DE911033C - Arrangement for improving the power factor in inverters for feeding loads that require an at least approximately sinusoidal current - Google Patents

Arrangement for improving the power factor in inverters for feeding loads that require an at least approximately sinusoidal current

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DE911033C
DE911033C DEL10149A DEL0010149A DE911033C DE 911033 C DE911033 C DE 911033C DE L10149 A DEL10149 A DE L10149A DE L0010149 A DEL0010149 A DE L0010149A DE 911033 C DE911033 C DE 911033C
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DE
Germany
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choke
current
capacitor
power factor
arrangement
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DEL10149A
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Inventor
Dipl-Ing Helmut Boehm
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/24Circuit arrangements in which the lamp is fed by high frequency ac, or with separate oscillator frequency

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

Anordnung zur Verbesserung des Leistungsfaktors bei Wechselrichtern zur Speisung von Verbrauchern, die einen wenigstens angenähert sinusförmigen Strom benötigen Zusatz zum Patent 882 723 Gegenstand des Patents 882 727 ist eine Anordnung zur Verbesserung des Leistungsfaktors bei Wechselrichtern zur Speisung von Verbrauchern, die einen wenigstens angenähert sinusförmigen Strom benötigen, und zwar wird ein Teil der Verbraucher über Reihendrosseln, ein anderer Teil über Reihenkondensatoren gespeist. Vorliegende Erfindung stellt eine Weiterbildung dieses Gedankens dar, und zwar sind erfindungsgemäß zwei Drosseln in Reihe mit dem Verbraucher geschaltet, deren Mitte über einen Kondensator mit dem anderen Pol des Speisenetzes derart verbunden ist, daß auf der Netzseite sich ein angenähert rechteckförmiger Wechselstrom bei gutem Leistungsfaktor bildet, daß der Effektivstrom des Speisenetzes zum Verbraucherstrom ein Minimum erreicht und daß der Ladestrom des Kondensators sich aus Teilstrecken von angenäherten Sinuskurven mit geringer Dämpfung von etwa der i1/2fachen Frequenz zusammensetzt.Arrangement to improve the power factor in inverters for supplying consumers with an at least approximately sinusoidal current need addendum to patent 882,723 subject of patent 882,727 is an arrangement to improve the power factor in inverters for feeding consumers, which require an at least approximately sinusoidal current, namely a Part of the consumers via series chokes, another part via series capacitors fed. The present invention represents a further development of this idea, namely two chokes are connected in series with the consumer according to the invention, the center of which is connected to the other pole of the feed network via a capacitor is that on the network side there is an approximately square-wave alternating current Good power factor forms that the effective current of the supply network to the consumer current reaches a minimum and that the charging current of the capacitor is made up of sections of approximated sinusoidal curves with low damping of about i1 / 2 times the frequency composed.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgedanke beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i eine Schaltung mit einer Leuchtstoffröhre L als Verbraucher. Außerdem werden die Drosseln D1 und D2 sowie der Kondensator C von der Wechselspannung U h des Wechselrichters gespeist. Die beiden Drosseln können in ihrer Induktivität gleich oder verschieden sein. An die Mitte U' der beiden Drosseln und an den anderen Pol V ist ein Kondensator C angeschlossen. Die Leuchtstofflampe wird zur Zündung schließlich noch durch die Zündröhre Z in bekannter Weise überbrückt. Der Kondensator C wird so abgestimmt, daß der Ober-Wellenstrom bzw. die Oberwellenspannung (dritte Oberwelle) über den Kondensator C abgeführt wird, so daß die Spannung an der Leuchtstofflampe und Drossel D2 annähernd sinusförmig wird. Der Strom in der Netzleitung wird alsdann annähernd reehteckförmig und fällt zeitlich mit der Spannungskurve des Wechselrichters zusammen. Infolgedessen wird der Wechselrichter sehr günstig belastet, und die Verluste werden ein Minimum. Wenn es auch durch diese Schaltung gelungen ist, eine einheitliche Montage der Leu@htstofflampen zu erzielen und den Wirkungsgrad es Wechselrichters auf 85 bis go% zu steigern, so darf man nicht außer acht lassen, daß im Gegensatz zur normalen Schaltung statt einer Vorschaltdrossel zwei benötigt werden, wodurch an sich die Verluste im Lampenkreis steigen. Die Drosseln lassen sich jedoch so auslegen, daß ihre Verluste zusammen kaum nennenswert größer sind als bei einer Drossel für normalen Netzbetrieb. Außerdem sind die Ströme in der Drossel D1 durch die Verbesserung des Leistungsfaktors wesentlich kleiner und können in der Größenordnung von 5o bis 6o% des Lampenstromes liegen. Da die Ohmschen Verluste mit dem Quadrat der Stromstärke steigen, sind die Verluste in der Drossel D1 infolge des kleineren Stromes bei gleicher Type wesentlich kleiner als in der Drossel D2.In the drawing, the idea of the invention is illustrated, for example, namely Fig. i shows a circuit with a fluorescent tube L as a consumer. In addition, the chokes D1 and D2 and the capacitor C are activated by the alternating voltage U h powered by the inverter. The two chokes can in their inductance be the same or different. To the middle U 'of the two Chokes and a capacitor C is connected to the other pole V. The fluorescent lamp is finally bridged by the ignition tube Z in a known manner for ignition. The capacitor C is tuned so that the harmonic current or the harmonic voltage (third harmonic) is dissipated via the capacitor C, so that the voltage on the fluorescent lamp and choke D2 is approximately sinusoidal. The current in the The power line then becomes approximately rectangular and coincides with the voltage curve over time of the inverter together. As a result, the inverter becomes very inexpensive burdened, and the losses will be a minimum. If it is also through this circuit has succeeded in achieving a uniform assembly of the fluorescent lamps and the To increase the efficiency of the inverter to 85 to go%, one must not except Be careful that in contrast to normal switching instead of a series reactor two are required, which in itself increases the losses in the lamp circuit. The thrushes can, however, be interpreted in such a way that their combined losses are hardly appreciably greater than with a choke for normal mains operation. Also, the currents are in the choke D1 by improving the power factor is much smaller and can be in the range of 5o to 6o% of the lamp current. Because the Ohms Losses increase with the square of the current strength, are the losses in the choke D1 due to the smaller current for the same type is significantly smaller than in the Throttle D2.

