DE3101568C2

DE3101568C2 - Schaltungsanordnung zum Betrieb von Niederdruckentladungslampen mit einstellbarem Lichtstrom

Info

Publication number: DE3101568C2
Application number: DE3101568A
Authority: DE
Inventors: Reiner 5030 Hürth Schäfer; Gerhard Prof. Dipl.-Phys. 5040 Brühl-Heide Wollank
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-01-20
Filing date: 1981-01-20
Publication date: 1986-01-09
Also published as: EP0056642A1; FI73114C; EP0056642B1; JPS57151199A; ATE31236T1; FI820146L; US4398128A; DE3101568A1; FI73114B; DE3277796D1

Abstract

Das Vorschaltgerät wird mit Gleichspannung (1) gespeist und gibt eine Wechselspannung mit konstanter Amplitude und variabler Frequenz ab. Es enthält einen Wechselrichter mit Leistungshalbleiterbauelementen (8, 9) und zugehöriger Ansteuerschaltung (11, 12, 13, 14). Am Ausgang (A, B) des Vorschaltgerätes werden die Leuchtstofflampen (2) über einen Kondensator (3) und eine erste Drossel (4) geschaltet; parallel zur Leuchtstofflampe (2) wird eine zweite Drossel (6) geschaltet. Die Ausgangsfrequenz des Vorschaltgerätes und die Werte des Kondensators (3) und der beiden Drosseln (4, 6) sind so aufeinander abgestimmt, daß vor dem Zünden der Leuchtstofflampen (2) bei niedriger Frequenz etwa der vorgeschriebene Heizstrom durch die Heizwendeln (5, 7) fließt, daß nach dem Zünden der Leuchtstofflampen (2) bei steigender Frequenz bis zum Erreichen von etwa 40% des Lichtstroms der Heizstrom sich nur unwesentlich verringert und daß bei weiter steigender Frequenz bis zum Erreichen des Nenn-Lichtstroms sich der Heizstrom stetig auf weniger als 25% seines Anfangswertes verringert.

Description

dadurch gekennzeichnet,

— daß die Reihenschaltung aus dem Kondensator 2s (3), der ersten Drosselspule (4) und der Entladungslampe (2) einerseits an den Verbindungspunkt (A) der beiden Thyristoren (8,9) und andererseits an die Gleichspannungsquelle (1; 29—34) angeschlossen ist,

— daß die Steuerschaltung (11 —28) nach dem Einschalten der Anordnung die Thyristoren (8, 9) mit konstanter Frequenz ansteuert, bis die heizbaren Lampenelektroden (5, 7) ihre vorgeschriebene Temperatur erreichen, und dann die Frequenz stetig bis zu einem einstellbaren Wert vergrößert, wobei mit der Frequenz der Lichtstrom steigt bis der gewünschte Lichtstrom erreicht ist, und

— daß die beiden Drosselspulen (4, 6) und der Kondensator (3) so dimensioniert sind, daß vor dem Zünden der Entladungslampe (2) etwa der vorgeschriebene Heizstrom durch die heizbaren Elektroden (5,7) fließt und mit der Vergrößerung des Lichtstroms der Heizstrom sich verringen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Reihenschaltung zweier Lampen die zweite Drosselspule (6) zwei Wicklungen besitzt, wobei die eine Wicklung (6a) parallel zur Entladungsstrecke einer e-sten Lampe (2a) und die andere Wicklung (6b)parallel zur Entladungsstrecke einer zweiten Lampe (2b) geschaltet iiind oder die zweite Drosselspule (6) durch zwei Drosselspulen (6a) und (etyersetzt ist (F i g. 2).

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drosselspule (4) zwei getrennte Wicklungen besitzt und die Lampe (2) zwischen die beiden Wicklungen (4a,) und (Ab) geschaltet ist, oder die Drosselspule (4) durch zwei Drosselspulen (4a) und (Ab) ersetzt ist (F i g. 3).

