EP0595333A1 - Zündschaltung für eine Hochdruckmetalldampfentladungslampe - Google Patents

Zündschaltung für eine Hochdruckmetalldampfentladungslampe Download PDF

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EP0595333A1
EP0595333A1 EP93117526A EP93117526A EP0595333A1 EP 0595333 A1 EP0595333 A1 EP 0595333A1 EP 93117526 A EP93117526 A EP 93117526A EP 93117526 A EP93117526 A EP 93117526A EP 0595333 A1 EP0595333 A1 EP 0595333A1
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capacitor
ignition
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series
voltage
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Tridonic Bauelemente GmbH
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/02—Details
    • H05B41/04—Starting switches
    • H05B41/042—Starting switches using semiconductor devices

Definitions

  • the invention relates to an ignition circuit for a high-pressure metal vapor discharge lamp according to the preamble of claim 1.
  • Such an ignition circuit is known from DE-OS 31 08 547 and DE-OS 37 36 542.
  • the so-called burner is usually arranged in an evacuated glass bulb.
  • the burner itself consists of a glass tube which has the electrodes at its ends and in which metal vapor, preferably metal halide, forms in the operating state.
  • the piston is provided with electrical connections, preferably a screw socket.
  • the electrical connections of the piston are connected to the connections of the electrodes of the burner via connecting wires.
  • the connecting wires can hold the burner in the piston in a centered position; but it is also possible to provide additional holding wires for the positioning of the burner.
  • High-pressure metal vapor discharge lamps of the type described above and the ignition circuits required for this purpose are often also used on ships or vehicles, such as, for example, crane runways or the like, where they are exposed to strong vibrations.
  • the vibrations can be the cause of the breakage of the lead wires to the burner in the evacuated piston.
  • Such a break has the consequence that the current flowing through the lamp in operation is abruptly interrupted due to the vacuum prevailing in the bulb, without an arc extending the switch-off time being able to form at the point of interruption.
  • the brief switch-off of the relatively high lamp current which can be, for example, 6 A, has the effect that the energy stored in the choke leads to a high voltage surge at the series circuit comprising the surge capacitor and the ignition capacitor and to flow out in the form of a current caused by the series circuit of these two capacitors tries.
  • This surge can destroy the capacitors, especially if they occur repeatedly. The latter is possible because the wire ends come into contact again at the breaking point as a result of the vibrations and are interrupted again, etc.
  • the invention has for its object to take a measure in an ignition circuit of the type described in the preamble, by means of which the destruction of the capacitors of this circuit can be avoided when using lamps with an evacuated glass bulb.
  • the fuse blows immediately, with the result that further operation of the lamp is impossible before the fuse is changed.
  • the lamp can also be replaced. In this way, the capacitors of the ignition circuit are permanently protected.
  • a gas spark gap is suitable for this, for example.
  • the breakdown voltage for a gas spark gap typically used here is approximately 600 to 1,000 V.
  • the gas spark gap In the non-ignited state, the gas spark gap has a very high resistance. If it ignited against it, the resistance is very low. With ignition, the voltage on the gas spark gap is reduced to a burning voltage that is significantly lower than the breakdown voltage.
  • Gas spark gaps with an operating voltage of approximately 20 to 60 V are typically used here. If the voltage applied to the gas spark gap in the ignited state falls below the operating voltage, the gas spark gap falls back into the non-conductive state.
  • the first switch element can be a SIDAC.
  • This component differs from the second switch element in that the maximum voltage and the minimum voltage differ from one another only to a small extent.
  • the ignition circuit shown in the drawing is provided with two connections 1, 2 for the AC network and is used to ignite a high-pressure metal discharge lamp 5.
  • a connection of the lamp 5 is connected to a mains connection 2.
  • the other connection of the lamp 5 is connected to a superimposed ignition voltage device 4.
  • a series inductance 3, which is formed by a choke, is connected upstream of the superimposed ignition voltage device 4.
  • the ballast inductor 3 is on the one hand at the AC mains connection 1 and on the other hand is connected to a connection of a surge capacitor 6.
