DE3317618A1

DE3317618A1 - Kapazitive vorschaltanordnung fuer eine niederspannungs-gluehlampe

Info

Publication number: DE3317618A1
Application number: DE19833317618
Authority: DE
Inventors: Frederic Francis 44122 Shaker Heights Ohio Ahlgren
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1982-05-18
Filing date: 1983-05-14
Publication date: 1983-11-24
Also published as: FR2527412A1; BE896761A; NL8301768A; BR8302637A; JPS593891A; HU190091B; GB2120872A; GB2120872B; CA1205849A; DD209940A5; GB8312750D0

Description

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Beschreibung

Kapazitive Vorschaltanordnuna für eine Niederspannung-Glühlampe

Die Erfindung bezieht sich auf Vorschalteinrichtungen und insbesondere auf eine kapazitive Vorschaltanordnung, die eine Niederspannung an eine Glühlampe liefert.

Es ist bekannt, daß Glühlampen, die bei einer Nennspannung von etwa 120 Volt arbeiten, einen nicht so hohen Wirkungsgrad, d„ h„ Lumen/Watt, bei der gleichen Wirkleistung haben wie Glühlampen, die bei kleineren Spannung arbeiten. Eine bekannte Schaltungsanordnung, die für einen derartigen Betrieb bei einer kleineren Spannung sorgt, bringt entweder unerwünschte

mit Kosten, großes Volumen und Gewicht/sich, oder sie verursacht starke elektromagnetische Störungen. Insbesondere haben einige bekannte Niederspannungs-Vorschalteinrichtungen für Glühlampen magnetische Bauteile zur Spannungstransformation verwendet. Die Kosten derartiger magnetischer Komponenten haben verhindert, daß die dabei entstehenden Leistungseinspeisungen ökonomisch attraktiv sind. Andere Vorschalteinrichtungen haben Phasensteuerungstechniken verwendet, in denen sehr schmale Impulse erforderlich sind, wobei hohe Stoßströme durch die Last fließen, die häufig elektromagnetische Störungen und verminderte Betriebssicherheit zur Folge haben.

Ziel der Erfindung ist es, die mangelhafte Zuverlässigkeit und

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schlechte Wirtschaftlichkeit beim Betrieb von Niederspannungs-Glühlaxnpen zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Vorschalteinrichtung für eine Niederspannungs-Glühlampe zu schaffen, die relativ billig ist. Weiterhin soll bei dieser Vorschalteinrichtung die Erzeugung unerwünscht hoher Werte der elektromagnetischen Störungen vermieden sein.

Erfindungsgemäß wird durch eine Vorschalteinrichtung ein Netzfrequenz aufweisender- strom von einer Wechselstromquelle mit höherer Spannung an eine Lampe mit niedrigerer Betriebsspannung geliefert, wobei die Vorschalteinrichtung einen Hauptkondensator, der mit der Lampe elektrisch in Reihe geschaltet ist, wobei die Gesamtanordnung elektrisch an die Wechselstromquelle angeschlossen ist, und einen oder mehrere Hilfskondensatoren aufweist, die elektrisch dem Hauptkondensator durch Schaltmittel für eine oder mehrere Wechselstromperioden parallel geschaltet sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sprechen die Schaltmittel auf ein Signal an, das von einer Steuerlogik geliefert wird. Die Gesamtänderung des Laststroms wird durch das Kapazitätsverhältnis des Hauptkondensators zur Summe der Hilfs- und Hauptkondensatoren gesteuert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Beispielen zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung ;

Figur 2; die Verwendung der Steuerlogik zur überwachung des Lampenstromes und zum Steuern der Schaltmittel gemäß Figur 1.

