DE3740676A1 - Schaltungsanordnung zur energieeinsparung durch induktive netzspannungsabsenkung fuer nieder- und hochdruckentladungslampen sowie quecksilberdampflampen - Google Patents

Description

Für den Betrieb von Gasentladungslampen werden als Vor­ schaltgerät Induktivitäten nach dem Drosselprinzip mit Luftspalt eingesetzt. Die Vorschaltgeräte erzeugen dort Induktionsimpulse erhöhte Spannungen zum Zünden von Nieder­ druck- und Hochdruckentladungslampen sowie nach dem Zünden den Brennstrom zu den Lampen zu begrenzen.

Da Gasentladungslampen die Eigenschaft haben, wenn der Strom reduziert wird, aber die Lichtausbeute nicht proportional zurück geht.

Diese Eigenschaft wird energiesparend durch Herabsetzten der Versorgungsspannung an den Lampen ausgenutzt werden. Es liegt die Aufgabe der Erfindung zugrunde die Versor­ gungsspannung auf den Lampen nur durch Beschalten einer Phase der Versorgungsleistungen eine Reduzierung der Versor­ gungsspannung zu erreichen.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß in einer Versorgungsleitung zu den Lampen eine Induktivität geschaltet wird, die im Kernamterial als Trafo und nicht als Drossel mit Luftspalt aufgebaut ist. Paralell zur Wicklung der In­ duktivität werden Kaltleiter (PTC) geschaltet, die somit während der Zündphase der Lampen die Reduzerwicklung kurz­ schließen, um während der Zündphase die volle Netzspannung an den Lampen zu haben.

Nach dem Zünden der Lampen erwärmen sich die Kaltleiter und erhalten somit einen hochohmigen Zustand, so daß die Versor­ gungsspannung nur über die Reduzierwicklung geleitet wird.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird eine Netzspannung von 220 V an den Ausschlußpunkten Fig. 1, 1+2 geschaltet. Mit dem Ein­ schalten der Netzspannung g wird die Lampe Fig. 1;4 über Drossel 3 und Starter 5 gezündet.

Während der Zündphase wird die volle Netzspannung über den Kaltleiter 6, der Reduzierwicklung 7 überbrückt auf die Lampe geschaltet.

Nach dem Zünden erwärmt sich der Kaltleiter 6 und wird so hochohmig, so daß die Versorgungsspannungen über die Reduzier­ induktivität in einer Versorgungsleitung zu den Lampen wird die Versorgungsspannung je nach gewählter Induktivität her­ abgesetzt.

Durch die Herabsetzung der Versorgungsspannung an den Lampen wird auch der Strom reduziert und somit auch die aufgenommene Leistung.

Da die Lichtausbeute an den Lampen nicht proportional ent­ sprechend der Leistungsannahme zurückgeht, kann fogendes als Faustformelrichtlinie angesehen werden.

Bezugsspannung 220 V/50 Hz, wird diese Spannung um 10-12 reduziert, geht die Verbraucherleistung an einer betriebenen Leuchtstofflampe von 58 W = 1500 mm lang, 26 Durchmesser und ca. 10 W zurück. Die Lichtausbeute bleibt in der Größenordnung wie beim Betrieb einer 65 W Leuchtstofflampe 1500 mm lang 38 mm Durchmesser.

Somit ist nicht nur die Technik nach Fig. 1 aufgezeigt, sondern auch die wirtschaftliche Grundlage der Erfindung gegeben.

Wie in Fig. 2 dargestellt können Lampen 8, 9, 10 beliebiger Anzahl und unterschiedlicher Bauart und Leistungsgröße über eine Reduzierinduktivität geschaltet werden. Wird eine Reduzier­ induktivität für größere Leistungen benötigt, sollten mehrere der Leistungsanpassungen kleinere Induktivität Fig. 2; 13, 14, 15 und 16 parallel geschaltet werden. Somit wird ein besserer Wirkungsgrad erzielt.

Um eine ausreichende Zeit zum Zünden der Lampen ohne Reduzierung d.h. bei voller Netzspannung zu gewährleisten, sind bei mehreren Lampen Kaltleiter mit unterschiedlichen Widerstandswerten pa­ ralell zur Reduzierinduktivität geschaltet, um eine ausreichende Verzögerung zum Zünden eines Leuchtbandes zu erreichen.

