NL8304164A - Wijze van bedrijven van een hogedrukontladingslamp. - Google Patents

Description

% .. ' 'T?~' » .

m EHN.10.864 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven

Wijze van bedrijven van een hogedrukontladingslamp. --

De uitvinding heeft betrekking op een wijze van bedrijven van een hogedrukontladingslamp voorzien van een ontladingsvat waarin naast een ioniseer bare vulling twee elektroden waartussen in de bedrijfstoestand van de lamp de ontlading plaats vindt, en de elektroden 5 van de lamp in de bedrij fstoestand elektrisch zijn verbonden met een voedingsbron die een vermogen van periodiek wisselende grootte levert : dat is opgebouwd uit een of meer sinusvormig met de tijd verlopende X*.·.

vermogensbestanddelen met frequentie V . Tevens heeft de uitvinding betrekking op een inrichting geschikt voor het op zodanige wijze j0 bedrijven van een hogedrukcntladingslanp.

Een wijze van bedrijven van een hogedrukcntladingslanp van de in de aanhef genoemde soort is bekend uit de Europese octrooi-aanvrage 83200662 (PHN.10.349) (pubiikatie nr. 0094137-A1). De betreffende faogedrukcntladingslampen vinden op zeer grote schaal toepassing 15 voor algemene verlichting. Naast openbare verlichting zoals straatverlichting betreft dit ook binnenverlichting van bijvoorbeeld sporthallen tot zelfs in de huiselijke sfeer.

Ontladingslaoopen warden veelal bedreven met een wissel-spanningsbron, bijvoorbeeld met de gebruikelijke netfrequentie. Ode 20 is het bekend lampen te bedrijven bij hogere frequenties. Bij een dergelijk wisselspanningsbedrijf neemt de lamp een vermogen op van periodiek wisselende grootte. Zoals bekend, kan elk vermogen van periodiek wisselende grootte met behulp van FburierHrransfonnatie warden gerepresenteerd als een reeks van sinusvannig met de tijd 25 verlopende vermogensbestanddelen van onderling verschillende frequentie, welke reeks tevens een vermogensbestanddeel van kenstante grootte kan omvatten.

Voor het bedrijven van een ontladingslamp wordt in het algemeen een inductieve of capacitieve stabilisatieballast gebruikt.

30 De impedantiewaarde van een dergelijke stabilisatieballast is afhankelijk van de frequentie waarop de lanp bedreven wordt. Het bedrijven bij hogere frequenties is aantrekkelijk omdat ter verkrijging van eenzelfde impedantiewaarde volstaan kan worden met een kleinere waarde__ 83*4164 * PHN.10.864 2 van de stabilisatieballast. Eten kleinere waarde van de stabilisatie-ballast heeft als algemeen voordeel, dat het in de ballast gedissipeerde vermogen, tengevolge van parasitaire weerstand, kleiner is hetgeen voor de combinatie lanp-ballast een rendementsverbetering betekent.

5 Daarenboven zijn in het algemeen ook de afmetingen kleiner, hetgeen de mogelijkheid tot integratie van de stabilisatieballast in de lamp vergroot.

Een algemeen bekend probleem bij het bedrijven van een hogedrukontladingslamp met hogere frequenties is het kunnen optreden 10 van booginstabiliteiten tengevolge van akoestische resonanties.

Tengevolge van het bedrijven van de lamp op een vermogen van wisselende grootte, zullen er overeenkomstige drukvariaties in het gas vormige deel van de vulling van het ontladingsvat optreden. Onder omstandigheden kan dit leiden tot het optreden van staande drukgolven. Dit 15 staat bekend onder de uitdrukking akoestische resonanties. Tengevolge van de akoestische resonanties kan de ontlading uit zijn positie worden gedwongen. Dan is er sprake van booginstabiliteiten. De booginstabiliteiten hebben in het algemeen een ongunstige invloed op de licht-technische eigenschappen van de lamp en kunnen zelfs tot doven 2o van de lamp leiden.

