) die Anzugs- und Abfallzeit des Relaisankers. Sie soll kleiner als ca. 1/50 Sekunde sein.

Parallel zum Relaiskontakt 4 ist zusätzlich eine kleine Kapazität 16 geschaltet. Diese Kapazität dient im wesentlichen zur Funk-Entstörung, wirkt aber auch zündungsfördernd, bei geeigneter Bemessung (Größenordnung ca. 50—100 pF).

Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gleich aufgebaut wie bei dem Ausführungsbeispiel ncch Fig.3. Anstelle der Induktivität 1 und der Kapazität 2 ist jedoch ein Konstantstrom-Spartransformator 17 vorgesehen, wobei diese Sparschaltung etwa 420 V Leerlauf-Spannung liefert. Zusätzlich ist neben der Streuinduktivität des Konstantstrom-Transformators 17 eine Drossel 20 in Reihenschaltung mit einer Kapazität 19 vorgesehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 ist ein abgewandelter Konstantstromtransformator 18 vorgesehen, der eine LeerUufspannung von 990 V ergibt. Auch hier ist wieder eine Zusatzdrossel 20 in Reihe mit der Gasentladungslampe 3 angeordnet.

Der Konstantstrom-Transformator 17 bzw. 18 dient zur Stabilisierung. Derartige Stabilisierungsschaltungen mit Konstantstrom-Transformatoren sind beispielsweise in der DE-OS 26 42 288 beschrieben. Dabei handelt es sich um Konstantstrom-Transformatoren mit getrennten Primär- und Sekundärwicklungen oder, wie bei dem Beispiel nach Fig.4. um eine Sparschaltung. Die Konstantstromtransformatoren 17 bzw. 18 ergeben eine höhere Sekundär-Leerlaufspannung als 220 V. nämlich, wie vorhin erläutert, beispielsweise 440 bzw. 990 V.

ίο Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Zündschaltung 15 wird anhand der Fig.6 und 7, die den zeitlichen Verlauf der wesentlichen elektrischen Größen darstellen, näher erläutert In F i g. 6 sind die an der Kapazität 8 auftretenden Halbwellen-Betriebsspannungen als Folge der Einweg-Gleichrichtung des Wechselstromes durch die in Reihe zur Kapazität 8 geschalteten Siliziumdiode 7 gezeigt sofern in diesem Ladekreis alle ohmschen und induktiven Widerstände, insbesondere die der Relaiswicklung 6 als vernachlässigbar klein aiigesehen werden und der Entladewio >"stand 9 unendlich groß ist (d. h. nicht existiert). Ein sehr iioher Ladesiromstoß lädt in diesem Fall die Kapazität 8 praktisch sofort auf den Scheitelwert der Netzwechselspannung, nämlich auf Usm^=^2U_efr auf, d. h. bei £/_e/r=220 V auf Ug_mix~3\4 V. Diese Spannung bleibt erhalten, sofern keine Entladung durch 9 stattfindet Bei einer Relaiswicklung 6 mit relativ hohem ohmschen Widerstand und einer geringen Induktivität wird der Ladestrom 1$ so stark verringert, daß sich die Aufladung der Kapazität 8 über mehrere Perioden erstreckt Die Kapazität 8 und die Relaiswicklung 6 sind so aneinander angepaßt, daß diese Aufladung von 8 tatsächlich sich über eine größere Zahl von Perioden der Netzwechselspannung, beispielsweise über 10 bis 20 Perioden, erstreckt

Der in F i g. 7 dargestellte Ladestrom h (d. h. der Strom durch die Reiaiswicklung 6) kann nur so lange fließen, als eine Differenz zwischen Ut(t) und Uama, besteht. Aus den Fig.6 und 7 ist ersichtlich, d^ß sich stromlose Pausen ergeben sowie mit der Zeit an Intensitat abnehmende Stromimpulse im 50 Hz. Unterschreitet das Strommaximum, in F i g. 7, den Haltestrom I$_mm des Relais 6. so fällt der Relaisanker ab und der Kontakt 4 bleibt geöffnet. Durch die Relaiswicklung Vi fließt dann nur noch der sehr kleine Strom, den der Entladewiderstand 9(Größenordnung 1 ΜΩ) verursacht.

Dieser Strom liegt weit unter dem Haltestrom hmin

des Relais 6. Er dient zur Entladung der Kapazität 8 innerhalb einer Zeit von der Größenordnung 1 Sekunde.

Eine erprobte erfindungsgemäße Zündschaltungsan-Ordnung an einem 50-Hz-Wechselstromnetz wurde mit folgendem Ergebnis ermitteh:

Kapazität 8:

4,7 bis 10 μι; 350/3/0 V Nennspannung (Elektrolytkondensator)

Entladewiderstand 9:
lbis2Mn

Relaiswicklung 6;

ca. 400 bis 700 Ω, Ansprechleistung 035 bis 0,45 W mit einem Schließkontakt (ECO 40 904)

Gleichrichterdiode 7:
Typ 1 N 4007,1 A, 1000 V Spitzen-Sperrspannung.

In F i g. 7 ist auf der Zeitachse mit 27 der Zeitpunkt bezeichnet, bei dem der Relaisanker abfällt. Vom Ein-

schaltbeginn bis zum Zeitpunkt 27 pulsiert der Relaisanker, wobei der Kontakt 4 mit einer Netzfrequenz f ~50 Hz den Stromkreis periodisch öffnet und schließt. Ab dem Zeitpunkt 27 ist der Relaisanker abgefallen und der Kontakt 4 bleibt geöffnet.

In Fig.6 ist die Spannungsdifferenz zwischen Utnu* für R₉ - unendlich (Uc-= Ug) schraffiert dargestellt. Dies bedeutet, daß ein Ladestrom mit der Kapazität 8 nur dann fließt, solange die schraffiert angedeutete Spannungsdifferenz zwischen U%_ml, und momentanem Wert Ug(O existiert. Wird l_imm (F i g. 7) unterschritten, bleibt der Relaisanker abgefallen und die Zündimpulse hören auf. Nach Abschalten vom Netz über die Schalter 12, 13 entlädt sich die Kapazität 8 über den Entladewiderstand 9 innerhalb ca. I bis 2 Sekunden, wie vorste- hend erläutert wurde.

In den Fig. 1, 3,4 und 5 sind Gasentladungslampen 3 mit Kalt-Elektroden 21.22 dargestellt. Ein Ausführungsbeispiel mit Gasentladungslampen 3 mit vorheizbaren Wendelelektroden 25 bzw. 26 in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Zündschaltungsanordnung ist in F i g. 8 dargestellt. Hierbei wird während den in F i g. 7 gezeigten Stromflußzeiten zugleich eine Vorheizung der Wendel 25 und 26 erreicht und damit der Zündvorgang beschleunigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

30

40 45

b5

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Zündspannungsimpulsen für Nieder- oder Hochdruck-Gasentladungslampen, die über induktive Stabilisierungsglieder an ein Wechelspannungsnetz angeschlossen sind, durch Schließen und Unterbrechen eines die Lampenelektroden überbrückenden Stromkreises mittels eines Kontaktes eines Relais, dessen Wicklung über eine Gleichrichter-Diode und einen Kondensator in Reihe an das Wechselspannungsnetz angeschlossen ist, wobei der Kondensator und die Relaiswickliuig so aneinander angepaßt sind, daß die Aufladezeit des Kondensators sich über eine Anzahl von Netzperioden erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzugs- und Abfallzeit des Relaisankers kleiner als die Periodendauer des Wechselstromes ist, so daß der Kontakt \4) netzperiodjsch den die Lampenelektroden überbrückenden Stromkreis öffnet und schließt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen parallel zum Kondensator (8) geschalteten Entladewiderstand (9).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zu dem Kontakt (4) des Relais parallel geschalteten Kondensator (16).

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektroden für die Gasentladungslampe (3) Sinterelektroden (21,22) dienen.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Glühelektroden (23,24) für die Gasentladungslampe (3).

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche ! bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichrichterdiode (7) eine Siliziumdiode dient.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem induktiven Stabilisierungsglied (1; 17; 18) ein Kondensator (2; 19) in Reihe geschaltet ist.