Wie in Figur 1 gezeigt ist, liefert eine Vorschalteinrichtung 10 Strom an eine Last 11, vorzugsweise eine Glühlampe, aus einer Wechselstromquelle 12, indem der Strom, der der Last 11 von der Wechselstromquelle 12 zugeführt wird, gesteuert wird. Die Last 11 kann eine Niederspannungs-Glühlampe sein, die bei einer Spannung von beispielsweise von etwa 24 bis 36 Volt arbeitet. Die Vorschalteinrichtung 10 ermöglicht, daß die Lampenlast 11 bei einer nach Wahl festgesetzten Ausgangsleistung in einem relativ schmalen Helligkeitsbereich arbeitet. Bei einem derartigen Anwendungsfall kann ein relativ enger Bereich der Lampenspannung aufrechterhalten werden, während der Strom der Wechselstromquelle 12 über einem vorbestimmten Bereich, beispielsweise etwa 20 %, geändert wird.

Die Vorschalteinrichtung 10 bildet einen kapazitiven Spannungswandler, bei dem ein minimaler, durch die Lampe fließender Strom der Strom I₁ ist, der durch den Kondensator C1 fließt, der im folgenden als der Hauptkondensator bezeichnet wird. Eine zusätzliche Komponente des Lampenstroms wird durch den Strom I_ geliefert, der durch einen oder mehrere Kondensatoren C2 fließt, die im folgenden als die Hilfskondensatoren bezeichnet werden. Somit tritt ein minimaler Lampenstrom bzw. eine minimale Leistung auf,"wenn kein Strom durch die Hilfskondensatoren C2 fließt, d. h. wenn die kapazitive Reaktanz der Vorschalteinrichtung 10 ein Maximum ist. umgekehrt treten maximaler Lampenstrom und maximale Leistung auf, wenn der Kondensatorstrom I₂"durch alle Hilfskondensatoren C2 fließt, was eine minimale kapazitive Reaktanz der Vorschalteinrichtung zur Folge hat. Eine Zwischengröße des Lampenstroms und der Leistung wird erhalten, wenn der Strom I_ durch einige, aber nicht alle

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Hilfskondensatoren C2 fließt. Deshalb wird durch Ändern der Anzahl der Hilfskondensatoren parallel zu dem Hauptkondensator Cl der Laststrom und die entsprechende Leistung eingestellt.

Die Wechselstromquelle 12 und die Lampe 11 sind elektrisch mit Klemmen 13-14 bzw. 15-16 verbunden. Der Kondensator C1 ist zwischen die Klemmen 13 und 15 geschaltet. Für jeden Hilfskondensator C2 ist eine Schalteinrichtung 17 elektrisch zwischen die Klemme 15 und den einen Anschluß von jedem Hilfskondensator C2 geschaltet. Der andere Anschluß von jedem Hilfskondensator C2 ist mit der Klemme 13 verbunden. Weiterhin sind die Klemmen 14 und 16 elektrisch direkt miteinander verbunden.

Jede Schalteinrichtung 17 kann irgendeine Vorrichtung sein, die steuernd einen Lampenstrompfad mit kleinem Widerstand und in beiden Richtungen zwischen der Klemme 15 und demjenigen Anschluß von jedem Hilfskondensator C2 bilden kann, der von der Klemme 13 am weitesten entfernt ist. Die Schalteinrichtung 17 kann entweder eine mechanische oder elektronische Einrichtung sein. Beispielsweise kann die Schalteinrichtung 17 ein Halbleiter, wie beispielsweise ein Triac, sein, die in einen leitenden oder sperrenden Zustand gebracht wird in Abhängigkeit von einem Steuersignal aus irgendeiner Steuerlogik, wie es in der Technik allgemein bekannt ist. Um einen unerwünschten Stromfluß durch jede Schalteinrichtung 17 zu verhindern und zu begrenzen, wird jede Schalteinrichtung 17 vorzugsweise nur dann durch die Steuerlogik 18 in ihren leitenden Zustand gesteuert, wenn die Spannungspotentiale V1 und V2 über dem Haupt- bzw. Hilfskondensatoren etwa gleich und/oder auf etwa der maximalen Spannung der Kurve der Wechselstromquelle 12 sind, wodurch im wesentlichen eliminiert wird, daß irgendwelche zirkulierenden Ströme zwischen den Hilfskondensatoren C2 und dem Hauptkondensator C1 fließen.

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Wie bereits ausgeführt wurde, wird erfindungsgemäß eine Vorschalteinrichtung 10 geschaffen, die die der Glühlampe 11 zugeführte Leistung durch Verändern der damit in Reihe geschalteten Kapazität steuert. Genauer gesagt, ist die gesamte Kapazität, die elektrisch mit der Glühlampe 11 in Reihe geschaltet ist, gleich der Parallelschaltung des Hauptkondensators C1 und aller Hilfskondensatoren C2, deren Schaltmittel 17 in einem leitenden Zustand sind. Somit kann durch Verändern der Anzahl der Hilfskondensatoren C2, deren Schaltmittel 17 in einem leitenden Zustand sind, die Gesamtkapazität in Reihe mit der Glühlampe verändert werden, und dadurch wird eine Vorschalteinrichtung 10 geschaffen, die die der Glühlampe 11 zugeführte Leistung und deshalb die Temperatur des Glühfadens der Lampe steuert.

Zusätzlich kann jede Schalteinrichtung 17 einen Hilfskondensator mit dem Hauptkondensator für eine oder mehrere vollständige

parallel Perioden der Spannungskurve der Quelle T2/schalten und dadurch elektrisch verbinden und trennen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Hilfskondensatoren C2 die gleiche Kapazität oder voneinander abweichende Kapazitäten aufweisen können. Jeder Hilfskondensator kann auch unabhängig von jedem anderen geschaltet werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Hauptkondensator C1 eine Kapazität von etwa 25 Mikrofarad, die gesamte Hilfskapazität trägt etwa 25 Mikrofarad, die Wechselstromquelle 12 liefert eine Spannung von etwa 120 Volt bei 60 Hz und die Lampe arbeitet bei etwa 36 Volt und einer Leistung von 60 Watt. Die Anzahl der Hilfskondensatoren, die elektrisch dem Hauptkondensator C1 parallel geschaltet werden, und die Kapazität von jedem Kondendator kann sich in Abhängigkeit von einer Reihe von Faktoren ändern, wozu die Spannung der Wechselstromquelle 12,der gewünschte Lam-

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penstrom, die Lampenhelligkeit, die Lampenbetriebsspannung, usw. gehören.

Somit kann die insoweit beschriebene Vorschalteinrichtung eingestellt werden für Spannungsänderungen der Wechselstromquelle. Dies bedeutet, daß bei einer Vergrößerung oder Verkleinerung der Spannung der Spannungsquelle 12 die Hilfskapazität C2 verkleinert bzw. vergrößert werden kann, um einen im wesentlichen konstanten Stromfluß oder eine Leistung oder beides durch die Lampe 1 1 aufrechtzuerhalten.

Weiterhin können der Lampenstrom, die Leistung und die Helligkeit sowohl durch manuelle als auch automatische Einstellung jeder Schalteinrichtung 17 festgelegt werden. Insbesondere sei, wie es insbesondere in Figur 2 gezeigt ist, darauf hingewiesen, daß eine Steuerlogik 18 verwendet werden kann, bei der ein Rückführungssignal in Mittel zum Schalten jeder Schalteinrichtung 17 in ihren leitenden bzw. sperrenden Zustand eingegeben werden kann, um dadurch die Gesamtkapazität zwischen den Klemmen 13 und 15 automatisch einzustellen. Ein derartiges Rückführungssignal könnte beispielsweise auf den Stromfluß durch die Last 11 ansprechen.