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (Il bis 28) einen Generator für Rechteckspannungen (21 bis 23) aufweist und daß die Frequenz der Rechteckspannung (10) von einer Spannung (24) am Eingang des Generators (21 bis

23) abhängt, und daß diese Eingangsspannung (24) von einem Anfangswert ausgehend dadurch erhöht wird, daß die Ausgangsspannung eines als Integrator geschalteten Operationsverstärkers (20) nach Überschreiten einer durch eine Zener-Diode (25) bestimmten Bezugsspannung, zum Anfangswert addiert wird, derart, daß sie bis zu einem durch ein Potentiometer (27) eingestellten Wert stetig -insteigt und dann konstant bleibt (F i g. 6).

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (11 bis 28) als Beleuchtungsstärkerregler mit einer Foiodiode (28) a!s Istwert-Geber und dem Potentiometer (27) als Sollwert-Geber arbeitet

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Generator (21 bis 23) abgegebene Rechteckspannung (10) mit ihrem durch Gleichrichterdioden getrennten positiven Spannungsteil über einen Widerstand (11) einen Kondensator (12) auflädt und einen nachgeschalteten Unijunktiontransistor (13) oder einen anderen gleich wirkenden Halbleiterschalter durchschaltet und über einen Zündtransformator (10) einen Steuerstrom für den ersten (8) der beiden Thyristoren (8, 9) liefert und der negative Spannungsteil der vom Generator (21 bis 23) abgegebenen Rechteckspannung (10) in gleicher Weise den Steuerstrom für den zweiten Thyristor (9) liefert (Fig.l).

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselspulen (4, 6) zusammen mit den Thyristoren (8,9) und der Steuerschaltung (11 bis 28) in einem auf Leuchtenmaß abgestimmten länglichen Gehäuse (15) untergebracht und vorzugsweise vergossen sind, wobei an einer ersten Klemmleiste (16) die Gleichspannungsquelle (1) und £>ne zur Lichtsteuerung nötige Steuerspannung (10) und an einer zweiten Klemmleiste (17) Anschlüsse für eine oder mehrere Entladungslampen (2) angebracht sind.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannungsquelle (29 bis 34) mit einer Brükkenschaltung aus Gleichrichtern (34) und Ladekondensatoren (33a, 33b, 33c) an deren Eingang das Netz (L i, L2,L3) liegt und an deren Ausgang Thyristoren (32a, 32b) mit zwei weiteren Kondensatoren (29,30) angeschlossen sind und die Thyristoren (32a, 32b) mit in die Brückenzweige der Gleichrichterbrücke (34) eingefügten weiteren Thyristoren durch einen Spannungsregler wechselseitig einschalten und die Kondensatoren (29,30) derart umladen, daß die Spannung auf den gewünschten Wert geregelt wird (F i g. 7).

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Vorschaltgeräte für Niederdruckcnthidungslampcn, z. B. für Leuchtstofflampen, müssen den Lampcnstrom begrenzen, bei der Erzeugung der Zündspannung mitwirken und beim Stellen des Lichtstromes der Lampen die Elektroden zusätzlich heizen, wenn man die Lampen mit weniger als etwa 80% des Nennlichtstromes bc-

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treibt. Bei kleinen Lichtströmen dürfen die Lampen nicht flackern. Ein Stellen soll keine zusätzlichen Funkstörungen verursachen.

Für Beleuchtungsanlagen mit Leuchtstoffröhren verwendet man nach wie vor auf 50 Hz bezogene Eisendrosseln, die Kompensationskondensatoren erforderlich machen. Zum Stellen des Lichtstromes verwendet man Phasenanschnittsteller, die spezielle Leuchtstofflampen und Zürdhilfen sowie zusätzliche Heiztransformatoren neben der Drossel zum vorschriftsmäßigen Betrieb benötigen. Wegen der geringen Heizspannung müssen jedoch mit speziellen Fassungen die 4 Kontaktstifte der Lampe mit Schraubverbindungen kontaktsicher gemacht werden, was das Auswechseln der Lampen sehr erschwert Die normale Drossel weist eine Verlustleistung von etwa 10 Watt auf, was man gegenüber der Lampenleistung von 65 Watt nicht vertreten kann. Zusätzlich kommt die Verlustleistung der immer eingeschalteten Heizung, die bei Betrieb mit Nennleistung unnötig ist. Leuchtstofflampen für Stellbetrieb sind fast doppelt so teuer wie normale Lampen. Zündhilfen mit Netzen verringern den Lichtstrom und sind Staubfänger. Die neuen, wirtschaftlichen Leuchtstofflarapen mit kleinerem Rohrdurchmesser lassen sich wegen der größeren Spannungen mit Phasenanschnittstellern nur sehr schlecht betreiben. Bei Verwendung von Phasenanschnittstellern kann man den Blindstrom nicht an jeder einzelnen Leuchte kompensieren, was dickere Zuleitungen zur Folge hat, und man muß eine relativ aufwendige Funkentstörung anwenden.

