WO1999055124A1 - Method for operating a gaseous discharge lamp and system for carrying out such a method - Google Patents

Method for operating a gaseous discharge lamp and system for carrying out such a method Download PDF

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WO1999055124A1
WO1999055124A1 PCT/EP1999/002556 EP9902556W WO9955124A1 WO 1999055124 A1 WO1999055124 A1 WO 1999055124A1 EP 9902556 W EP9902556 W EP 9902556W WO 9955124 A1 WO9955124 A1 WO 9955124A1
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Manfred Diez
Alfons Günther
Hubert Gauseweg
Johannes Rarbach
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Manfred Diez
Guenther Alfons
Hubert Gauseweg
Johannes Rarbach
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Abstract

The invention relates to a method for operating a gaseous discharge lamp which via a transformer, especially a high-reactance transformer, is intermittently supplied with current impulses. According to said method the current is commutated between the consecutive current impulses. After a commutation a current impulse increases rapidly at its start, in relation to an absolute value, approximately according to an exponential function and then approximately until the next commutation remains at a value which permits the lamp to emit a radiated power.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Gasentladungsstrahlers, und Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens Method for operating a gas discharge lamp, and arrangement for carrying out such a method
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gasentladungsstrahlers, und eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for operating a gas discharge lamp, and an arrangement for performing such a method.
Es gibt verschiedene Arten von Gasentladungsstrahlerπ, z.B. solche zur Erzeugung von UV-Strahlung, oder zur Erzeugung von IR-Strahlung. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich der Einfachheit halber auf UV-Strahler, schließt aber stets alle Gasentiadungsstrahler ein.There are different types of gas discharge lamps, e.g. those for the generation of UV radiation or for the generation of IR radiation. For the sake of simplicity, the following description refers to UV lamps, but always includes all gas discharge lamps.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zum Betreiben eines Gasentladungsstrahiers bereitzustellen, ebenso eine neue Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.It is an object of the invention to provide a new method for operating a gas discharge lamp, as well as a new arrangement for carrying out such a method.
Diese Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Bei einer erfindungsgemäßen Form des Lampenstromes ergeben sich Kurvenformen von Strom und Spannung am Strahler, die eine wesentlich niedrigere Verzerrungsleistung und damit einen verbesserten Lampenfaktor ergeben. Versuche haben gezeigt, daß mit der Erfindung Lampenfaktoren in der Größenordnung von 0,98 erreichbar sind. Auch gibt der Strahler bei einem erfindungsgemäßen Verfahren während eines prozentual großen Teils jeder Halbwolle der zugeführten alternierenden Spannung Strahlung ab, da ja der Strom im Strahler - nach einem raschen Anstieg - etwa bis zur darauffolgenden Kommutierung auf einem Wert bleibt, der eine Abgabe von Strahlungsleistung ermöglicht. Deshalb kann mit demselben Strahler mehr Strahlung erzeugt werden als mit den bekannten Anordnungen, d.h. die Ausnutzung des Strahlers wird besser, und man kann mit einem Verfahren nach der Erfindung die Strahlungsleistung eines vorgegebenen Gasentladungsstrahiers erhöhen, also z.B. einer UV-Lampe vorgegebener Größe.According to a first aspect of the invention, this object is achieved by a method according to claim 1. With a form of the lamp current according to the invention, curve shapes of current and voltage at the radiator result, which result in a significantly lower distortion power and thus an improved lamp factor. Experiments have shown that lamp factors of the order of 0.98 can be achieved with the invention. In a method according to the invention, the radiator also emits radiation during a percentage of each half wool of the supplied alternating voltage, since the current in the radiator - after a rapid increase - remains at a value, for example until the subsequent commutation, which enables radiation power to be emitted . Therefore, more radiation can be generated with the same radiator than with the known arrangements, i.e. the utilization of the radiator is improved and the radiation power of a given gas discharge radiator can be increased with a method according to the invention, e.g. a given size UV lamp.
In Weiterbildung der Erfindung folgt die Kommutierung direkt auf das Strommaximum. Bei Erreichen des Strommaximums ist namiich das Gas im Strahler durch den vorhergehenden Temperaturanstieg sehr heiß geworden, so daß der Temperaturabfall durch die Kommutierung eine Kühlung des Strahlers darstellt, die einen unkontrollierten Temperatur- und Stromanstieg in ihm verhindert, jedoch nach der Kommutierung einen erneuten raschen Anstieg dieser 2In a further development of the invention, the commutation follows the current maximum directly. When the current maximum is reached, the gas in the radiator has become very hot due to the previous temperature rise, so that the temperature drop due to the commutation represents a cooling of the radiator, which prevents an uncontrolled rise in temperature and current in it, but a renewed rapid rise after commutation this 2