Die Eigenfrequenz des Drosselkondensatorkreises muß etwa 5o% höher liegen als die Wechselrichterfrequenz, um einen günstigen Leistungsfaktor auf der Wechselrichterseite zu erzielen, d. h. das Verhältnis des vom Wechselrichter aufgenommenen Stromes zum Lampenstrom erreicht dann ein Minimum. Die Schwingungskreise sind wenig gedämpft, was mit Rücksicht auf die Verminderung der Verluste erwünscht ist. Man wird bei der Abstimmung auf die z,5fache Netzfrequenz wegen der Eigenfrequenz versuchen, den Faktor der Induktivität so klein wie möglich zu machen und den Faktor des Kondensators größer zu wählen, da die Kondensatoren gegenüber den Drosseln verschwindend kleine Verluste aufweisen.The natural frequency of the choke capacitor circuit must be about 50% higher than the inverter frequency in order to achieve a favorable power factor on the inverter side, ie the ratio of the current consumed by the inverter to the lamp current then reaches a minimum. The oscillation circles are not attenuated much, which is desirable with a view to reducing losses. When tuning to the z, 5 times the network frequency because of the natural frequency try to make the factor of the inductance as small as possible and to choose the factor of the capacitor larger, since the capacitors have negligible losses compared to the chokes.

