DE2904393A1 - Stromrichter zur versorgung von entladungslampen und damit ausgeruesteter projektor - Google Patents

Stromrichter zur versorgung von entladungslampen und damit ausgeruesteter projektor

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DE2904393A1 DE19792904393 DE2904393A DE2904393A1 DE 2904393 A1 DE2904393 A1 DE 2904393A1 DE 19792904393 DE19792904393 DE 19792904393 DE 2904393 A DE2904393 A DE 2904393A DE 2904393 A1 DE2904393 A1 DE 2904393A1
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Description

Stromrichter zur Versorgung von Entladungslampen und damit
ausgerüsteter Projektor
Die Erfindung betrifft einen Stromrichter zur Versorgung von Lampen, in denen Entladungsröhren benutzt werden, undf allgemeiner, von Bogenlampen aus einer Wechsel- oder Gleichspannungsquelle. In dem vorliegenden Text bezeichnet der Begriff "Entladungslampen" solche Lampen.
Außer ihrer häufigen Verwendung bei der städtischen Beleuchtung oder bei der Straßenbeleuchtung finden solche Entladungslampen insbesondere in Theater-, Kino-, Fernseh- oder ähnlichen Projektoren Verwendung, bei denen eine gute Wiedergabetreue der Farben, eine stetige Helligkeit und eine Möglichkeit der Dosierung der Helligkeit Forderungen erster Ordnung sind.
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Zur Erfüllung dieser Forderungen werden bislang noch Projektoren mit Kohlebogenlampen benutzt, die aus einer Gleichspannungsquelle unter Zwischenschaltung eines Vorschaltwiderstandes versorgt werden, welcher außer den energetischen Verlusten, die er hervorruft, alle zusätzlichen Nachteile mit sich bringt, die der Lichtbogen in freier Atmosphäre aufweist (Gasentwicklung, Verschleiß der Kohlen, usw.).
Es werden außerdem Projektoren mit Entladungslampen benutzt, die mit der Wechselspannung des Netzes unter Einschaltung eines Vorschaltgerätes versorgt werden, welches im allgemeinen aus einer Drossel besteht, die in der Lage ist, die überschüssige Energie zu speichern, wenn die Netzspannung größer als die Bogenspannung der Lampe ist, um sie anschließend wieder abzugeben, wenn die Netzspannung niedrig ist oder sogar die umgekehrte Polarität hat.
Es ist aber bekannt, daß die Änderungen der Versorgungsspannung auf den Strom rückwirken, der durch die bislang bekannte Vorschaltdrossel geliefert wird, und den Ursprung für einen Fehler bilden, der als Stroboskopeffekt bezeichnet wird und nicht nur allein im Kino und beim Fernsehen nachteilig ist, sondern allgemeiner bei jeder Beleuchtung von belebten Szenen, wie Sportplätzen, bewegten Fahrzeugen, Werkstätten, in denen sich Maschinen drehen, usw.
Außerdem ist die Vorschaltdrossel schwer und sperrig, denn sie speichert wenig Massen- und Volumenenergie. Es ist außerdem bekannt, daß die Versorgungsschaltungen des oben beschriebenen Typs nicht das Einstellen der Lichtstärke der Entladungslampe gestatten, außer wenn auf die Leistungselemente eingewirkt wird, also durch Einstellen der Versorgungsspannung, durch Umschalten der Windungen der das Vorschaltgerät bildenden Drossel oder durch Einschalten einer zusätzlichen Drossel.
Es ist außerdem unmöglich, die Entladungslampe mit einer Reihenvorschaltdrossel zu zünden, wenn die Effektivspannung des
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Netzes 115 V beträgt, und selbst ein 220-V-Netz ist für gewisse Lampen mit hoher Bogenspannung unzureichend. Wenn die Versorgung einer Entladungslampe absichtlich oder zufällig abgeschaltet wird, ist es außerdem unmöglich, mit einer Reihenvorschaltdrossel das Wiederzünden der Lampe zu erreichen, wenn man diese nicht hat abkühlen lassen. Die Reihenvorschaltdrossel stellt nämlich für die Frequenz der Zündimpulse eine hohe Impedanz dar, die sie im warmen Zustand aufgrund der dielektrischen Durchschlagsf estiglceit der Hochdruckgase unwirksam macht.