Aus der US-PS 36 11 021 ist eine Regelschaltung für Gasentladungslampen mit einem Frequenzwandler variabler Frequenz bekannt Diese besitzt einen Streufeldtransformator, dessen Streuinduktivität mit einer ersten Kapazität auf eine Oberwelle der Wandierfrequenz abgestimmt ist, um die Zündspannung zu erzeugen und mit einer zweiten Kapazität eine Serienresonanz nahe der Wandlergrundfrequenz bildet Die Regelung des Lichtstroms erfolgt mit Hilfe eines Lichtfühlers durch Änderung der Frequenz. Der Streufeldtransformator ist mit vier getrennten Wicklungen aufwendig zu fertigen und erzeugt relativ hohe Verluste. Es wird mit eigenen Heizwicklungen gearbeitet, die an die Heizspannung der jeweiligen Leuchtstofflampe angepaßt sein müssen. Wegen der relativ kleinen Heizspannung von 4 oder 8 Volt, müssen bei Stellbetrieb spezielle Lanipenfassungen für kleine Übergangswiderstände sorgen. Bei Lampennennleistung fließt ein unnötig hoher Heizstrom, während bei stark herabgeregeltem Lichtstrom der Heizstrom zu niedrig werden kann. Die Lage des Arbeitspunktes der Leuchtstofflampe in der Nähe der Resonanzfrequenz macht die Schaltung äußerst anfällig gegenüber Toleranzen der Bauelemente.

Eine weitere mit variabler Frequenz arbeitende Schaltung ist aus der US-PS 37 10 177 bekannt Auch hier wird bei Resonanz oder in der Nähe des Resonanzpunktes gearbeitet, um die zum Zünden der Entladungslampe erforderliche verstärkte Heizung zu erreichen. Der Resonanzkreis wird durch die Reihenschaltung einer Induktivität und einer Kapazität gebildet, wobei die Induktivität mit der Entladungsstrecke der Entladungslampe in Reihe liegt, während die beiden Enden der heizbaren Elektroden durch den Kondensator derart verbunden sind, daß dieser zur Entladungsstrecke der Entladungslampe parallel liegt. Durch ihr Resonanzverhalten ist die Schaltung wiederum empfindlich gegen Bauteiltüleranzen, insbesondere besteht die Gefahr von elektrodenschädigenden Kaltstarts. Im übrigen eignet sich die Schaltung nicht zur Lichtstrom-Steuerung.

Die Methode der Resonanzüberhöhung zur Erleichterung der Zündung von Entladungslampen wird auch bei einer aus der DE-PS 9 59 035 bekannten Schaltung angewendet Die mit Hilfe verschiedener LC-Kombinationen aufgebauten Resonanzkreise beinhalten u. a. auch die Serienschaltung einer ersten Induktivität, einer ersten beheizten Elektrode, einer zweiten Induktivität und einer zweiten beheizten Elektrode derselben Entladungslampe. Die zweite Induktivität liegt somit parallel zur Entladungsstrecke der Entladungslampe. Durch geeignete Bemessung der Bauteile wird erreicht daß nach erfolgter Zündung der Entladungslampe nur noch ein relativ geringer Strom durch die parallel liegende zweite Induktivität fließt Diese auf Netzfrequenz abgestimmte LC-Beschaltung der Entladungslampe ist zur Lichtregelung weder vorgesehen noch, geeignet

