DE3800886A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern der versorgungsspannung einer entladungslampe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Versorgungsspannung einer Entladungslampe sowie eine Vor­ richtung zum Durchführen dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 5.

In den meisten Betrieben und Kaufhäusern werden für die Beleuch­ tung überwiegend Entladungslampen eingesetzt. Zwar haben Entla­ dungslampen ein deutlich besseres Verhältnis von Beleuchtungs­ stärke zu der verbrauchten elektrischen Leistung, als dies bei­ spielsweise bei Glühlampen der Fall ist. Nichtsdestoweniger lie­ gen die für die Beleuchtung aufgewendeten Betriebskosten auch bei Einsatz von Entladungslampen sowohl für die Energiekosten wie auch für den periodischen Ersatz von verbrauchten Entla­ dungslampen in erheblichen Größenordnungen. Insbesondere bei solchen Betrieben und Kaufhäusern, die von einer eigenen Trafo­ station aus mit Strom versorgt werden, liegt die Netzspannung nicht selten in der Größenordnung von bis zu 240 V anstelle der geforderten Netzspannung von 220 V. Eine derart hohe Netzspan­ nung führt bei Einsatz von Entladungslampen nicht nur zu einem gegenüber einem Betrieb mit 220 V erheblich erhöhten Stromver­ brauch, sondern auch zu frühzeitig auftretenden Entladungs­ lampendefekten. Das Beheben derartiger Defekte erfordert nicht nur hohe Materialkosten, sondern insbesondere auch hohe Perso­ nalkosten.

Im Hinblick auf den oben beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art so weiterzu­ bilden, daß bei einer im wesentlichen beibehaltenen Beleuch­ tungsstärke die Versorgungsleistung für die Entladungslampe re­ duziert und deren Lebensdauer verlängert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie bei einer Vorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 5 durch die im jeweiligen kennzeich­ nenden Teil dieser Ansprüche angegebenen Merkmale gelöst.

Der vorliegenden Erfindung liegt einerseits die Erkenntnis zu­ grunde, daß das mit handelsüblichen Entladungslampen erzielbare Verhältnis von Beleuchtungsstärke zu Versorgungsleistung ein Ma­ ximum aufweist, das im Bereich zwischen 75% und 95% der Nennlei­ stung liegt, und daß andererseits eine reduzierte Versorgungs­ spannung, bei der üblicherweise keine sichere Zündung der Entla­ dungslampe gewährleistet ist, dann kein Problem für den Betrieb der Entladungslampe darstellt, wenn diese zunächst eine bestimm­ te Zeit lang mit ihrer Nennspannung betrieben und damit nach ei­ ner sicheren Zündung auf Betriebstemperatur gebracht worden ist. Bei dem Betrieb mit der verminderten Versorgungsspannung nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer des Betriebes mit Nenn­ spannung wird nicht nur die Leistungsaufnahme der Entladungs­ lampe im wesentlichen quadratisch mit der Absenkung der Versor­ gungsspannung gegenüber der Nennspannung vermindert, sondern auch die Lebensdauer der Entladungslampe erheblich erhöht. Über­ raschenderweise geht jedoch die bei Betrieb mit einer verminder­ ten Versorgungsspannung erzielbare Beleuchtungsstärke in einem bestimmten, im Patentanspruch definierten Bereich unterhalb des Nennspannungsbereiches nicht im gleichen Maß zurück wie die Lei­ stungsaufnahme, so daß ein vom Entladungslampentyp abhängiger Betriebspunkt eines optimalen Verhältnisses von erzielter Be­ leuchtungsstärke zu verbrauchter elektrischer Leistung in dem im Patentanspruch definierten Bereich einstellbar ist.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrich­ tung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Figur näher erläutert. Diese zeigt eine schemati­ sche Schaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Steuern der Versorgungsspannung einer Entladungslampe.

Bevor auf die Figur eingegangen wird, soll zunächst das erfin­ dungsgemäße Verfahren anhand einer die Erfindung betreffenden Versuchsreihe erläutert werden.

Wie bereits dargelegt wurde, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Entladungslampe zunächst während einer vorbe­ stimmten Zeitdauer mit ihrer Nennspannung betrieben. Eine übli­ che Leuchtstoffröhre wird also zunächst während einer Zeitdauer von beispielsweise 5 min mit einer Spannung von 220 bis 230 V betrieben. Während dieser Zeitdauer erreicht die Entladungs­ lampe bzw. Leuchtstoffröhre ihre Betriebstemperatur. Nach Ab­ lauf dieser Zeitdauer sowie mit Erreichen der Betriebstempera­ tur kann die Versorgungsspannung abgesenkt werden, ohne daß es zu einem Abreißen des Lichtstromes der Entladungslampe kommt. Nach Ablauf dieser Zeitdauer wird die Versorgungsspannung auf einen Wert zwischen 75 und 95%, vorzugsweise zwischen 85 und 90% der Nennspannung gesenkt.