Die Erfindung beseitigt diese Nachteile durch die Verwendung eines Stromrichters zur Versorgung von Entladungslampen aus einer gewöhnlichen Spannungsquelle, der vor allem dadurch gekennzeichnet ist, daß er ein System zur Verteilung eines eingeprägten Stroms enthält, das aus einer Zerhackerschaltung besteht, deren Eingang mit der Spannungsquelle und deren Ausgang mit der Entladungslampe über einen Kommutierungskreis, der das Versorgen der Lampe mit einer Spannung abwechselnder Polarität gestattet, verbunden ist.
Aufgrund dieser Anordnung kann in weiter unten noch näher beschriebener Weise das ausgesandte Licht im Verhältnis der Versorgung mit geregeltem Strom gesteuert werden.
Außerdem wird die schwere Vorschaltdrossel beseitigt, da die Energie in kapazitiver Form gespeichert wird. Aufgrund dieser Tatsache sind die aufgenommene Leistung und das durch die Lampe ausgesandte Licht von der Frequenz und - in einem großen Bereich - von der Netzspannung unabhängig. Die Versorgung aus einem Gleichspannungsnetz ist ebenfalls möglich.
Schließlich kann aufgrund des Kommutierungskreises die Polarität an den Elektroden der Lampen mit einer Frequenz umgekehrt werden, die größer ist als die des Netzes, wodurch die Szintillations- und Stroboslcopeffekte verringert werden.
Vorzugsweise enthält die Zerhackerschaltung einen Zerhackungs-
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transistor, der durch ein Stromregelsystem gesteuert wird. Der Informationsabgriff erfolgt durch einen Strommeßfühler, beispielsweise einen Meßshunt, der in Reihe angeordnet ist und dem ein Verstärker nachgeschaltet ist, dessen Ausgang einen der Eingänge eines Fehlerverstärkers ansteuert, dessen zweiter Eingang den Sollwert empfängt. Es ist leicht einzusehen, daß es -aufgrund dieser Anordnung möglich ist, die Helligkeit der Lampe durch Dosieren des Sollwertes des Stromgenerators einzustellen.
Die am Eingang angeordnete Gleichrichterschaltung besitzt vorzugsweise zwei Filterkondensatoren, die über einen 110/ 220-V-Umschalter angeschlossen werden, welcher den Betrieb der Lampe sowohl mit 110V Wechselspannung als auch mit V Wechselspannung oder mit 230 V Gleichspannung gestattet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Eingang der Zerhackerschaltung mit einer Quelle niedriger Gleichspannung, beispielsweise einer Akkumulatorenbatterie mit geringer Anzahl von Elementen, verbunden, wobei die Zerhackerschaltung eine Spannungserhöhungsschaltung ist.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild eines Stromrichters nach
der Erfindung zur Versorgung von Entladungsröhren ,
Fig. 2 ein Schaltbild einer abgewandelten Aus
führungsform des Stromrichters von Fig. 1,
Fig. 3 schematisch im Schnitt auf der Linie
HI-III von Fig. 4 einen der möglichen Anwendungsfälle eines Stromrichters nach der Erfindung in einem Projektor
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mit einer Entladungslampe und
Fig. 4 eine Teilschnittansicht des Projektors
auf der Linie IV-IV von Fig. 3.
Der in Fig. 1 dargestellte Stromrichter enthält eine Zerhaclcerschaltung, die mit der Wechsel- oder Gleichspannungsquelle über eine Gleichrichterbrüclce D6, D7, D8, D9, zwei FiIterkondensatoren C1 und C2, einen in Reihe angeordneten Strombegrenzungsthermistor Th und einen 11o/220-V-Umschalter I verbunden ist.
Die Zerhaclcerschaltung enthält einen Zerhackungstransistor T5 des NPW-Typs, dessen Emitter mit dem Minuspol der Gleichrichterbrüclce und dessen Kollektor mit der Anode einer Stromrückgewinnungsdiode D5 verbunden ist, während die Katode dieser Diode mit dem Pluspol der Gleichrichterbrüclce verbunden ist.
Die Zerhaclcerschaltung enthält außerdem eine Glättungsdrossel S in Reihe und einen Speicherkondensator C parallel. Der Zerhackungstransistor T5 ist als Stromregler geschaltet, für den die Information über einen Reihenshunt R6 abgegriffen wird. Diese Information wird anschließend in einem Verstärker A1 bis zu der Höhe verstärkt, die für den Vergleich in einem Fehlerverstärker A2 erforderlich ist, dessen zweites Eingangssignal I der Sollwert des Stromgenerators ist. Dieser Sollwert ist örtlich oder aus der Ferne dosierbarf um das Einstellen der Helligkeit zu gestatten.
Entsprechend der üblichen Technik, die in den Zerhackerverstärkern angewandt wird, wird das Resultat der Subtraktion zwischen dem Sollwertsignal I und dem von dem Shunt R6 abgegebenen und danach verstärkten Signal in ein Ein/Aus—Signal mit veränderlichem Tastverhältnis umgewandelt. Beispielsweise ergibt eine etwaige Erhöhung des Sollwertsignals I eine Erhöhung dieses TastVerhältnisses, durch die die Dauer des leitenden Zustandes des Zerhackungstransistors T5 verlängert
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wird; um den von der Lampe verlangten zusätzlichen Verbrauch zu decken.
Die Ausgänge des Verstärkers A2, der auch als Tastverhältnissteuermodulator bezeichnet wird, sind mit der Basis bzw. mit dem Emitter des Zerhackungstransistors T5 verbunden.
Der Ausgang dieser Schaltung zur Verteilung eines eingeprägten Stroms ist mit der Entladungslampe L über einen Kommutierungskreis verbunden, welcher zwei Paar NPN-Transistoren T1 , T2 und T3, T4 enthält, denen jeweils eine Diode D1, D2, D3 bzw. D4 parallel geschaltet ist. Die Sperrung der Transistoren und folglich die Umkehrung der Polarität der Lampe wird durch einen Signalgenerator G mit galvanischer Trennung gesteuert, der jeden Transistor zwischen Basis und Emitter ansteuert. Widerstände R1 , R2, R3 und R4 sind jeweils zwischen die Basis und den Emitter des entsprechenden Transistors geschaltet.
Selbstverständlich kann jede Gruppe aus Transistor, Diode und Widerstand eine im Handel erhältliche integrierte Schaltung sein.
Die Arbeitsweise aller Schaltungen, die den Stromrichter nach der Erfindung bilden, ist herkömmlich und wird deshalb hier nicht ausführlich erläutert.
Es sei einfach angegeben, daß der Tastverhältnissteuermodulator A2 den Zerhackungstransistor T5 mit Rechtecksignalen hoher Frequenz, beispielsweise 25 kHz, ansteuert und die Umschaltschnelligkeit, die dieser Transistor gestattet, ausnutzt, um die Energie zu verringern, die die Glättungsdros— sei S speichern muß. Zur Verringerung der Verluste erzeugt der Verstärker ein Rechtecksignal, welches entweder das völlige Leiten des Transistors oder seine Abschaltung bewirkt, wobei letztere durch das Anlegen einer negativen Polarität an die Basis erfolgt, um die Schnelligkeit seiner Sperrung zu begünstigen. Das Tastverhältnis des Rechtecksignals wird
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also auf diese Weise in Abhängigkeit von dem Wert der Spannung, den die Lampe für ihren Betrieb benötigt, automatisch dosiert:
- unmittelbar vor der Zündung verhält sich der Stromrichter, da die Stärke des wirklich verbrauchten Stroms null ist, wie ein Hochspannungsgenerator mit kleinem Innenwiderstand; das Tastverhältnis ist dann auf einen Wert festgelegt, der durch die eingeprägte maximale Sollspannung bestimmt wird;
- im Zeitpunkt des Zündens werden die durch den Starter A gelieferten Hochspannungsimpulse zu der Lampe L geleitet, ohne beim Passieren des Ausganges des Stromrichters auf ein Hindernis zu treffen; sie werden selbst durch die zusätzliche Spannung verstärkt, die dieser liefert;
- nachdem der Bogen gezündet worden ist, paßt sich das Tastverhältnis von selbst den Schwankungen der Bogenspannung in Abhängigkeit von der Temperatur an, um den Ausgangsstrom praktisch gleich dem Sollstrom zu halten;
- im Fall des gewollten oder ungewollten Erlöschens der Entladungslampe ist das Wiederzünden augenblicklich möglich, da der Stromrichter wieder vom Betrieb mit eingeprägtem Strom auf Betrieb mit eingeprägter Spannung übergeht.