Schließlich ist aus der US-PS 42 07 497 noch eine Schaltung zur Lichtsteuerung bekannt, bei der die LC-Beschallung der Entladungslampe in >*Tem Aufbau der aus der DE-PS 9 59 035 bekannten Reihenschaltung entspricht In beiden Fällen wird jedoch mit einer konstanten Frequenz gearbeitet, so daß die Lichtsteuerung nach der US-PS 42 07 497 durch Änderung der apannungsamplitude erzielt wird. Bei konstanter Frequenz sind Larnpenstrom und Heizstrom direkt miteinander gekoppelt so daß bei Verringerung des Lampenstroms zum Zwecke der Helligkeitsreduzierung auch der Heizstrom zurückgeht während eigentlich das Gegenteil richtig wäre. Ferner sinkt bei einer Helligkeitsreduzierung die Lampenspannung, während gerade bei einer Helligkeitsreduzierung eine möglichst hohe Lampenspannung richtig wäre, um eine einwandfreie Zündung der Gasstrecke zu garantieren. Wohl nicht zuletzt aus diesen Gründen läßt sich nach den Angaben in der US-PS 42 07 497 die Helligkeit nur um etwa 50% reduzieren. Nachteilig ist weiterhin, daß die Entladungslampe über einen Transformator durch einen Wechselrichter gespeist wird. Der Transformator ist nicht nur teuer, sondern verursacht auch entsprechende Verluste.

Ausgehend von der US-PS 42 07 497 ist es Aufgabe der Erfindung bei Niederdruckentladungslampen mit einstellbarem Lichtstrom die Verlustleistung im Bereich des Nennlichtstroms wesentlich zu verringern, gleichzeitig spezielle Lampen überflüssig zu machen, sowie das Regeln des Lichtstromes ohne Flackern bis zu einem sehr geringen Bruchteil des Nennlichtstromes zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.

DunMi die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gelingt es, ein Stellen, bzw. Regeln des Lichtstromes und damit auch der Be!?uchtungsstärke ohne flackern b's unter 1% des Nennlichtstromes zu erzielen. Der einfache Schaltungsaufbau mit handelsüblichen Bauelementen, die wegen der hohen Frequenz klein dimensioniert werden können, tiinöglicht den Aufbau eines Vorschaltgerätej, das an die Maße der Leuchten angepaßt ist. Weder zur cos^-Kompensation noch zur Funkentstörung sind zusätzliche Bauteile erforderlich. An den Lampenelektroden liegen relativ hohe Spannungen, so daß besondere Fassungen mit festschraubbaren Kon-

Ί5 takten nicht benötigt werden. Die Verlustleistung der Schaltungsanordnung wird erheblich gesenkt, da weder mit einem Heiztransfofmator noch mit einer Grundlast gearbeitet wird.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung mit an einer Gleichspannungsquelle angeschlossenen Thyristoren und zwei Entladungslampen mit LC-Beschaltung,

F i g. 2 eine Schaltungsanordnung mit zwei in Reihe liegenden Entladungslampen,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung entsprechend F i g. 1 mit einer geteilten ersten Drossel zur Vermeidung von Funkstörungen,

Fig.4 die Außenansicht eines Vorschaltgerätes mit der erfindungsgemäßen Schaltung für vier Lampen,

F i g. 5 wie F i g. 4, jedoch mit 2 Lampen,

F i g. 6 eine Steuerschaltung zum Steuern der Thyristoren mit variabler Frequenz zum Regeln der Beleuchtungsstärke,

Pi β 7 Hi*» ^/*haltiincrc£!nr»rHntinu

Gleichrichters mit Schwingkreissteller zur Erzeugung und Regelung der Gleichspannung,

F i g. 8 Diagramme der Effektivwerte von Strömen in Abhängigkeit vom Lichtstrom der Entladungslampe,

F i g. S Diagramme jeweils der Spannung, des Gleichstroms, der Frequenz und der Leistung in Abhängigkeit vom Lichtstrom der Entladungslampe.

Wie in F i g. 1 dargestellt, sorgen zwei rückwärtsleitende Thyristoren 8 und 9 oder eine entsprechende Parallelschaltung jeweils eines Thyristors und einer Diode dafür, daß ein Kondensator 3 mit einer stellbaren Frequenz 10 ständig umgeladen wird. Dabei sind die Werte von Kondensator 3, Drossel 4 und Drossel 6 derart an die Frequenz 10 angepaßt, daß vor dem Zünden der Lampe 2 etwa der vorgeschriebene Heizstrom durch die heizbaren Elektroden 5 und 7 fließt Bei 10% des Nennlichtstromes verringert sich der Heizstrom unwesentlich und bei stetiger Vergrößerung des Lichtstromes auf seinen Nennwert verringert sich der Heizstrom stetig auf weniger als 25<Vo seines Anfangswertes. Hierzu wird beim Einschalten der Lampe 2, vor dem Zünden, bis die heizbaren Elektroden ihre vorgeschriebene Temperatur erreichen, die Frequenz 10 auf einem konstanten Wert gehalten und anschließend vergrößert bis der gewünschte oder der Nennlichtstrom erreicht ist

Wenn man für den Betrieb mit Nennlichtstrom eine Frequenz von mehr als 10 kHz wählt, kann man für den Kondensator 3 und die Drosseln 4 und 6 relativ kleine Werte wählen. Dadurch erhalten die Drosseln sehr kleine Verluste, weil der ohmsche Widerstand der Wicklungen vernachlässigbar klein gehalten werden kann. Auch die Verluste des Kondensators 3 kann man bei geeignetem Dielektrikum sehr klein halten. Die Thyristoren 8 und 9 arbeiten als Schwingkreisumrichter, so daß geringere Verluste auftreten als bei einer Schaltung mit Zwangskommutierung und Probleme mit de; Funkentstörung entfallen. Die gesamten Verluste des Vorschaltgerätes nach dieser Erfindung sind mit weniger als 2 Watt sehr klein gegenüber der zur Zeit üblichen Leuchtstofflampendrossel für 50 Hz. Da sich der Wirkungsgrad einer Leuchtstofflampe wesentlich vergrößert, wenn man die Frequenz der Versorgungsspannung auf Werte größer als 10 kHz festsetzt, kann man bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben einer 65-Watt Leuchtstofflampe mehr als 10 Watt Verlustleistung einsparen. Durch die Schaltungsanordnung erfolgt bei jeder Einstellung des Lichtstromes eine vorschriftsmäßige Heizung der heizbaren Elektroden ohne Einfluß von Obergangswiderständen an den Lampenfassungen, da der Übergangswiderstand sehr klein gegenüber dem Gesamtwiderstand ist. Wegen der relativ großen Frequenz leuchtet eine normale Leuchtstofflampe selbst bei nur 5% des Nennlichtstromes flackerfrei, da als Zündspannung der doppelte Wert der Gleichspannung 1 zur Verfügung steht. Aus dem gleichen Grund lassen sich die wirtschaftlichen Leuchtstofflampen mit dem kleineren Rohrdurchmesser gut stellen, obwohl sowohl Zünd- als auch Brennspannung größer sind als bei den herkömmlichen Leuchtstofflampen. Das Vorschaltgerät kann für nur eine Lampe aber auch für z. B. 4 Lampen für eine Leuchte mit 4 Lampen ausgelegt werden. Rückwärtsleitende Thyristoren werden heute bereits in sehr großen Stückzahlen hergestellt und angeboten. Wegen der Speisung mit Gleichstrom, der gewählten Betriebsart der Thyristoren und, weil die Thyristoren in der Leuchte untergebracht sind, treten keine Funkstörungen auf. Wenn die Werte von Kondensator 3 h*»i aÜAn I arrmpn w#»nicr strmipn Ipnrhtpn allp I amr.^n ₁ -. _o — , — ,

bei jeder Stellung des Lichtstromes sehr gleichmäßig.

Man kann die Schaltungsanordnung entsprechend F i g. 2 so gestalten, daß bei einer Reihenschaltung zweier Lampen die Drossel 6 zwei Wicklungen besitzt, wobei die eine Wicklung, Drosselteil 6a parallel zur Entladungsstrecke der Lampe 2a und die andere Wicklung, Drosselteil 6b parallel zur Entladungsstrecke der Lampe 2b geschaltet sind oder die Drossel 6 durch zwei Drossel 6a und 6b ersetzt ist. Bei Leuchtstofflampen für z. B. 20 Watt Leistungsaufnahme bietet sich diese Schaltung an.