Eine weitere Erneuerung ist es, wenn ein Kaltleiter (PTC) und ein Heißleiter (NTC) in Reihe geschaltet werden, Fig. 2, 19 und 20. Über den Heißleiter wird die Spannung gedämpft und die Vorheizphase an den Lampen wird mit verringerter Spannung durchgeführt.

Die Spannung steigt somit während der Vorheizphase an den Lampen an, und durch das Anschwellen der Spannung, wird der Zündvorgang erleichtert und somit ist gleichzeitig eine Art Zündhilfe gegeben.

Durch die Zündhilfe wird ein lampenschonender Start verursacht. Sind die Lampen gezündet, wird der Kaltleiter hochohmig. Ist der Kaltleiter hochohmig, fließt weniger Strom über die in Reihe geschalteten PTC+NTC und somit regeln die sich gegen­ seitig entsprechend der anliegenden Netzspannung.

In Abstimmung mit der Reduzierinduktivität kann die Schaltungs­ anordnung Fig. 3 entsprechend in Reihe und parallel geschalteten NTC + PTC Widerstände, je nach dem Netzspannungspegel, die Redu­ zierspannung erhöhen oder herabsetzen .

Somit kann auf den Lampen eine gleichmäßige Reduzierspannung eingestellt werden.

Es können auch Kaltleiter mit gleichen Widerstandswerten pa­ rallel geschaltet werden, weil der innere physikalische Wert meistens unterschiedlich ist. Wo die Netzspannung hoch ist, daß das Zünden der Lampen mit einer reduzierten Spannung erfolgt, kann auf den Kaltleiter verzichtet werden.

Um auf den Netzspannungspegel vor Ort anpassen zu können, ist die Reduzierinduktivität mit Abgriffen Fig. 1; 17 + 18 entsprechend nach einer beliebigen vorgegebenen Reduzier­ spannung ausgelegt.

Die der Erfindung zu Grunde liegenden Energie-Sparschaltungen und Reduzierinduktivität wie Fig. 1 und Fig. 2 darstellt, können alle Arten von Gasentladungslampen, wie Niederdruck­ und Hochdruckentladungslampen sowie Quecksilberdampflampen betrieben werden. Da diese Energiesparschaltung , die durch die Energieerzeugung entsprechend Umweltbelastungen hemmt, ist die Erfindung auch von hohem volkswirtschaftlichen Wert.

Einen weiteren technischen Vorteil hat die Schaltungsan­ ordnung wie in Fig. 3 dargestellt, wo zwei Induktivitäten 25 und 26 parallel geschaltet sind, die auf einen gemeinsamen Kern oder getrennte Kerne angeordnet sein können.

Die Induktivität 25 ist direkt in einer Versorgungsleitung zur Lampe geschaltet.

Die zweite Induktivität 26 ist parallel zur Induktivität 25 angeordnet, wobei in Reihe zur Induktivität 26 ein veränder­ barer Widerstand 27, vorzüglich Kaltleiter angeordnet ist, dem ein veränderbarer Widerstand 27 parallel zugeschaltet ist.

Der veränderbare Widerstand 6 ist über die Induktivitäten 25 + 26 sowie Widerstand 28 und veränderbaren Widerstand 27 geschaltet.

Mit dem Zünden der Lampe 4 steigt die Leistungsaufnahme Fig. 4 von Null, 35 auf Pegel 29.

In diesem Anlaufbereich sind die Induktivitäten 25 und 26 sowie Widerstand 27 und 28, niederohmig durch veränderbaren Widerstand 6 überbrückt. Durch erwärmen der Lampe 4 wird der Leistungspegel auf 30 angehoben und in dieser Zeit wird durch den Stromfluß durch 6 der veränderbare Widerstand hochohmig und die Versorgungsspannung zur Lampe 4 erfolgt über die In­ duktivitäten 25 und 26, sowie veränderbarer Widerstand 27 und Kompensationswiderstand 28.

In dem die Versorgungsspannung über die Induktivitäten 25 und 26, sowie Widerstände 27 und 28 geleitet wird, fällt der Leistungspegel auf 31, weil die Spannungsreduzierung eingesetzt hat.

Der Vektor 33 stellt die aufzunehmende Leitungsgröße und der Vektor 34 die Ablaufzeit dar.

Die Strecke 32 ist der Zeitabschnitt dargestellt, vom Zünden der Lampe bis zum erreichen der Leistungsabsenkung.