Der Schutz vor Überladungen bei dem AnspannungIegen erfolgt einerseits durch den Thermistor Th, der den .Ladungsüberstrom der Fxlterlcondensatoren C1 und C2 verringert, und andererseits durch eine Startfolge, die den Anstieg des den Zerhacloungstransistor T5 steuernden Tastverhältnisres so dosiert, daß der Kondensator C allmählich geladen wird.
In einer Variante der Erfindung, die in Fig. 2 gezeigt ist, enthält das Zerhackersystem, das am Eingang angeordnet ist, den Transistor T5, die Diode D5 und die Glättungsdrossel S in einer anderen Schaltungsanordnung, aufgrund welcher die Quellenspannung erhöht statt gesenkt werden kann. Diese Schal-
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tungsanordnung gestattet, mit einer Akkumulatorenbatterie mit kleiner Anzahl von Elementen zu arbeiten.
Daraus folgt schließlich, daß der Stromrichter nach der Erfindung:
- gestattet, die Lichtstärke entsprechend dem Sollwert I , der auf den Verstärker A2 einwirkt, zu dosieren;
- die Szintillations- und Stroboskopeffelcte aufgrund der Tatsache unterdrückt, daß hohe Kommutierungsfrequenzen und Rechteckstromschwingungen benutzt werden;
- keine schwere und sperrige Drossel enthält;
- das augenblickliche Wiederzünden der kalten oder heißen Lampe infolge des niedrigen Innenwiderstandes gestattet, den sein Ausgang im Fall einer sehr niedrigen abgegebenen Leistung darbietet;
- an Verteilungsnetze aller technischen Frequenzen sowie an Gleichspannungsquellen anpaßbar ist, selbst wenn die verteilte Spannung kleiner als die Bogenspannung ist.
Der Stromrichter, der vorstehend beschrieben worden ist, kann an jede Art von Bogenlampen angepaßt werden und wird insbesondere bei einem Projektor mit Entladungslampe benutzt, um einen Projektor mit integriertem Stromrichter zu schaffen. Dieser Anwendungsfall ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt.
Dieser Projektor enthält eine optische Kammer 1, die an ihrer Vorderseite eine Fresnel-Linse 2, auf ihrer Rückseite einen sphärischen Spiegel 3 und in ihrem Inneren eine Entladungslampe 4 aufweist, deren Position mit Hilfe eines bevreglichen Teils 5 eingestellt werden kann, welches auf Führungen 6 gelagert ist und durch eine mit einem gerändelten Betätigungsknopf 8 verbundene Fokussierungsschraube 7 positioniert wird.
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Der Sockel 9 des Projektors trägt die Zündeinrichtung 11 und den Stromrichter 12. Der Stromrichter 12 wird über einen Leiter 13 versorgt und ist mit dem Block 11 verbunden, der seinerseits mit der Entladungslampe 4 elektrisch verbunden ist.
Gemäß dem vorgesehenen Verwendungszweck ist eine Wärmeschutzwand 14 zwischen der Lampe 4 und dem Sockel 9 angeordnet. Die Wand 14 besteht beispielsweise aus Asbest oder aus einem gut wärmebeständigen Material, wie gepreßten Glasfasern, wobei die beiden Flächen dieser Platte metallisiert sind, beispielsweise durch eine Aluminiumschicht, um die übertragung des von der Lampe 4 ausgehenden Wärmeflusses zu dem Stromrichter 12 zu verhindern. Außerdem sind die Wände der die Unteranordnungen 11 und 12 enthaltenden Kammer 15 mit Lufteinlaßöffnungen 16 an den Vorder- und Rückseiten, im unteren Teil derselben versehen und weitere Lufteinlaßöffnungen 17 sind an den Längsseiten im oberen Teil derselben vorgesehen. Es kann sich deshalb in der unteren Kammer 15 durch natürliche Konvektion ein Kühlluftstrom ausbilden, der die Unteranordnungen 11 und 12 überstreicht und außerdem die Wärmeschutzwand 14 kühlt. Selbstverständlich ist die optische Kammer 1 ebenfalls mit einer Vorrichtung zur Kühlung durch Konvektion versehen, die Lufteinlaßöffnungen 18, 19, 20 in ansich bekannter Anordnung aufweist.