3n Fig. 2 ist eine andere Anordnung gezeigt, bei der ein Kondensator C parallel zur Drossel D1 liegt, mit welcher in der Hauptsache die dritte Oberwelle der Spannung aus dem Stromkreis der Lampe ferngehalten wird. Meist ist außerdem noch der gestrichelte Kondensatorkreis mit dem Kondensator C erforderlich, um den Leistungsfaktor günstig zu beeinflussen. Eine weitere Anordnung zeigt die Fig. 3, bei welcher drei Drosseln Do, DL und De erforderlich sind, die zwar einen gut kompensierten rechteckigen Wechselstrom am Wechselrichter ergibt, jedoch wegen der Verluste in den drei Vorschaltdrosseln etwas ungünstiger arbeitet. Fig. 4. stellt die gleiche Schaltung dar; die dritte Drossel Do ist jedoch als gemeinsames Vorschaltglied fortgelassen. Die Kompensation ist hier nicht so vollständig wie nach der Schaltung nach Fig. 3, auch ist der rechteckige Wechselstrom mit einem tiefen Satteleinschnitt versehen, doch sind die Gesamtverluste kleiner. Eine weitere Anordnung zeigt die Fig. 5, bei der der Drosselkondensatorkreis mit De und C parallel zur Drossel DL gelegt ist, die also mit der Fig. 3 eine gewisse Ähnlichkeit hat. Auch hierbei ergibt sich wieder ein annähernd rechteckiger, gut kompensierter Wechselstrom, doch sind die Verluste der drei Drosseln etwas störend. e An Hand der vorgenannten Beispiele ist gezeigt, daß man die Kompensationsschaltungen sehr verschieden ausführen kann. Es gibt noch weitere Anordnungen dieser Art, die jedoch alle annähernd dasselbe bewirken.3n Fig. 2 shows another arrangement in which a capacitor C is parallel to the inductor D1, with which the third harmonic of the voltage is kept away from the circuit of the lamp in the main. Usually the dashed capacitor circuit with the capacitor C is also required in order to have a favorable effect on the power factor. Another arrangement is shown in FIG. 3, in which three chokes Do, DL and De are required, which indeed result in a well-compensated rectangular alternating current at the inverter, but work somewhat less favorably because of the losses in the three series chokes. Fig. 4 shows the same circuit; however, the third choke Do is omitted as a common ballast element. The compensation is not as complete here as after the circuit according to FIG. 3, and the rectangular alternating current is also provided with a deep saddle notch, but the total losses are smaller. A further arrangement is shown in FIG. 5, in which the choke capacitor circuit with De and C is placed parallel to the choke DL , which is therefore somewhat similar to FIG. 3. Here, too, there is again an approximately rectangular, well-compensated alternating current, but the losses of the three chokes are somewhat disruptive. e The above examples show that the compensation circuits can be designed very differently. There are other arrangements of this type, but they all have approximately the same effect.

Noch einmal zusammengefaßt ergeben sich bei der Schaltung nach Fig. i etwa folgende Strom-und Spannungskurven: An den Klemmen UV, Spannungskurve rechteckig, an den Klemmen U' V, Spannungskurve sinusförmig, an der Leuchtstofflampe, Spannungskurve entsprechend der Entladecharakteristik der Leuchtstofflampe, Strom in der Drossel D1, angenähert rechteckig, Strom in der Drossel Dz; angenähert sinusförmig, Strom im Kondensatorkreis C setzt sich aus Bruchstücken von Sinuskurven der 11/2fachen Netzfrequenz zusammen, wie in Fig.6 gezeigt.At voltage curve voltage curve terminals UV, voltage curve rectangular, at the terminals U 'V, sinusoidal, at the fluorescent lamp, in accordance with the discharge characteristic of the fluorescent lamp, power in: again summarized i as the following current and voltage curves arise in the circuit of FIG. the choke D1, approximately rectangular, current in the choke Dz; approximately sinusoidal, current in capacitor circuit C is composed of fragments of sinusoidal curves of 11/2 times the mains frequency, as shown in Fig. 6.