Bij de bekende wijze van bedrijven van een hogedrukont-ladingslaitp vrordt het optreden van booginstabiliteiten tengevolge van akoestische resonanties voorkomen door van elk vermogensbestanddeel afzonderlijk de amplitude te regelen als funktie van het totale 25 door de lamp opgenomen vermogen. Met deze bekende funktie kunnen de frequenties waarop de lamp bedreven wordt, vrij gekozen worden. Naast de eisen van het opwekken van de gewenste frequenties afwijkend van de gebruikelijke netfrequenties, stellen de amplituderegelingen extra eisen aan de te gebruiken voedingsbron, hetgeen leidt tot 30 min of meer complexe voedingsinrichtingen. De uitvinding beoogt een maatregel ter vereenvoudiging van de te stellen eisen aan de voedingsbron.

Een wijze van bedrijven van een hogedrukontladingslamp van de in de aanhef genoemde soort is daartoe volgens de uitvinding 35 gekenmerkt, doordat voor elke frequentie V ^ voldaan is aan de relatie V ^ 60.waarin V ^ de kleinste frequentie is waarbij in de bedrij fs toes tand van de lamp een staande drukgolf in het ontladingsvat kan optreden.

« _______ 8304164 * PHN.10.864 3

De uitvinding stelt slechts ten. aanzien van de frequentie waarop de hogedrukontladingslanp bedreven wordt eisen aan de voedingsbron, hetgeen een sterke vereenvoudiging vormt ten aanzien van eisen voortvloeiend uit toepassing van de békende werkwijze. Gebleken is 5 dat reeds bij bedrijven met frequenties volgens de uitvinding boog-instabiliteiten tengevolge van akoestische resonanties geen merkbare invloed hebben op de licht-technische en elektrische eigenschappen van de larrp.

De kleinste frequentie waarbij in de bedrij fs toestand 10 van de lamp een staande drukgolf in het cntladingsvat kan optreden hangt af van de vorm en afmetingen van het ontladingsvat. Zo geldt voor een langgerekt ontladingsvat met gemiddelde inwendige straal R. (in m) en effektieve inwendige lengte L (in m), dat indien

ïi C

^ y 1.7, V i waarin c de voortplantingssnelheid van 15 drukgolven is in het ontladingsvat in m/s.

En indien < 1.7 geldt V λ

Voor een bolvoonig cntladingsvat met inwendige straal (in m) geldt λ) _ 2.082 c 20 M “ 2Tf R±

De effektieve inwendige lengte L van het ontladingsvat is het quotiënt van het door het ontladingsvat ansloten volume en het oppervlak van de grootste dwarsdoorsnede van het ontladingsvat.

Ten aanzien van de voortplantingssnelheid van drukgolven ö 25 wordt opgemerkt, dat deze met goede benadering voldoet aan de relatie: r __1 * c = (cρ/c^p . (RT/M) , waarin

Cp/cv de verhouding van socrtelijke warmte bij kcnstante druk en soortelijke warmte bij konstant volume van het gasvormige deel 30 van de vulling van het ontladingsvat, -1 -1 R de universele gaskonstante (8.313 J mol K ), T de gemiddelde temperatuur van het gasvormige deel van de vulling van het ontladingsvat in K,en M de gemiddelde massa per mol van het gasvormige deel van de 35 .

vulling van het ontladingsvat uitgedrukt in kg/mol is.

Bij hogedruknatriumontladingslanpen, waarvan de vulling in het algemeen naast een overmaat kwik-natriumamalgaam tevens een 8304164 PHN.10.864 4 ' * edelgas bevat, bedraagt in de bedrijfstoestand de gemiddelde massa per mol M van het gas vormige deel van de vulling ca 0,15 kg/mol, de gemiddelde temperatuur T circa 2600 K en derhalve de genoemde voortplantingssnelheid ca. 490 m/s.

5 In geval van een conventionele hogedrukkwikontladingslamp waarvan de vulling naast kwik eventueel enig edelgas bevat, ligt de gemiddelde massa per mol M in de orde van 0,2 kg/mol, bedraagt de gemiddelde temperatuur T ca. 3000 K en de genoemde voortplantingssnelheid ca. 455 m/s.

ID Voor bestaande metaalhalogenide-lampen is in het algemeen het bestanddeel aan kwik bepalend voor de gemiddelde massa per mol M, en deze bedraagt dan ca. 0,2 kg/mol. De gemiddelde temperatuur T ligt bij dit type lamp in de orde van 3200 K en derhalve de voortplantingssnelheid c in de orde van 470 m/s.

15 Hoewel het bedrijven van een lichtbron op zeer hoge frequenties bekend is uit bijvoorbeeld USP 4.002.944, betreft het daar een lichtbron als deel van een microgolfresonatorketen. Dergelijke lichtbronnen bevatten geen elektroden en kunnen slechts bedreven worden met behulp van microgolf voedingsbronnen met voedingsfrequenties 2o van 100 MHz en hoger, zoals magnetrons. De voor een dergelijke wijze van bedrijven vereiste inrichting sluit toepassing voor algemene verlichting dan ook uit.

Bij een voordelige wijze van bedrijven van een hogedruk-ontladingslamp volgens de uitvinding geldt voor elke 25 -V i 2 MHz ^ 1) ^ <T 3 MHz. Enerzijds is dit een frequentiebereik dat voor bedrijven van alle gangbare hogedrukontladingslampen geschikt is, anderzijds is in dit frequentiebereik de nadelige invloed van mogelijke radiostoring minimaal.

De uitvinding voorziet tevens in een inrichting voor het 3Q bedrijven van een hogedrukontladings lamp volgens de uitvinding. De inrichting is gekenmerkt doordat deze is voorzien van middelen cm de lamp te bedrijven op een vermogen van periodiek wisselende grootte dat is opgebouwd uit een of meer sinusvormige met de tijd verlopende vermogensbestanddelen met frequentie V ^ en dat voor elke frequentie 35 ^ i voldaan is aan de relatie ^ ^ 60 V ^, waarin ^ ^ de kleinste frequentie is waarbij in de bedrij fstoestand van de lamp een staande drukgolf in het ontladingsvat kan optreden. Met een dergelijke inrichting is het mogelijk lampen qp geschikte frequenties *% 8304164 ί «fr ΕΗΝ.10.864 5 te bedrijven. De genoemde middelen bevatten bij voorkeur een halfge-leider-cmzetter-schakeling.

De uitvinding zal nader warden toegelicht aan de hand van een tekening van een lanp geschikt cm te worden bedreven volgens 5 de uitvinding en op een inrichting volgens de uitvinding, waarin fig. 1 een hogedrukontladingslanp weergeeft, fig. 2 een ontladingsvat met keramische wand van een lamp volgens fig. 1 en fig. 3 een ontladingsvat met kwartsglazen wand van 10 een lanp volgens fig. 1.

In fig. 1 is 1 een buitenballon, van een hogedrukontladingslanp voorzien van een lanpvoet 2, welke lanp voorzien is van een ontladingsvat 3 waarin naast een gasvormige ioniseerbare vulling twee elektroden 4, 5 waartussen in de bedrijfstoestand van de lamp de 15 ontlading plaats vindt. Elektrode 4 is door middel van een strocm-geleider 8 elektrisch verbonden met een eerste aansluitkontakt van de lanpvoet 2. Evenzo is elektrode 5 door middel van een stroangeleider 9 elektrisch verbonden met een tweede aansluitkontakt van de lanpvoet 2.

In de bedrijfs^^tandjian de lanp is de lamp via de aansluitkontakten 20 van lanpvoet 2/aangesloten op een voedingsbron.

Het in fig. 2 af geheelde ontladingsvat 3 is voorzien van een keramische wand 3a. Elektrode 4 is verbonden aan een doorvoer-elenent 80 dat is aangesloten pp strocmgeleider 8 (fig. 1) en daarbij steekt door en gasdicht verborxïeiymet een keramisch afsluiteleraent 43.

25 Op analoge wijze is elektrode 5 verbanden met een doorvoerelement 90 dat steekt door en gasdicht is verbonden met een keramisch afsluit-element 53.

Het lampvat 3 volgens fig. 3 is voorzien van een kwartsglazen wand 3a. Elektrode 4 is in een hermetisch sluitende kneep 3b 30 verbonden met een folie 40 dat op zijn beurt is verbanden met strocmgeleider 8. Elektrode 5 is op overeenkomstige wijze in kneep 5 verbonden met een folie 50 waaraan strocmgeleider 9 is verbonden.

Lampen als boven beschreven zijn bedreven op een inrichting volgens de uitvinding. In de tabel zijn gegevens van een aantal van 35 dergelijke lampen qpgenctnen alsmede de experimenteel vastgestelde vermogensfrequentie ^ waarboven geen merkbare boogir.stab.i.liteiten tengevolge van akoestische resonanties zijn geconstateerd.

8304164 ' * i- H3N.10.864 6 Μ Ηοσοοοιηιησ η ο ι/ι in ιπ οο ν η *3* X γ- *- · 5 Γ' ιη ^

Η r r r Ν Ν Ν Μ CM

Μ ·«····» · χ οσοοοσο ο οσοοοσο ο ιη οοοοοσο ο u Hoor'inoocMCM cm X (Μ CM CM CQ 00 CO CO 00 οο τ- cm in in o o o r'- ο σι in in r- r-~ r-

X <ί in t -ϊ ^ t 'T

Ο Ο O CO CM VO VO O

X σν o in cm cm in in vo H *s* in ο· ο· ^ ^ ^ *· 15 —— "— — ------------------- Η OO’OOOOO Ο Η co ο co ο ο ιη ο οο Η γ· (ν μ 'ί η π οο σ J> r— ι— 00 00 cn cm οο cm νο ο σ ο Η μ ο μ* σι οι vo r> οο Ρ1 20--- η οο οο η οο Η ...

ρ» cm η ιη cm νο ιη » · « οο νο νο σ\ ιη > η cm 25 in in ιη r> rf ιο r» οο ^ · . ο . .

Η Ν (Μ r 'ί S' in r Π 00 * Η ιη μ· σι νο ν ο ιη ο Η ο γ^· οο cm οο οο τη γ- 30 s g s kj{ 4Ö.

s i i a a a ί| If a g i s ff ff ff ffè ffè

H r— (N Γ0 ^ LH ID Is CO

35

X

8304164 ► sir « PHN.10.864 7

In de kolomen van de tabel is het volgende vermeld: kolom I : lamp nimmer kolan II : samenstelling van de vulling kolan III : effektieve lengte L van bet ontladingsvat in 10 3 m -3 5 kolan 17 : gemiddelde inwendige straal in 10 m kolan V : experimenteel vastgestelde waarde V ^ in kHz kolan VI : waarde van V ^ in kHz bepaald aan de hand van de experimenteel vastgestelde waarde V 2 kolan VII : de waarde 60 *V ^ in kHz 1fl kolan VIII: experimenteel bepaalde waarde V in kHz kolan IX : waarde van c in m/s bepaald volgens de relatie V 1 = c/2 L kolan X : waarde van c in m/s bepaald volgens de relatie c = (Cp/c^^ (ET/M)% kolan XI : waarde van ? in K 15 kolan XII : waaide van M in kg/mol kolan XII : lampventogen in Watt.

De lampen no. 1, 2 en 3 betroffen hogedruknatriumlarapen waarvan de opbouw van het ontladingsvat overeenkwam met die volgens fig. 2. Daar het ontladingsvat symmetrisch van opbouw is, bleek de kleinste 20 frequentie ^ ^ waarbij in de bedrijfstoestand van de lamp staande drukgolven in het ontladingsvat kunnen optreden, experimenteel moeilijk vast te stellen. Deze frequentie Ό ^ is daarom afgeleid uit de eerste volgende frequentie V2 waarbij akoestische resonanties kunnen optreden, volgens de experimenteel bepaalde relatie 25 V 1 = V 2 . 0,5875.

üit de tabel blijkt, dat de experimenteel bepaalde frequentie waarboven geen booginstabi liteiten zijn gekonstateerd voor elke lamp kleiner is dan 60. V ^.

De vulling van de lampen bevatte een overmaat natriumkwik-30 amalgaam met een massaverhouding kwik : natrium van 4.4 : 1. Daarnaast bevatte lamp no. 1 xenon met een druk bij 300 K van 3.3 kPa . In geval van de lampen no. 2 en 3 bevatte de vulling eveneens xenon maar met een druk van 530 kPa bij 300 K.

De lampen no. 4, 5, 6, 7 en 8 waren allen uitgerust met een 35 kwartsglazen ontladingsvat overeenkomstig fig. 3. In geval van de lanpen no. 4, 5 en 6 bevatte de vulling kwik en argon met vuldruk 4.7 kPa. De massa kwik liep uit een van 11 mg bij larrp no. 4, 15 mg bij lamp no. 5 tot 23 mg bij lamp no. 6 en was in de bedrijfs- 8304164 ' «l PHN.1 0.864 8 toestand geheel verdampt.

Experimenteel was het goed mogelijk de frequentie V ^ vast te stellen. Ook bij deze lampen blijkt de gereten frequentie V σ y kleiner te zijn dan 60 · "V ^ * S Bij de lampen no. 7 en 8 bevatte de vulling naast kwik en argon een kleine hoeveelheid van een Na, Sc en Th bevattende halogenide-zout. Bij lamp no. 7 had de vulling de volgende massaverhouding:

Hg 0,6 mg halogenide zout 0,75 mg 10 Ar 530 kPa (300 K)

Voor lamp no. 8 bestond de vulling uit 2.3 mg Hg en 2.4 mg halogenide 4 zout. De argon-vuldruk bedroeg 10 Pa. Ook bin deze lampen geldt dat bij bedrijven qp een vermogen met een frequentie groter dan 60 . "V ^ geen booginstabiliteiten tengevolge van akoestische resonanties 15 optreden, daar deze experimenteel vastgestelde grensfrequentie Ί) blijkt te liggen onder de waarde 60 . "V y 20 25 30 35 8304164

Claims (3)

1. Wijze van bedrijven van een hogedrukantladingslairp voorzien van een ontladingsvat waarin naast een ioniseerbare vulling twee elektroden waartussen in de bedrijfstoestand van de lamp de ontlading g plaats vindt, en de elektroden van de larrp in de bedrijf stoestand elektrisch zijn verbonden met een voedingsbron die een verregen van periodiek wisselende grootte levert dat is opgebouwd uit een of meer sinusvormig met de tijd verlopende vermogensbestanddelen met frequentie Vj/ niet het kenmerk, dat voor elke frequentie V jo voldaan is aan de relatie V j_ = 60 . V ^ , waarin 1 de kleinste frequentie is waarbij in de bedrijf stoestand van de lamp een staande drukgolf in het ontladingsvat kan optreden.

2. Wijze van het bedrijven van een hogedrukontladingslanp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voor elke V i geldt 15 2fflz < ^ ± < 3 MHz.

3. Inrichting voer het bedrijven van een hogedrukontladings-lamp volgens een der voorgaande conclusies, welke lamp voorzien is van een ontladingsvat waarin naast een ioniseerbare vulling twee elektroden waartussen in de bedrijf stoestand van de lamp de ontlading plaats 2q vindt, met het kenmerk, dat de inrichting is voorzien van middelen cm de lamp te bedrijven op een vermogen van periodiek wisselende grootte dat is opgebeuwd uit een of meer sinusvormig met de tijd verlopende vermogensbestanddelen met frequentie en dat voer elke frequentie l) i voldaan is aan de relatie V ^ 60 . V waarin )) ^ de 25 kleinste frequentie is waarbij in de bedrij fstoestand van de lamp een staande drukgolf in het ontladingsvat kan optreden. 30 0 « 8304164 ---- 35