Weiterhin werden durch die vorliegende Erfindung, bei der eine kapazitive Vorschalteinrichtung zur Lieferung einer kleinen Spannung über der Lampe 11 verwendet werden, unerwünscht hohe Werte elektromagnetischer Störungen im Vergleich zu bekannten Einrichtungen vermieden. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorschalteinrichtung und insbesondere jede Schalteinrichtung 17 mit relativ geringen Kosten gefertigt werden im Vergleich zu bekannten Einrichtungen, indem die Verwendung magne-

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tischer komponenten, wie beispielsweise Transformatoren, vermieden wird. Weiterhin kann die Schalteinrichtung 11 für relativ kleine Nennströme gefertigt werden, wobei hohe Zuverlässigkeit erhalten wird. Dies bedeutet, daß dadurch, daß jede Schalteinrichtung 17 parallel zu C1 liegt und gesteuert ein- und ausgeschaltet wird, um irgendwelche zirkulierenden Ströme zwischen den Kondensatoren C1 und C2 im wesentlichen zu verhindern, jede Schalteinrichtung 17 einen relativ kleinen Nennstrom haben kann im Gegensatz zu bekannten Schalteinrichtungen, wie beispielsweise Phasensteuerschaltern, die üblicherweise von einem höheren Lampenstrom durchflossen werden.

Ein weiterer durch die Erfindung erzielbarer Vorteil besteht in dem Schutz für jede Schalteinrichtung 17 bei hohen Frequenzschwankungen der Wechselstromquelle 12. Dadurch, daß nämlich jede Schalteinrichtung 17 elektrisch dem Hauptkondensator C1 parallelgeschaltet ist, bildet bei irgendwelchen hochfrequenten Spannungen der Stromquelle 12, beispielsweise aufgrund von Überspannungen der Hauptkondensator C1 im wesentlichen einen Kurzschluß, wodurch diese nicht an die Schalteinrichtung 17 angelegt werden und jede Schalteinrichtung 17 davor geschützt wird.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A.

[1.) Vorschalteinrichtung zum Steuern der Leistung aus einer Wechselstromquelle an eine Glühlampe bei einer Spannung, die kleiner ist als die Spannung der Wechselstromquelle, gekennzeichnet dadurch:

(a) ein erstes kapazitives Element (C1), das mit der Lampe (11) elektrisch in Reihe geschaltet ist, wobei beide zusammen an die Eingangsklemmen (13, 14) der Vorschalteinrichtung (10) angeschlossen sind,

(b) ein oder mehrere Hilfskondensatorelemente (C2) und

(c) Schalteinrichtungen (17), durch die jedes Hilfskondensatorelement (C2) dem ersten Kondensatorelement (C1) für eine oder mehrere vollständige Perioden der Kurve der Wechselspannungsquelle (12) parallelschaltbar ist.
2. Vorschalteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß jedes Hilfskondensatorelement (C2) mit der zugehörigen Schalteinrichtung (17) elektrisch in Reihe geschaltet ist.
3. Vorschalteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß jede Schalteinrichtung (17) einen Stromleitungspfad in beiden Richtungen mit einem niedrigen Widerstand bildet.
Vorschalteinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Schalteinrichtungen (17) unabhängig voneinander schaltbar sind.
5. Vorschalteinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß bei einer Parallelschaltung eines Hilfskondensatorelementes (C2) zu dem ersten Kondensatorelement (C1) das Spannungspotential über allen Hilfskondensatorelementen (C2), die dem ersten Kondensatorelement (C1) elektrisch parallel geschaltet sind, etwa das gleiche ist, wie das Spannungspotential über dem ersten Kondensatorelement (C1).
6. Vorschalteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß jede Schalteinrichtung (17) in Abhängigkeit von einem Steuersignal in einen leitenden bzw. sperrenden Zustand geschaltet wird.
7. Vorschalteinrichtung nach Ansprach 6, gekennzeichnet dadurch, daß das Steuersignal von dem Stromfluß durch die Glühlampe (11) abhängig ist.
8. Vorschalteinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Glühlampe (11) bei einer Spannung von etwa 36 Volt arbeitet und eine Leistung von 60 Watt hat, das erste Kondensatorelement (C1) eine Kapazität von etwa 25 Mikrofarad hat, das eine bzw. die mehreren Hilfskondensatorelemente(C2) eine Gesamtkapazität von etwa 25 Mikrofarad haben und die Eingangsspannung der Vorschalteinrichtung (10) etwa 120 Volt bei 60 Hz beträgt.