Während üblicherweise bei Zerhackern im Wechselrichterkreis ein voreilender Kondensatorstrom angestrebt wird, um den Strom im Augenblick der Kontaktöffnung Null werden zu lassen, ist dies beim Wechselrichter mit Quecksilberstrahl nicht erforderlich. Es kann der volle Strom i unterbrochen werden, wenn, wie im Hauptpatent bereits betont, die Kondensatoren zur Grundkompensation am Wechselrichter einerseits die öffnungsspannung an der Elektrode so klein halten, daß keine Rückzündung stattfinden kann und andererseits der nächstschließende Kontakt ohne wesentliche Spannungsdifferenz geschlossen werden kann. Diese Bedingungen, die für die Kontaktpause gelten, ändern sich mit der Belastung. Es empfiehlt sich deshalb, zu jeder Schaltung noch einen kleinen Parallelkondensator unter Umständen zum Wechselrichternetz zu schalten.While usually a leading one with choppers in the inverter circuit Capacitor current is aimed at the current at the moment of contact opening This is not the case with inverters with a mercury beam necessary. The full current i can be interrupted if, as in the main patent already emphasized, the capacitors for basic compensation on the inverter on the one hand keep the opening voltage at the electrode so small that no flashback takes place can and on the other hand the next closing contact without any significant voltage difference can be closed. Change these conditions that apply to the contact break deal with the burden. It is therefore advisable to add one to each circuit under certain circumstances to switch a small parallel capacitor to the inverter network.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE: r. Anordnung zur Verbesserung des Leistungsfaktors bei Wechselrichtern zur Speisung von Verbrauchern, die einen wenigstens angenähert sinusförmigen Strom benötigen, nach Patent 882 727, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drosseln in Reihe mit dem Verbraucher geschaltet sind, deren Mitte über einen Kondensator mit dem anderen Pol des Speisenetzes derart verbunden ist, daß auf der Netzseite sich ein angenähert rechteckiger Wechselstrom bei gutem Leistungsfaktor bildet, daß der Effektivstrom des Speisenetzes zum Verbraucherstrom ein Minimum erreicht und daß der Ladestrom des Kondensators sich aus Teilstücken von angenäherten Sinuskurven mit geringer Dämpfung von etwa der i1/2fachen Frequenz zusammensetzt. PATENT CLAIMS: r. Arrangement to improve the power factor in the case of inverters for feeding consumers, which at least approximates one require sinusoidal current, according to patent 882 727, characterized in that two chokes are connected in series with the consumer, the middle of which has one capacitor connected to the other pole of the feed network in this way is that on the network side there is an approximately rectangular alternating current with good The power factor is formed by the effective current of the supply network to the consumer current reaches a minimum and that the charging current of the capacitor is made up of sections of approximated sinusoidal curves with low damping of about i1 / 2 times the frequency composed. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß im Produkt (L - C) des Resonanzkreises für die il/2fache Wechselrichterfrequenz der Faktor (C) größer zwecks Verminderung der Verluste ist. 2. Arrangement according to claim i, characterized in that in the product (L - C) of the resonance circuit for il / 2 times the inverter frequency is the factor (C) is larger in order to reduce the loss. 3. Anordnung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Drosseln vorgesehen sind, und zwar eine gemeinsame Vordrossel, eine Strombegrenzungsdrossel für die Leuchtstofflampe und eine Drossel für den Kondensatorkreis (Fig. 3 und 5). q.. 3. Arrangement according to claim i or 2, characterized in that three chokes are provided, one common Choke, a current limiting choke for the fluorescent lamp and a choke for the capacitor circuit (Fig. 3 and 5). q .. Abänderung der Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Vordrossel fortfällt und nur zwei Drosseln vorgesehen sind (Fig. q.): Modification of the arrangement according to claim 3, characterized in that the common choke is omitted and only two Chokes are provided (Fig. Q.): 5. Anordnung nach Anspruch i oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vordrossel und eine Strombegrenzungsdrossel mit parallel geschaltetem Drosselkondensatorkreis vorhanden sind (Fig. 5).5. Arrangement according to claim i or the following, characterized in that a choke and a current limiting choke with parallel connected choke capacitor circuit are available (Fig. 5).
DEL10149A 1951-09-20 1951-09-20 Arrangement for improving the power factor in inverters for feeding loads that require an at least approximately sinusoidal current Expired DE911033C (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1198929B (en) * 1963-10-02 1965-08-19 Licentia Gmbh Filter circuit for inverter to supply several parallel switched, individually switched on and off fluorescent lamps

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1198929B (en) * 1963-10-02 1965-08-19 Licentia Gmbh Filter circuit for inverter to supply several parallel switched, individually switched on and off fluorescent lamps

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