Die untere Kammer 15 enthält außerdem einen Potentiometerblock 21 , der durch einen Knopf 22 betätigt wird, mittels welchem das Sollwertsignal I , das die Lichtstärke der Lampe 4 bestimmt, wie es mit Bezug auf Fig. 3 dargelegt worden ist, manuell eingestellt werden kann.
Das Sollwertsignal I kann außerdem aus der Ferne mit Hilfe einer SpezialVerbindung erzeugt werden, die dem Leiter 13 hinzugefügt sein kann oder nicht. In diesem Fall ist der Potentiometerblock 21 außer Betrieb, da die Dosierung der Helligkeit von einem zentralen Steuerpult aus erfolgt.
Aufgrund des Konvektionssystems, das für die elektronischen
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Stufen und für die Wärmesehutζwand 14 vorgesehen ist, ist es möglich, einen Projektor zu schaffen, in welchem sämtliche elektrischen Einrichtungen für die Versorgung der Entladungslampe und gegebenenfalls für das Einstellen ihrer Lichtstärke im Projektorkörper integriert sind.
Der vorstehend beschriebene Stromrichter zur Versorgung von Entladungslampen und, allgemeiner, von Bogenlampen gestattet das Wiederzünden im warmen Zustand, beseitigt den Stroboskopeffekt, ist für Spannungs- und Frequenzänderungen des Netzes unempfindlich, bietet ein geringeres Volumen und ein geringeres Gewicht als die herkömmliche Vorschaltdrossel und eignet sich zur Dosierung der Lichtstärke.
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Claims (7)

  1. Patentansprüche :
    Stromrichter zur Versorgung von Entladungslampen und, allgemeiner, von Bogenlampen aus einer Spannungsquelle, gekennzeichnet durch ein System zur Verteilung eines eingeprägten Stroms, das aus einer Zerhackerschaltung besteht, deren Eingang mit einer Wechselspannungsquelle über eine Stromgleichrichterschaltung und deren Ausgang mit der Entladungslampe über einen Kommutierungskreis, der das Versorgen der Lampe mit abwechselnder Polarität gestattet, verbunden ist.
  2. 2. Stromrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerhackerschaltung außerdem einen Zerhackungstransistor, der als Stromregler geschaltet ist, dessen Information über einen Reihenmeßshunt abgegriffen wird, und einen Signalverstärker enthält, dessen Ausgang mit einem der Eingänge eines Fehlerverstärkers verbunden ist, dessen zweites Eingangssig-
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    nal der Sollwert des Stromgenerators Ist.
  3. 3- Stromrichter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Gleichrichterschaltung mit dem Eingang der Zerhackerschaltung über zwei Glättungskondensatoren und über einen 110/220-V-Umschalter verbunden ist, der außerdem das Arbeiten an einem 220-V-Gleichspannungsnetz gestattet.
  4. 4- Stromrichter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Zerhackerschaltung mit einer Quelle niedriger Gleichspannung, beispielsweise einer Akkumulatorenbatterie mit kleiner Anzahl von Elementen, verbunden ist, wobei die Zerhackerschaltung eine Spannungserhöhungsschaltung ist.
  5. 5· Projektor mit einstellbarer Lichtstärke und mit einem Stromrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter in einer Kammer angeordnet ist, die Teil des Projektorkörpers ist.
  6. 6. Projektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stromrichter enthaltende Kammer unterhalb der optischen Kammer des Projektors angeordnet ist und von derselben durch einen Wärmeschutzschirm getrennt ist.
  7. 7. Projektor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Konvektionskühlvorrichtungen in der den Stromrichter enthaltenden Kammer vorgesehen sind.
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DE19792904393 1978-02-07 1979-02-06 Stromrichter zur versorgung von entladungslampen und damit ausgeruesteter projektor Withdrawn DE2904393A1 (de)

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