Die nachfolgende Tabelle zeigt eine mit einer handelsüblichen Leuchtstoffröhre erstellte Versuchsreihe, die den Zusammenhang zwischen der Versorgungsspannung U, der aufgenommenen Leistung P, der Beleuchtungsstärke E sowie dem Quotienten der Beleuch­ tungsstärke E zur Versorgungsleistung P darstellt.

Aus der obigen Tabelle erkennt man deutlich, daß der Quotient E/P, also das Verhältnis der Beleuchtungsstärke zu der von der Entladungsröhre aufgenommenen elektrischen Leistung ein Maximum hat, das gemäß weitergehenden Experimenten im Bereich zwischen 85 und 90% der Nennspannung liegt.

Bei üblichen Außentemperaturen erreicht eine Entladungslampe ihre Betriebstemperatur nach etwa 5 min. Nach Ablauf dieser Zeitdauer kann die Versorgungsspannung aus dem genannten Versor­ gungsspannungsbereich reduziert werden, ohne daß ein Abreißen des Lichtstromes zu befürchten ist.

Eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Figur dargestellt. Die Vorrichtung in ihrer Gesamt­ heit ist mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet.

Die Vorrichtung 1 umfaßt einen Transformator 2 mit einstellba­ rem Übersetzungsverhältnis. Eine Primärwicklung 3 des Transfor­ mators 2 ist an eine Phase 9 und einen Nulleiter 10 angeschlos­ sen. Eine Sekundärwicklung 4 des Transformators 2 ist ebenfalls gegen den Nulleiter 10 geschaltet. Ein verschiebbarer Abgriff 5 für die Sekundärwicklung bewirkt ein veränderliches Überset­ zungsverhältnis. Damit ist die Ausgangsspannung des Transforma­ tors 2 in Abhängigkeit von der Lage des Abgriffes 5 frei ein­ stellbar. Der Abgriff 5 ist an einen Umschalter 6 angeschlos­ sen, der einer Entladungslampe 8 wahlweise die am Abgriff 5 an­ liegende Spannung oder die Netzspannung zuführt.

Die Ausgangsspannung des Transformators 2 wird von einer Span­ nungs-Regeleinheit 7 gemessen, die die Stellung des Abgriffes 5 derart nachregelt, daß die gewünschte Ausgangsspannung von bei­ spielsweise 195 V erzeugt wird.

Die Spannungs-Regeleinheit 7 beinhaltet auch ein (nicht gezeig­ tes) Zeitglied, das den Umschalter 6 während einer ersten Zeit­ dauer von 5 min nach Einschalten der Entladungslampe in der Stellung hält, in der diese direkt an der Netzspannung liegt. Nach Ablauf dieser Zeitdauer wird die Entladungslampe durch Um­ schalten des Umschalters 6 mit der verminderten Versorgungsspan­ nung, die am Abgriff 5 anliegt, versorgt.

Bei der in der Figur schematisch dargestellten Auführungsform wird die Sekundärspannung des Transformators durch einen schema­ tisch darstellten, verstellbaren Abgriff eingestellt. Selbstver­ ständlich kann jedoch die Herabsetzung des sekundären Wechsel­ spannungsamplitudenwertes auch mit einer Reihe von anderen Schaltungskonfigurationen erzielt werden. Beispielsweise ist es möglich, die Sekundärspannung mittels einer einstellbaren Gegen­ induktion abzusenken. Gleichfalls ist es möglich, die magne­ tische Kopplung des Transformators veränderlich zu gestalten, um auf diese Weise die Sekundärspannung einzustellen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Steuern der Versorgungsspannung einer Entla­ dungslampe, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungslampe (8) während einer vorbestimmten Zeitdauer nach ihrem Einschalten mit einer Versorgungsspannung, die im wesentlichen der Nennbe­ triebsspannung entspricht, betrieben wird, und daß die Entla­ dungslampe (8) anschließend mit einer verminderten Versorgungs­ spannung, die zwischen 75% und 95% der Nennspannung liegt, be­ trieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungslampe (8) mit einer zwischen 85% und 90% der Nennspan­ nung liegenden Versorgungsspannung betrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zeitdauer zum Betreiben der Entladungs­ lampe (8) mit Nennspannung etwa 5 min beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Amplitude der verminderten Versorgungsspan­ nung gemessen und zum Ausgleich von Schwankungen der Netzspan­ nung nachgeregelt wird.

5. Vorrichtung zum Steuern der Versorgungsspannung einer Entla­ dungslampe gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekennzeichnet durch

• - einen bezüglich seines Übersetzungsverhältnisses von Ein­ gangsspannung zu Ausgangsspannung steuerbaren Transformator (2), dem eingangsseitig die Netzspannung zuführbar ist,
• - eine Spannungs-Regeleinheit (7) zum Messen der Ausgangsspan­ nung des Transformators (2) und zum Steuern seines Übersetzungs­ verhältnisses,
• - einen Umschalter (6) zum wahlweisen Verbinden der Entladungs­ lampe (8) mit der Netzspannung bzw. mit dem Ausgang des Trans­ formators (2), und
• - ein Zeitglied (in 7) zum Betätigen des Umschalters (6) nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer.