DE3012869A1 - Leistungsreduzierte schaltung mit lichtstromabsenkung bei hochdruck-gasentladungslampen - Google Patents

Description

• Leistungsreduzierte Schaltung mit Lichtstromabsenkung bei Hochdruck-
• Gasentladungslampen Die Energie-Einsparungsmaßnahmen bei der Beleuchtung haben dazu geführt, daß in der Aussenbeleuchtung in Zeiten geringer Straßenverkehrsfrequenz und auch in bestimmten Bereichen der Innenbeleuchtung eine Absenkung der elektrischen Leistung -die mit einer Verminderung des Lichtstroms verbunden ist- angestrebt wird. Während bei Leuchtstofflampen eine solche Regelung mit verhältnismäßig einfachen Mitteln durch Abschalten von Lampen oder auch durch Dimmen möglich ist, ergeben sich bei 1-lampigen Leuchten für Hochdruck-Gasentladungslampen Schwierigkeiten, weil a) deren physikalische Eigenschaften nicht die Stabilität von Niederdruckgasentladungslampen erreichen und b) die Abschaltmöglichkeit jeder zweiten Lampe bzw. Leuchte aus Gründen mangelnder Beleuchtungsgleichmäßigkeit entfällt. Dies gilt insbesondere bei Außenleuchten.
• Aufgrund dessen wurden bisher im wesentlichen zwei Maßnahmen zur Lichtstrom- bzw. Leistungsabsenkung vorgeschlagen: 1. Von zwei in Reihe mit der Lampe liegenden Induktivitäten wird eine überbrückt, um eine höhere Leistung zu erreichen bzw, die Überbrückung wird aufgehoben (durch Schalter-öffnung), um wieder die niedrigere Leistung zu erhalten) und 2. bei Drosselspulen (Induktivitäten) mit Anzapfungen wird von einer Anzapfung (z.B. für höhere Leistung) auf eine andere Anzapfung (z.B. für niedrigere Leistung) umgeschaltet.
• Zur Vermeidung des Erlöschens der Lampe werden dabei schnell schaltende Relais und evtl. zusätzliche Überbrückungswiderstände verwendet.
• Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Betrieb mit verminderter Leistung die Lampen sehr empfindlich gegen Unterspannung sind. Dies gilt insbeandere bei waagerechter Brennlage. So können Lampen, welche mit Nennleistung erst bei ca. 20% Spannungsabsenkung (von 220 V nach 180 v) erlöschen, schon bei ca. 7% Unterspannung (von 220 V nach 205 V) ausgehen, wenn sie mit verringerter Leistung betrieben werden. Dies hängt mit der dünner und damit instabiler gewordenen Entladungssäule zusammen. Gleichermaßen wird die Stabilität gegenüber mechanischen Erschütterungen (Stöße usw.) bei Minderleistungsbetrieb verringert, wie praktische Versuche gezeigt haben.
• Deshalb wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei Leistungsabsenkung von der vorhandenen Vorschaltung mit voller Leistung auf kapazitive Vorschaltung mit verminderter Leistung umzuschalten. Die bei kapazitivem Betrieb vorhandene höhere Scheitel spannung gleicht bei Minderleistungsbetrieb die sich beim induktiven Volleistungsbetrieb ergebende Entladungsquerschnitt - bedingte Stabilität mehr als aus, so daß auch bei Spannungsabsenkungen während des Betriebes von bis zu 40% (z.B. von 220 V nach 130 v) kein Verlöschen der Lampe eintritt.
• Dabei ist berücksichtigt, daß der bei kapazitivem Minderleistungsbetrieb aufgenommene Strom etwa dem Strom bei kompensiertem Vollleistungsbetrieb (mit induktiver Vorschaltung) entspricht. Dadurch ergeben sich keine unterschiedlichen Leiitungs-Spannungsabfälle.
• Der kapazitive Minderleistungsbetrieb belastet auch nicht das vorwiegend mit ohm'scher und induktiver Last betriebene allgemeine elektrische Netz, zumal es nur bei einlampigen Leuchten sinnvoll ist, eine Leistungsreduzierung einzubauen. Bei zweilampigen Leuchten genügt das Abschalten einer Lampe in jeder Leuchte, um die Leistung zu reduzieren.
• Bild 1 zeigt eines von mehreren Beispielen der erfindungsgemäßen Lösungen. Bei der angezapften Drosselspule L wird durch Schließen des Schalters oder Relaisschalters Rel 1 die angezapfte Wicklung des WiderstandswertesirL1 mit dem in Reihe liegenden Kondensatoren Cl (mit dessen Widerstandswert 1 ) kurzgeschlossen.
• #C1 Im Lampenkreis von Ph nach Mp fließt der (Volleistungs-) Strom. Gleichzeitig parallel-kompensiert C2 den Blindstrow Im kurzgeschlossenen Kreis ¢L1 - 1 ist der Strom praktisch Null. Teilwicklung L1 krcl und Kondensator C1 werden nicht belastet. Würde man C1 überbrücken, so flöße in der Teilwicklung L1 («yLl) ein enorm hoher Strom, der die Drossel L in ganz kurzer Zeit zerstören würde. Die Verhinderung dieser Möglichkeit durch C1 ist ein wesentlicher Teil der erfindungsgemäßen Lösung.
• Erfindungsgemäß ist C1 so ausgelegt, daß 1 das 2- bis 3-fache von von (EYL1 +aAL2) ergibt-je nachdem, welche leistung im Minderleistungsbetrieb gewünscht wird Bei geöffnetem Schalter bzw.
• Relaisschalter Rel 1 ergibt sich dann die induktiv-kapazitive Reihenschaltung mit der gewünschten verminderten Leistung. Das Überbrückungsglied Ül soll mögliche Spannungsstöße von C1 beim Schließen von Rel 1 mildern. Es kann sich auch an anderer Stelle, z.B. parallel zu C1 oder parallel zu L oder auch parallel zur Lampe Lp1 befinden.
• Bild 2 zeigt eine weitere Lösungsvariante des erfindungsgemäßen Prinzips mit angezapfter Drossel L. Hierbei wird der Kondensator C11 (der das Analog zu C1 in Bild 1 darstellt) bei der Umschaltung kurz unterbrochen. Wegen der erhöhten Scheitelspannung des Kondensators ist die Gefahr des Lampenerlöschens beim Herab schalten gering und beim Heraufschalten (au5 Volleistung) durch den auftL2 verringerten Vorwiderstand ebenfalls gering.
• Mit Hilfe von Ül (Uberbrückungskondensator oder dergleichen) oder/ und C 13 kann man hier noch die Umschaltungssicherheit verbessern.
• C12 ist der bei Volleistungsbetrieb wirksam werdende Parallelkondensator, Rel 2 der Relaisschalter.
• In Bild 3 wird eine nicht angezapfte Drossel L3 in Reihe mit dem Kondensator C 21 dargestellt, der erfindungsgemäß überbrückt bzw.
• nicht überbrückt werden kann (durch Rel 3). C 21 ist dabei in der gestrichelten oberen Schalterstellung als Reihenkondensator im Minderleistungsbetrieb und in der durchgezogenen (unteren) Schalterstellung erfindungsgemäß als Parallelkondensator im Volleistungsbetrieb wirksam. Bei Verzicht auf die Umschaltung zur Parallelkompensation kann C 21 auch ohne Unterbrechung des Stromkreises von Voll- auf Minderleistung und umgekehrt geschaltet werden.
• Bild 4 schließlich zeigt die erfindungsgemäße Lösung als Variante mit angezapfter Drossel L 4 und dem Kondensator C4, der durch den Schalter Rel 4 erfindungsgemäß vom (Minderleistungs-)Reihen-Kondensator zum Parallelkondensator bei Volleistungsbetrieb wird. Je nach Leistungsreduzierung und der davon abhängigen Auslegung von C4 wird der Leistungsfaktor cos p im Volleistungsbetrieb 0,75 bis 0,84 induktiv. Das Uberbrückungsglied U4 ist vorzugsweise ein Kondensator, so daß in der Drossel L4 bei Vollbetrieb (+ gestrichelte Schalterstellung) keine zusätzlichen merkbaren Ströme fließen, welche L4 und die Lampe Lp4 belasten und zusätzlichen Stromverbrauch bedeuten.
• Anstelle der in den Bildern 1, 2 und 4 dargestellten angezapften Drosselspulen L und L4 können erfindungsgemäß auch magnetisch getrennte Teilinduktivitäten in Reihe zueinander und in Reihe mit dem Kondensator C1 bzw. C11 bzw. C4 verwendet werden, wobei die eine Teilinduktivität mit dem unmittelbar in Reihe befindlichen Kondensator als Reihen-Einheit überbrückt wird, so daß die Lampe dann nur noch mit der restlichen Teilinduktivität hintereinander liegt und ihren vollen Lichtstrom (entspr. volle Leistung) liefert.
• Weiterhin erfindungsgemäß 2 parallele Induktivitäten verwendet werden, von denen eine im Minderleistungsbetrieb außer Betrieb gesetzt und die andere in Reihe mit einem Kondensator gebracht wird (Bild 5).

Claims (1)

1. Patentansprüche: @ Leistungsreduzierte Schaltung mit Lichtstromabsenkung bei Hochdruck-Gasentladungslampen im Wechselstrom betrieb, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß vom induktiven Volleistungs-keihenbe trieb zwischen Lampe und Vorsclaltung auf einen kapazitiven 'reilleistungsbetrieb umgeschaltet wird, wobei angezapfte Vorschaltgeräte oder nicht angezapfte Vorschaltgeräte oder magnetisch getrennte induktive Teilvorschaltgeräte in Reihen- oder Paralleischaltung verwendet werden.

   Anspruch 2 nach Anspruch 1 d.g.d. bei angezapften Geräten und/oder magnetisch getrennten Teilinduktivitäten das Reihenaggregat aus Kondensator und unmittelbar daran geschalteter Teilinduktivität bei Volleistung überbrückt un bei Teilleistung nicht überbrückt ist.

   Anspruch 3 nach Anspruch 1 d.g.d. wider bei nicht lader raIIeIe angezapften schaltinduktivitäXnin Reihe befindliche Kondensator bei Volleistung überbrückt und bei Teilleisung nicht überbrückt ist.

   Anspruch 4 nach Ansprüchen 1 bis 3 d.g.d. der bei Teilleistunbsbetrieb in Reihe befindliche Kondensator beim Volleistungsbetrieb auf Parallelkompensation zwischen den beiden elektrischen Speise-Adern umgeschaltet wird.

   Anspruch 5 nach den vorhergehenden Ansprüchen d.g.d. der elektrische Blindwiderstand des Reihenkondensators 1 das 2 bis 3-fache des im Teilleistungsbetrieb mit ihm in Reihe befindlichen induktiven Blindwiderstandes qr L beträgt.

   Anspruch 6 nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 5 d.g.d. die Umschaltung mit nichtunterbrochenem Teilleistungsbetrieb erfolgt.

   Anspruch 7 nach den vorhergehenden Ansprüchen d.g.d. die Umschaltung mit im Bereich weniger Millisekunden unterbrochenem Betrieb erfolgt und dabei Überbrückungsglieder, vorzunsweise Kondensatoren, in Reihe mi Keihey- ensator mlt aemNSondensator und der Drosselspule (induktivität) eingesetzt werden.

   Anspruch 8 nach Anspruch 7 d.g.d. gemär Bild 2 der xberbriackungskondensator C 13 parallel zum Reihenkondensator C 11 und in Reihe mit der Induktivität L liegt.

   Anspruch 9 nach Ansprüchen 1 bis 6 d.g.d. die Umschaltung mit unterbrochenem Betrieb ohne Uberbrückungsglieder erfolgt, wenn die Schaltgeräte außergewöhnlich schnell oder/und die Lampen unterbrechungsunempfindlich sind.