  • the other terminal of the surge capacitor 6 is connected to a terminal of an auxiliary ignition capacitor 7.
  • the other connection of the auxiliary ignition capacitor 7 is connected to the AC mains connection 2 via a fuse 16.
  • a resistor 8 is connected in parallel to the auxiliary ignition capacitor 7, which ensures compliance with the desired operating voltage range and the given limits for the phase position of the ignition pulses.
  • the connection point between the surge capacitor 6 and the auxiliary ignition capacitor 7 is connected via a high-frequency coil 14 to a connection of a first switch element 9.
  • a first switch element 9 In the present case, this is a SIDAC.
  • This switch element is normally non-conductive. It becomes conductive when the voltage applied to it exceeds a certain threshold voltage value. This applies in both polarity directions.
  • the first switch element 9 can also be a four-layer diode, for example.
  • the other connection of the switch element 9 is connected to a connection of a pulse transformer 10 connected as an autotransformer.
  • the other terminal of the pulse transformer is connected to the lamp 5.
  • the pulse transformer 10 is provided with a tap 13, which is connected to the connection point between the series inductance 3 formed by the choke and the surge capacitor 6.
  • the primary winding lies between the one connection and the tap 13.
  • the secondary winding lies between the tap 13 and the winding end connected to the lamp.
  • a transformer with separate primary and secondary windings can also be used.
  • a gas spark gap 15 is connected in parallel to the series circuit formed by the surge capacitor 6 and the auxiliary ignition capacitor 7.
  • the lamp 5 consists of the burner 17 and an evacuated glass bulb 18.
  • the electrodes are connected to corresponding connections on the piston 18 by connecting wires 19 which hold the burner 17 in the piston 18 in a centered position. But it is also possible that separate holding wires are provided for the burner 17.
  • the circuit works as follows: If the AC network is connected to the connections 1 and 2 and, for example, a positive half-wave begins, the surge capacitor 6 and the auxiliary ignition capacitor 7 are charged via the series inductance 3 formed by the choke during the rising phase of the half-wave. If the voltage across the surge capacitor 6 exceeds the voltage threshold value specified by the first switch element 9, the switch element 9 switches through, that is to say it is suddenly switched from the non-conductive state to the conductive state. As a result, the surge capacitor 6 discharges through the switch element 9. This has the consequence that a voltage surge occurs at the tap 13 of the pulse capacitor 12, which imposes a superimposition on the mains voltage at the upper connection of the lamp 5 and can be several kV. This voltage surge leads to ionization of the lamp 5.
  • the series resonance circuit formed from the series inductance 3 and the auxiliary ignition capacitor 7 is triggered, with the result that a damped oscillation is produced.
  • This lies on the primary winding 11 of the pulse transformer 10 and is stepped up, so that after the voltage surge on the lamp 5, a decaying high-frequency oscillation of high voltage is present.
  • the resonance frequency of the series resonance circuit formed from the series inductor 3 and the auxiliary ignition capacitor 7 is selected such that at least the first half-wave of the decaying oscillation following the voltage surge strikes the still ionized lamp 5 if the lamp 5 has not already ignited the voltage surge. With the decay of the high-frequency oscillation below the voltage threshold value of the first switch element 9, this becomes non-conductive again. Then this process is repeated until the lamp ignites.
  • the gas spark gap 15 was therefore connected in parallel with the series connection of these capacitors.
  • the gas spark gap 15 is a discrete component that is normally non-conductive. However, if a maximum breakdown voltage of, for example, 800 V is exceeded on the gas spark gap, it suddenly becomes conductive, with the result that the energy stored in the inductor 3 does not flow as a current through the capacitors 6 and 7, but via the gas spark gap 15.
  • the fuse 16 is dimensioned such that it blows when the gas spark gap 15 breaks. This ensures that continued operation of a defective lamp 5 is not possible without replacing the blown fuse 16. When the fuse 16 is replaced, the defective lamp 5 can also be replaced.

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Abstract

Bei einer Zündschaltung für eine Hochdruckmetalldampfentladungslampe 5 ist die Reihenschaltung aus Stoßkondensator 6 und Zündhilfskondensator 7 von einer Gasfunkenstrecke 15 überbrückt, die einerseits mit der Drossel 3 und andererseits mit einer Schmelzsicherung 16 am Netz 1, 2 liegt. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß bei einem Bruch der Zuleitungen 19 zu dem Brenner 17 in dem evakuierten Kolben 18 der Lampe 5 an den Kondensatoren 6, 7 entstehende Überspannungen zu einem Durchbruch der Gasfunkenstrecke 15 und damit zu einem Schmelzen der Schmelzsicherung 16 führen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung für eine Hochdruckmetalldampfentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Zündschaltung ist nach der DE-OS 31 08 547 und der DE-OS 37 36 542 bekannt.
  • Bei modernen Hochdruckmetalldampfentladungslampen ist der sogenannte Brenner meistens in einem evakuierten Glaskolben angeordnet. Der Brenner besteht seinerseits aus einer Glasröhre, die an ihren Enden die Elektroden aufweist und in der sich im Betriebszustand Metalldampf, vorzugsweise Halogen-Metalldampf bildet. Der Kolben ist mit elektrischen Anschlüssen, vorzugsweise einer Schraubfassung versehen. Die elektrischen Anschlüsse des Kolbens sind mit den Anschlüssen der Elektroden des Brenners über Verbindungsdrähte verbunden. Die Verbindungsdrähte können den Brenner in dem Kolben in einer zentrierten Position halten; es ist aber auch möglich, zusätzlich Haltedrähte für die Positionierung des Brenners vorzusehen.
  • Hochdruckmetalldampfentladungslampen der vorstehend beschriebenen Art sowie die dazu notwendigen Zündschaltungen werden häufig auch auf Schiffen oder Fahrzeugen, wie beispielsweise Kranbahnen oder dergleichen eingesetzt, wo sie starken Vibrationen ausgesetzt sind. Die Vibrationen können die Ursache für den Bruch der Zuleitungsdrähte zum Brenner in dem evakuierten Kolben sein. Ein solcher Bruch hat zur Folge, daß der durch die im Betrieb befindliche Lampe fließende Strom wegen des in dem Kolben herrschenden Vakuums abrupt unterbrochen wird, ohne daß sich ein die Abschaltzeit verlängender Lichtbogen an der Unterbrechungsstelle ausbilden kann. Die kurzzeitige Abschaltung des relativ hohen Lampenstroms, der beispielsweise 6 A betragen kann, bewirkt, daß die in der Drossel gespeicherte Energie zu einem hohen Spannungsstoß an der Serienschaltung aus Stoßkondensator und Zündkondensator führt und in Form eines dadurch verursachten Stromes über die Reihenschaltung dieser beiden Kondensatoren abzufließen versucht. Dieser Spannungsstoß kann zur Zerstörung der Kondensatoren führen, insbesondere wenn er wiederholt auftritt. Letzteres ist dadurch möglich, daß infolge der Vibrationen die Drahtenden an der Bruchstelle wieder in Kontakt treten und erneut unterbrochen werden usw.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme bei einer Zündschaltung der im Oberbegriff beschriebenen Art zu treffen, mittels welcher die Zerstörung der Kondensatoren dieser Schaltung bei Verwendung von Lampen mit evakuiertem Glaskolben vermieden werden kann.
  • Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Wenn das zweite Schalterelement in den leitenden Zustand übergetreten ist, brennt die Schmelzsicherung sofort durch, mit der Folge, daß ein weiterer Betrieb der Lampe vor einem Wechsel der Schmelzsicherung ausgeschlossen ist. Mit dem Wechsel der Schmelzsicherung kann dann auch die Lampe ausgewechselt werden. Auf diese Weise werden die Kondensatoren der Zündschaltung dauerhaft geschützt.
  • Zweckmäßigerweise wird für das zweite Schalterelement ein solches verwendet, das bei Überspannung besonders schnell abschaltet. Geeignet ist dafür beispielsweise eine Gasfunkenstrecke. Die Durchbruchsspannung für eine hier typischerweise verwendete Gasfunkenstrecke, die als diskretes Bauelement im Handel erhältlich ist, beträgt etwa 600 bis 1.000 V. Im nichtgezündeten Zustand hat die Gasfunkenstrecke einen sehr hohen Widerstand. Wenn sie dagegen gezündet hat, so ist der Widerstand sehr niedrig. Mit dem Zünden verringert sich die Spannung an der Gasfunkenstrecke auf eine Brennspannung, die wesentlich niedriger als die Durchbruchsspannung ist. Typischerweise werden hier Gasfunkenstrecken mit einer Brennspannung von etwa 20 bis 60 V verwendet. Wenn die Spannung, die an der Gasfunkenstrecke im gezündeten Zustand anliegt, die Brennspannung unterschreitet, so fällt die Gasfunkenstrecke wieder in den nichtleitenden Zustand zurück.
  • Das erste Schalterelement kann - wie bekannt - ein SIDAC sein. Dieses Bauelement unterscheidet sich von dem zweiten Schalterelement dadurch, daß die Maximalspannung und die Minimalspannung nur in geringem Maße voneinander abweichen.
  • Da es sich bei Zündschaltungen der hier betrachteten Art um Massenprodukte handelt, ist man bestrebt, den Preis durch Einsparen von Bauelementen niedrig zu halten. In diesem Sinne können - wie ebenfalls bekannt - die Primärwicklung und die Sekundärwicklung des Impulstransformators galvanisch miteinander verbunden sein und auf diese Weise einen Spartransformator bilden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben.
  • Die in der Zeichnung gezeigte Zündschaltung ist mit zwei Anschlüssen 1, 2 für das Wechselstromnetz versehen und dient zum Zünden einer Hochdruckmetallentladungslampe 5. Ein Anschluß der Lampe 5 ist mit einem Netzanschluß 2 verbunden. Der andere Anschluß der Lampe 5 ist mit einem Überlagerungszündspannungsgerät 4 verbunden. Dem Überlagerungszündspannungsgerät 4 ist eine Vorschaltinduktivität 3 vorgeschaltet, die von einer Drossel gebildet ist. Die Vorschaltinduktivität 3 liegt einerseits am Wechselstromnetzanschluß 1 und ist andererseits mit einem Anschluß eines Stoßkondensators 6 verbunden. Der andere Anschluß des Stoßkondensators 6 ist mit einem Anschluß eines Zündhilfskondensators 7 verbunden. Der andere Anschluß des Zündhilfskondensators 7 ist über eine Schmelzsicherung 16 mit dem Wechselstromnetzanschluß 2 verbunden. Dem Zündhilfskondensator 7 ist ein Widerstand 8 parallel geschaltet, der die Einhaltung des gewünschten Betriebsspannungsbereiches und der gegebenen Grenzen für die Phasenlage der Zündimpulse gewährleistet. Der Verbindungspunkt zwischen dem Stoßkondensator 6 und dem Zündhilfskondensator 7 ist über eine Hochfrequenzspule 14 mit einem Anschluß eines ersten Schalterelementes 9 verbunden. Dieses ist im vorliegenden Fall ein SIDAC. Dieses Schalterelement ist normalerweise nicht-leitend. Es wird leitend, wenn die an ihm anliegende Spannung einen bestimmten Schwellspannungswert überschreitet. Das gilt in beiden Polaritätsrichtungen. Das erste Schalterelement 9 kann beispielsweise auch eine Vierschichtdiode sein. Der andere Anschluß des Schalterelementes 9 ist mit einem Anschluß eines als Spartransformator geschalteten Impulstransformators 10 verbunden. Der andere Anschluß des Impulstransformators ist mit der Lampe 5 verbunden. Der Impulstransformator 10 ist mit einer Anzapfung 13 versehen, welche mit dem Verbindungspunkt zwischen der von der Drossel gebildeten Vorschaltinduktivität 3 und dem Stoßkondensator 6 verbunden ist. Bei dem Impulstransformator 10 liegt die Primärwicklung zwischen dem einen Anschluß und der Anzapfung 13. Die Sekundärwicklung liegt zwischen der Anzapfung 13 und dem mit der Lampe verbundenen Wicklungsende. Anstelle des Spartransformators kann auch ein Transformator mit getrennter Primär- und Sekundärwicklung verwendet werden. Zu der von dem Stoßkondensator 6 und dem Zündhilfskondensator 7 gebildeten Reihenschaltung ist eine Gasfunkenstrecke 15 parallel geschaltet.