Mit der Schaltungsanordnung Fig. 3 wird eine annähernd konstante Versorgungsspannung an der Lampe erreicht, indem bei Überspannung ein größerer Strom fließt und der veränderbare Widerstand 27 hochohmiger wird. Somit wird die Versorgungsspannung an der Lampe herabgesetzt.

Damit die Nachregelung der Versorgungsspannung an der Lampe nicht zu weit ausschlagen, ist der Kompensationswiderstand 28 parallel zum veränderbaren Widerstand 27 geschaltet und denen eine zusätzliche Induktivität 26 in Reihe geschaltet. Durch das Nachregeln der Versorgungsspannung an den Lampen, bleibt die Lichtleistung der Lampen auch bei Spannungswankungen stabil.

Die Pegel von Leistung 33 und Zeit 32 und 34, kann beliebig den Erfordernissen angepaßt werden. Desgleichen betrifft das den Induktivitäten 25 und 26, sowie die Widerstandskombination 27 und 28.

Für die Bedämpfung des Einschaltstromes ist der Schaltungs­ anordnung Fig. 3 ein Dämpfungswiderstand 24 zugeordnet, der an den Kompensationskondensator geschaltet ist.

Dieser Dämpfungswiderstand kann auch wie in Fig. 1,21 als veränderbarer Widerstand vorzüglich Heißleiter (NTC) aus­ gelegt sein.

In dem Bereich bei Quecksilberdampflampen kann der Dämpfungs­ widerstand entfalten, da hier nach dem Stand der Technik der Kompensationskondensator an den Netzpotentialen geschaltet ist.

Die Schaltungsanordnungen Fig. 1 und Fig. 3 können auch als eine Einheit mit dem Vorschaltgerät 3 gefertigt werden, somit kann eine Art Konventionelles-Vorschaltgerät geschaffen werden, das als eine Einheit eingesetzt werden kann.

Diese Netzreduzierinduktivitäten können auch für andere Zwecke eingesetzt werden wo eine überhöhte Netzspannung vorhanden ist. Z.B. kann ein Reduziermodul auch in Geräte eingesetzt werden, die z.B. für 220 V Netzspannung ausgelegt sind und an 240 V Netzspannung betrieben werden müssen.

Wird der veränderbare Widerstand durch externe Steuerung ver­ ändert, sind mit der beschriebenen Technik - Gasentladungs­ lampen - in vorgegebenen Bereichen dimmbar.

Als Beispiel wird ein Potentiometer parallel zur Reduzierin­ duktivität geschaltet, so kann man durch Verstellen des Wider­ standwertes, Gasentladungslampen dimmen - je nach Auslegung der Reduzierinduktivität.

Die verlustarme Spannungsreduzierung erfolgt durch die Nach­ magnetisierung des Kernmaterials in der Induktivität.

Der gesamte Lastkreis beim Betrieb von Gasentladungslampen ist auf die weitere Lampe und dazugehöriges Vorschaltgerät verteilt und somit der Stromfluß für die anliegende Netzspannung begrenzt.

Durch die Einschaltung der Reduzierinduktivität in einer Ver­ sorgungsleitung zur Lampe, erzeugt der Stromfluß durch die Induktivität entsprechend der Windungszahl eine Magnetisierung des Kernmaterials.

Mit der Netzfrequenz wird das Magnetfeld umgepolt und wirkt der anliegenden Spannung entgegen und somit erfolgt eine ver­ lustarme Spannungsreduzierung an den Lampen. Die Magnetisierung des Kernmaterial soll über die Sättigung nicht hinausgehen, da sich dann das Kernmaterial erwärmt.

Der Kern sollte ohne gewollten Luftspalt nach Trafokernbauart ausgeführt werden, weil eine Ausführung des Kernes mit Luft­ spalt auch die Energieverluste auf die Reduzierinduktivität erhöhen und somit die gewollte Verbraucherleistung an den Lampen herunterzusetzen, nicht optimal erreicht wird.

Durch die Spannungsreduzierung in dem Lampenlastkreis fließt auch geringerer Strom. Dadurch wird eine Leistungsherabsetzung mit optimaler Lichtausbeute erreicht.

Des weiteren fällt an dem Konventionellen-Vorschaltgerät eine reduzierte Netzspannung ab, und somit wird auch die Verlust­ leistung an dem Vorschaltgerät gemindert.

Indem die Leistung an dem Vorschaltgerät gemindert wird, er­ höht sich der Leistungsfaktor.