Die Schaltungsanordnung kann man nach F i g. 3 auch so erweitern, daß die Drossel 4 zv»ei getrennte Wicklungen besitzt und die Lampe 2 zwischen den beiden Wicklungen, Drosselteil 4a und 4b geschaltet ist, oder die Drossel 4 durch zwei Drosseln 4a und 4b ersetzt ist.

Damit vermeidet man, daß vom Thyristor 9 ausgehende Funkstörungen an die Lampe gelangen und von dort ausstrahlen können.

Um mehrere Vorschaltgerät nach der Erfindung von nur einem Steuergerät mit der stellbaren Frequenz steuern zu können, kann man die Schaltungsanordnung so ausführen, daß zum Zünden des Thyristors 8 der positive Spannungsteil der Frequenz 10 über den Widerstand 11 den Kondensator 12 auflädt, bis der Unijunktiontransistor 13 oder anstelle dessen eine Thyristordiode durchschaltet und über den Zündtransformator 14 den Steuerstrom für den Thyristor 8 liefert, und zum Zünden des Thyristors 9 mit dem negativen Teil der Spannung der Frequenz 10 gleichartig ein Steuerstrom erzeugt wird. Mit dieser Schaltung erzielt man Steuerimpulse mit einer großen Stromsteilheit zum vorschriftmäßigeii Zünden der Thyristoren, da besonders bei langen Leitungen die Spannungssteilheit der Spannung mit der Frequenz 10 am Eingang des Vorschaltgerätes für Zündzwecke zu klein ist Überdies verhindert der Kondensator 12 ein ungewolltes Zünden der Thyristoren, wenn über die Steuerleitung die Frequenz 10 durch eingestreute Störsignale von bis zu 3 Mikrosekunden Dauer verfälscht ist Beim Schalten fremder Stromkreise muß man bei langen Zuleitungen mit derartigen induktiven Einstrahlungen rechnen.

Bei einer erprobten Ausführung des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes enthalten die Drosseln 4 und 6 Ferritkerne, die jeweils zwei galvanisch getrennte Wicklungen besitzen und jeweils vorzugsweise zweifach zusammen mit den Thyristoren und der Ansteuereinrichtung in einem auf Leuchtenmaße abgestimmten in den Fig.4 und 5 dargestellte länglichen Gehäuse 15 untergebracht und vorzugsweise vergossen sind. Es ist

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zweckmäßig, wenn an einem Gehäuseende eine Klemmleiste 16 für die Gleichspannung 1 und die zur Lichtsteuerung nötige Frequenz 10 und am anderen Gehäuseende eine Klemmleiste 17 für 2 Lampen 2 zu je bis •/.u 65 Watt Leistung oder 4 Lampen zu je beispielsweise 20 Watt Leistung angebracht sind. Da die Schaltungsanordnung besonders wirtschaftlich arbeitet, wenn der Kondtiisator einen Kapazitätswert von 33 Nanofarad oder weniger erhält, sind auch die Abmessungen der Drosseln 4 und 6 relativ klein. Wegen der geringen Verlustleistung kommen die Thyristoren mit kleinen Kühlblechen aus. Man kann auch in einem Vorschaltgerät bei z. B. Leuchten mit 4 Brennstellen die Drosseln 4 und 6 vierfach unterbringen. Dadurch, daß jede Lampe einen eigenen Kondensator 3 erhält, leuchten auch bei unterschiedlichen Zündspannungen alle Lampen gleichmäßig hell, wenn man den Lichtstrom auf kleinere Werte stellt. Man kann mit einem Vorschaltgerät nach der Erfindung alle Leuchtstofflampen mit Leistungsaufnahmen von 20 bis 65 Watt betreiben, da sich die Lampenleistung mit der Wahl der größten Frequenz 10 einstellen läßt. Dies verringert unterschiedliche Typen de; Vorschaltgerätes und damit die Kosten. Übersichtliche Klemmleisten ermöglichen eine eindeutige Zuordnung der Lampenfassungen.