  • Die Lampe 5 besteht aus dem Brenner 17 und einem evakuierten Glaskolben 18. In dem ebenfalls aus Glas bestehenden Brenner 17 befinden sich die Elektroden sowie die im Betrieb den Metalldampf bildenden Substanzen. Die Elektroden sind mit entsprechenden Anschlüssen am Kolben 18 durch Verbindungsdrähte 19 verbunden, die den Brenner 17 in dem Kolben 18 in zentrierter Position halten. Es ist aber auch möglich, daß seperate Haltedrähte für den Brenner 17 vorgesehen sind.
  • Die Schaltung funktioniert wie folgt: Wenn das Wechselstromnetz an die Anschlüsse 1 und 2 angeschaltet wird und beispielsweise eine positive Halbwelle beginnt, so werden der Stoßkondensator 6 und der Zündhilfskondensator 7 über die von der Drossel gebildete Vorschaltinduktivität 3 während der ansteigenden Phase der Halbwelle aufgeladen. Wenn die Spannung an dem Stoßkondensator 6 den von dem ersten Schalterelement 9 vorgegebenen Spannungsschwellwert überschreitet, so schaltet das Schalterelement 9 durch, d. h. es wird schlagartig vom nicht-leitenden Zustand in den leitenden Zustand umgeschaltet. Dadurch entlädt sich der Stoßkondensator 6 über das Schalterelement 9. Dies hat zur Folge, daß an der Anzapfung 13 des Impulskondensators 12 ein Spannungsstoß entsteht, der sich der am oberen Anschluß der Lampe 5 liegenden Netzspannung überlagert und mehrere kV betragen kann. Dieser Spannungsstoß führt zur Ionisierung der Lampe 5. Gleichzeitig wird der aus der Vorschaltinduktivität 3 und dem Zündhilfskondensator 7 gebildete Reihenresonanzkreis angestoßen, mit der Folge, daß eine gedämpfte Schwingung entsteht. Diese liegt an der Primärwicklung 11 des Impulstransformators 10 und wird hochtransformiert, so daß nach dem Spannungstoß an der Lampe 5 eine abklingende Hochfrequenzschwingung hoher Spannung anliegt. Die Resonanzfrequenz der aus der Vorschaltinduktivität 3 und dem Zündhilfskondensator 7 gebildeten Reihenresonanzschaltung ist so gewählt, daß zumindest die auf den Spannungstoß folgende erste Halbwelle der abklingenden Schwingung auf die noch ionisierte Lampe 5 trifft, wenn die Lampe 5 nicht schon auf den Spannungsstoß hin gezündet hat. Mit dem Abklingen der Hochfrequenzschwingung unterhalb des Spannungsschwellwertes des ersten Schalterelementes 9 wird dieses wieder nicht-leitend. Danach wiederholt sich dieser Vorgang bis die Lampe zündet. Wenn nun beispielsweise dann, wenn die Lampe 5 starken Vibrationen ausgesetzt ist, ein Bruch in einer der Zuleitungen 19 zu dem Brenner 17 innerhalb des evakuierten Kolbens 18 auftritt, so wird - wenn die Lampe 5 in Betrieb ist - der Lampenstrom abrupt unterbrochen, ohne daß die Abschaltung verzögert wird. Dies hat nach der Formel

    U=L·dI/dt
    Figure imgb0001

    zur Folge, daß die in der Drossel 3 gespeicherte Energie zu einem Spannungsstoß vor Amplitude an der Reihenschaltung aus den beiden Kondensatoren 6 und 7 führt und als Strom durch diese beiden Kondensatoren abzufließen versucht. Der Spannungsstoß kann zur Zerstörung der beiden Kondensatoren führen, insbesondere dann, wenn er mehrmals hintereinander auftritt. Letzteres ist möglich, wenn die Bruchstellen der betreffenden Zuleitung 19 in dem Kolben 18 infolge der Vibrationen wiederholt kontaktiert und unterbrochen werden.
  • Um die Kondensatoren 6 und 7 zu schützen, wurde deshalb zu der Reihenschaltung dieser Kondensatoren die Gasfunkenstrecke 15 parallel geschaltet. Die Gasfunkenstrecke 15 ist ein diskretes Bauelement, das normalerweise nichtleitend ist. Wenn jedoch an der Gasfunkenstrecke eine maximale Durchbruchsspannung von beispielsweise 800 V überschritten wird, so wird sie schlagartig leitend, mit der Folge, daß die in der Drossel 3 gespeicherte Energie nicht als Strom über die Kondensatoren 6 und 7 abfließt, sondern über die Gasfunkenstrecke 15. Die Schmelzsicherung 16 ist so dimensioniert, daß sie durchbrennt, wenn die Gasfunkenstrecke 15 durchbricht. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß ein Weiterbetrieb einer defekten Lampe 5 ohne Auswechseln der durchgebrannten Schmelzsicherung 16 nicht möglich ist. Mit dem Auswechseln der Schmelzsicherung 16 kann dann auch die defekte Lampe 5 ausgewechselt werden.

Claims (5)

  1. Zündschaltung für eine Hochdruckmetalldampfentladungslampe, die an eine Wechselstromquelle, vorzugsweise an das Wechselstromnetz anzuschließen ist, bestehend aus einer von einer Drossel gebildeten Vorschaltinduktivität, einem Stoßkondensator, einem Resonanzkondensator, einem ersten Schalterelement, welches zumindest in einer Polaritätsrichtung oberhalb einer bestimmten Maximalspannung leitend und unterhalb einer Minimalspannung nicht-leitend ist, und mit einem Impulstransformator, wobei die Drossel, der Stoßkondensator und der Zündkondensator eine Reihenschaltung bilden, wobei dem Stoßkondensator das erste Schalterelement und die mit dem ersten Schalterelement in Serie geschaltete Primärwicklung des Impulstransformators parallel geschaltet sind, und wobei die Drosselwicklung, die Sekundärwicklung des Impulstransformators und die Lampe ebenfalls eine Reihenschaltung bilden, die an die Wechselstromquelle anzuschließen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zu der Reihenschaltung aus Stoßkondensator (6) und Zündkondensator (7) zusätzlich eine Schmelzsicherung (16) in Reihe geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung aus Zündkondensator (7), Stoßkondensator (6) und Schmelzsicherung an die Wechselstromquelle (1, 2) anzuschließen ist, daß der Reihenschaltung aus Zündkondensator (7) und Stoßkondensator (6) ein zweites Schalterelement (15) parallel geschaltet ist, welches zumindest in einer Polaritätsrichtung oberhalb einer bestimmten Maximalspannung leitend und unterhalb einer Minimalspannung nicht-leitend ist, und daß die Schmelzsicherung (16) so bemessen ist, daß sie durchbrennt, wenn das zweite Schalterelement (15) leitend wird.
  2. Zündschaltung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das zweite Schalterelement (15) eine Gasfunkenstrecke ist.
  3. Zündschaltung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Durchbruchspannung der Gasfunkenstrecke etwa 600 bis 1.000 V und die Brennspannung etwa 20 bis 60 V ist.
  4. Zündschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das erste Schalterelement ein SIDAC ist.
  5. Zündschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Primärwicklung (11) und die Sekundärwicklung (12) des Impulstransformators (10) galvanisch verbunden sind und einen Spartransformator bilden.
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