Durch die Erhöhung des Leistungsfaktors kann der Kompensations- Kondensator parallel geschaltet werden, damit der kapazitive Strom nicht die Reduzierinduktivität beeinflußt.

Claims (20)

1. Die Neuheit der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer Netzspannungsleitung, Phase oder Null, die einen Lastkreis von Gasentladungslampen zugeordnet ist, eine Induktivität, die in Reihe zugeschaltet wird, wo der Kern ohne gewollten Luftspalt ( Trafo ) ausgelegt ist, Fig. 1; 7, Fig. 2; 13, 14, 15 und 16, Fig. 3; 25 und 26 und zu deren Wicklungen veränderbare stromabhängige oder feste Widerstände parallel Fig. 1; 6, Fig. 2; 11, 12, 19 und 20, Fig. 3; 6, 27 und 28 geschaltet sind, eine verlustarme Reduzierung der Wirk­ leistung an den Lampen 4, 8, 9 und 10, nach dem Zünden wie im Ablaufdiagramm Fig. 4 dargestellt ist, erfolgt.

2. Weitergehend nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Spannungsreduzierung in Abhängigkeit von Windungs­ zahl und Trafokern der Reduzierinduktivität den Erfordernissen beliebig angepaßt wird.

3. Weitergehend nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wicklung der Spannungsreduzierinduktivität Fig. 1; 7, mindestens ein veränderbarer Widerstand der Fig. 1; 6, Fig. 2; 11, 12, fig. 3; 6, geschaltet ist.

4. Weitergehend nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand Fig. 1; 6, Fig. 2; 11, 12, 20, sowie Fig. 3; 6 und 27, sich der Widerstandswert erhöht, wenn sich der Strom auf dem entsprechenden Widerstandswert erhöht.

5. Weitergehend nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstandswert mit unterschiedlichen und gleichen Wertangaben parallel geschaltet werden, wie Fig. 2; 11 und 12.

6. Weitergehend nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand Fig. 1; 6, Fig. 2; 11 und 12, Fig. 3; 6 und 27, nach dem Stand der Technik vorzuglich ein Kaltleiter (PTC 9) ist.

7. Weitergehend nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial Trafobleche aus Eisen oder Ferrite sind.

8. Weitergehend nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Induktivitäten Fig. 3; 25 und 26, zum Spannungsausgleich mit den Bauteilen 27 und 28 geschaltet sind.

9. Nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem veränderbaren Widerstand, der seinen Widerstandswert erhöht, wenn sich der Strom erhöht. Nach dem Stand der Technik Kaltleiter (PTC) ein Widerstand parallel geschaltet ist.

10. Nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzier­ induktivität Fig. 3; 25 und 26 in getrennte Wicklungen auf­ geteilt ist.

11. Nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer Reduzierinduktivität Fig. 3; 26 in Reihe, veränderbare und feste Widerstände 27 und 28 geschaltet sind.

12. Nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pegel­ anpassung der Versorgungsspannung auf den Lampen über passiven Bauteilen, Induktivitäten, Feste- und durch Strom-Spannungs­ veränderbare Widerstände erfolgt.

13. Nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß entgegen­ wirkende veränderbare Widerstände ein Kaltleiter PTC und Heißleiter NTC in Reihe Fig. 2; 19 und 20, parallel zur In­ duktivität geschaltet ist.

14. Nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Strom­ abhängig veränderbare Widerstände mit unterschiedlichen Werten Fig. 2; 11 und 12, parallel zur Reduzierinduktivität geschaltet ist.

15. Nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Reduzierinduktivitäten Fig. 2; 13, 14, 15 und 16 parallel geschaltet sind.

16. Nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterschied­ liche Lampenleistungen und Lampenbereiche - wie Niederdruck­ und Quecksilberdämpfung, Fig. 2; 8, 9 und 10 über eine Redu­ zierinduktivität betrieben werden.

17. Nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzier­ induktivität parallel ein Potentiometer geschaltet ist.

18. Weitergehend nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß durch verstellen des Widerstandwertes des Potentiometer Gasentladungslampen gedimmt werden.

19. Weitergehend nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimmung für Gasentladungslampen ohne zusätzliche Verdrahtung in der Ein- und Ausschaltleitung geschaltet wird.

20. Weitergehend nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduzierinduktivität als ein Modul mit einem Konventionellen- Vorschaltgerät gefertigt wird.