Eine in F i g. 6 dargestellte Steuerschaltungsanordnung zum Erzeugen der Frequenz zur Steuerung der erfindungsgemäßen Vorschaltgeräte arbeitet so daß beim Einschalten der Versorgungsspannung über den öffner des (EIN/AUS) Schalters 18 die Operationsverstärker 20, 21, 22 und 23 auf Minus gesetzt sind. Nach Betätigen von Schalter 18 springt der Operationsverstärker 20 auf Null, die Spannung 24 wird positiv und der mit den Operationsverstärkern 21, 22 und 23 gebildete Rechteckgenerator schwingt mit der Frequenz, die zum Heizen der heizbaren Elektroden 5 und 7 erforderlich ist. Dabei wird mit Transistoren der Strom der rechteckförmigen Spannungsquelle verstärkt und die positive beziehungsweise negative Spannungszeit auf etwa 10 Mikrosekunden begrenzt. Gleichzeitig läuft der als Integrator oder /Regler arbeitende Operationsverstärker 20 hoch wobei sich wegen der Zenerdiode 25 nach Ablauf der Vorheizzeit die Frequenz vergrößert. Nach dem Zünden der Lampe 2 steigt mit der Frequenz der Lichtstrom stetig bis wegen der Diode 26 die Spannung 24 auf den mit dem Potentiometer 27 eingestellten Wert begrenzt wird. Der Lichtstrom der Lampe kann also über die Frequenz eingestellt und mit dem Potentiometer 27 verändert werden.

Nach dem Schließen von Schalter 18 fällt die Spannung 24, die Frequenz 10 und damit auch der Lichtstrom gleichartig stetig auf den Wert Null,

Die Steuerschaltungsanordnung zum Erzeugen der Frequenz kann man erweitern, indem man parallelel zum Widerstand 19 eine Fotodiode oder einen Fotowiderstand 28 schaltet. Die Schaltung arbeitet dann als Beleuchtungsstärkerregler mit der Fotodiode 28 als Istwertgeber und dem Potentiometer 27 als Sollwertgeber. Mit nur einem preiswerten Vierfachoperationsverstärker mit angeschlossener Verstärkerschaltung können beliebig viele Vorschaltgeräte angesteuert beziehungsweise Lampen gestellt werden. Bei einfallendem Tageslicht stellt der Beleuchtungsstärkeregler den Lichtstrom auf kleinere Werte oder schaltet die Lampen einschließlich der Heizung aus.

Eine in F i g. 7 dargestellte Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer geregelten Gleichspannung 1 zum Speisen der erfindungsgemäßen Vorschaltgeräte arbeitet, indem durch wechselseitiges Einschalten der Thyristoren 31 und 32 mit einer von einem Spannungsregler gestellten Frequenz die Kondensatoren 29 und 30 derartig geladen werden, daß die Spannung 1 auf den gewünschten Wert geregelt wird. Der Thyristor 31a wird hierbei nur dann angesteuert, wenn die Spannung am Kondensator 33a größer ist als die Spannungen an den Kondensatoren 336 oder 33c, frühestens nach dem Ende des Kommutierungsvorgangs an der Brücke 34. Wenn

ίο also die Spannung am Kondensator 336 größer als die an 33a ist, wird nur der Thyristor 3ib und später gleichartig nur der Thyristor 31c angesteuert. Diese Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Gleichspannung 1 bringt die folgenden Vorteile:

Selbst, wenn man für die Gleichspannung 1 einen Wert von 500 Volt wählt, nimmt die Spannung zwischen dem Minus- oder Plusleiter und dem Schutzleiter einen Wert von 250 Volt beziehungsweise dem Augenblickswert des Phasenieiters L i, L 2 oder Ls an. Die Gieichrichterbrücke 34 bewirkt keine Phasenverschiebung und benötigt keine Kommutierungsdrosseln. Spannungsschwankungen und die Welligkeit nach der Brücke 34 werden ohne großen Aufwand schnell ausgeregelt. Damit leuchten die Lampen 2 ohne den sehr störenden Wechsellichtanteil, der bei Betrieb mit einer 50 Hz-Spannung auftritt. Mit geringem Aufwand kann die Gleichspannung 1 kurzschlußfest erzeugt werden. Die Schaltungsanordnung kann für den Anschluß beliebig vieler Vorschaltgeräte ausgelegt werden.

Wie F i g. 8 zeigt, sind bei 0% Lichtstrom die Effektivwerte von Heizstrom und Gesamtstrom mit 550 mA gleich groß. Nach dem Zünden der Lampe bei 5% des Nennwertes des Lichtstromes betragen beide Werte 430 mA. Diesen Betrag kann man vergrößern, wenn man die Drossel 4 anders anpaßt. Bei 100% erreicht der Gesamtstrom den Wert von 590 mA. Der Gesamtstrom füeSt über die heizbare Elektrode 5, die Gasentladungsstrecke der Lampe 2 zur heizbaren Elektrode 7. Der linear zum Lichtstrom ansteigende arithmetische Mhtelwert des Lampenstromes (Strom der Gasentladungsstrecke) ist zusätzlich aufgenommen. Die Phasenverschiebung zwischen Gesamtstrom und Heizstrom wächst mit dem Lichtstrom.
In F i g. 9 sind in Abhängigkeit vom Lichtstrom der Entladungslampe der Gleichstrom zum Betreiben des mit nur einer Lampe belasteten Vorschaltgerätes der Spitzenwert der Spannung zwischen den heizbaren Elektroden 5 und 7 die Frequenz und die Gesamtleistung von Vorschaltgerät und Lampe dargestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind insbesordere: Wesentliche Verringerung der Verlustleistung, da die Verluste der 50 Hz-Drossel entfallen und die Lampe wirtschaftlicher arbeitet. Wegen der großen Frequenz entfallen Zündhilfen und bislang nicht stellbare Leuchtstofflampen können flackerfrei gestellt werden. Der Heiztransformator für die Wendelheizung wird eingespart Spezielle Lampenfassungen sind nicht nötig, da sich die Übergangswiderstände an den Kontakten der üblichen Fassungen nicht störend auswirken.

Die Vorschaltgeräte verursachen weder Phasenverschiebung noch Funkstörungen. Anstelle der bisher für jede Lampe notwendigen Drossel und Heiztransformator versorgt nur ein Vorschaltgerät je Leuchte vier oder auch mehr Lampen. Die Typenzahl der Vorschaltgeräte verringert sich wesentlich, da man die Lampenleistung mit der Frequenz an ein Einheitsvorschaltgerät für 20 bis 65 Watt Lampenleistung anpassen kann. Die Abmessungen des Vorschaltgerätes für zum Beispiel zwei

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Lampen sind wesentlich kleiner als die Abmessungen von zwei üblichen Drosseln und den beiden Heiztransformatoren, was bei vier Lampen noch günstiger ausfällt. Die Lichtqualität verbessert sich wesentlich, da kein Wechsellichtanteil auftritt, Netzspannungsschwan- 5 kungen sich nicht auswirken, auch bei ungesteuertem Betrieb das Lioht nicht schlagartig sondern stetig innerhalb von etwa 2 bis 3 Sekunden ein- oder ausgeschaltet wird.

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Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

31 Ol Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb von Niederdruck-Entladungslampen mit einstellbarem Lichtstrom,

— mit einer Gleichspannungsquelle (1; 29—34)

— mit einer an die Gleichspannungsquelle angeschlossenen Reihenschaltung aus zwei Thyristoren(8,9),

— mit einer Steuerschaltung (11 —28) für die Thyristoren (8,9) und

— mit LC-Beschaltungen (3, 4, 6) für die Entladungslampen, wobei jede LC-Beschaltung (3,4, 6) eine mit der jeweiligen Entladungslampe (2) in Reihe liegende Serienschaltung aus einem Kondensator (3) und einer ersten Drosselspule (4) soirie eine die freien Enden der heizbaren Lampeaelektroden (5,7) überbrückende zweite Drosselspule (6) aufweist,