Temperatur auf einen für den Betrieb notwendigen und günstigen Wert nicht behindert, so daß der Strom nach dem Nulldurchgang (im Bereich der Kommutierung) unmittelbar wieder im Gleichklang mit der Spannung ansteigen kann. Man erhält so eine Form der Stromkurve, die der Form der Spannungskurve sehr ähnlich ist, welche diesen Strom bewirkt. Dadurch erhält man bei Strom und Spannung viele Harmonische gleicher Frequenz, welche zur Wirkleistung beitragen, während Harmonische ungleicher Frequenz (bei Spannung und Strom) nur Verzerrungsleistung Sv erzeugen und dadurch den Lampenfaktor LF reduzieren würden.Temperature to a necessary and favorable value for the operation is not hindered, so that the current after the zero crossing (in the commutation area) can rise again immediately in harmony with the voltage. This gives a shape of the current curve that is very similar to the shape of the voltage curve that causes this current. This results in many harmonics of the same frequency for current and voltage, which contribute to the active power, while harmonics of unequal frequency (for voltage and current) only produce distortion power S v and would thereby reduce the lamp factor LF.
Eine bevorzugte Anordnung nach der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 15. Durch Verwendung einer Kondensatoranordnung mit relativ großen Kapazitätswerten (gewöhnlich hunderte von μF) erreicht man, daß der Gleichstrom- Zwischenkreis, vom Strahler aus gesehen, einen niedrigen Innenwiderstand hat, und daß die Amplitude der Primärspannung des Transformators durch den Strom im Strahler nur wenig beeinflußt wird, so daß die Primärspannung einen im wesentlichen rechteckförmigen Verlauf haben kann. Dies ermöglicht dann auch einen entsprechend günstigen Verlauf des Stroms im Strahler während einer Halbwelle.A preferred arrangement according to the invention is the subject of claim 15. By using a capacitor arrangement with relatively large capacitance values (usually hundreds of μF) it is achieved that the DC link, viewed from the radiator, has a low internal resistance and that the amplitude of the The primary voltage of the transformer is only slightly influenced by the current in the radiator, so that the primary voltage can have an essentially rectangular profile. This then also enables a correspondingly favorable course of the current in the radiator during a half-wave.
Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich durch den Gegenstand des Anspruchs 38. Man erhält so eine sehr einfache Möglichkeit, die Leistung einer Gasentladungslampe in einem weiten Bereich praktisch stufenlos, sehr genau, und sehr rasch zu verstellen. Dies ermöglicht in der industriellen Anwendung solcher Lampen hohe Energieeinsparungen, da eine solche Lampe nur noch dann voll eingeschaltet werden muß, wenn ihre Leistung auch wirklich benötigt wird. Es handelt sich also um eine sehr umweltfreundliche Erfindung mit einem hohen Einsparungspotential an elektrischer Energie.A further solution to the problem is given by the subject matter of claim 38. This gives a very simple possibility of adjusting the output of a gas discharge lamp practically continuously, very precisely, and very quickly over a wide range. This enables high energy savings in the industrial application of such lamps, since such a lamp only has to be switched on fully when its power is really needed. So it is a very environmentally friendly invention with a high potential for saving electrical energy.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:Further details and advantageous developments of the invention result from the exemplary embodiments described below and shown in the drawing, which are in no way to be understood as a restriction of the invention, and from the subclaims. It shows:
Fig. 1 ein Übersichtsschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung, in 3 welches zur Verdeutlichung verschiedene Spannungs- und Stromformen eingetragen sind,Fig. 1 is an overview circuit diagram of an arrangement according to the invention, in 3 which various voltage and current forms are entered for clarification,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Streufeldtransformators, wie er vor allem bei Netzfrequenz Verwendung finden kann,2 shows a schematic representation of a stray field transformer, as can be used above all at mains frequency,
Fig. 3 einen Schnitt, gesehen längs der Linie lll-lll der Fig. 2,3 shows a section, seen along the line III-III of FIG. 2,
Fig. 4a bis c Kurvendarstellungen zur Erläuterung der Strom- undFig. 4a to c graphs to explain the current and
Spannungsformen bei einer Anordnung nach dem Stand der Technik,Voltage forms in an arrangement according to the prior art,
Fig. 5a bis c Spannungs- und Stromformen bei einer erfindungsgemäßen5a to c voltage and current forms in an inventive
Anordnung, bzw. bei einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung,Arrangement, or in a method according to the present invention,
Fig. 6 eine Variante zu Fig. 1 ,6 shows a variant of FIG. 1,
Fig. 7 eine Variante zu Fig. 1 ,7 shows a variant of FIG. 1,
Fig. 8 eine Variante zu Fig. 1 , welche zeigt, wie dort mehrere Lampen 26, 26' angeschlossen werden können,8 shows a variant of FIG. 1, which shows how a plurality of lamps 26, 26 'can be connected there,
Fig. 9 eine Variante zu Fig. 1 , welche die Verwendung einerFig. 9 shows a variant of Fig. 1, which the use of a
Vollbrückenschaltung zum Betrieb eines Gasentladungsstrahles zeigt,Full bridge circuit for operating a gas discharge beam shows
Fig. 10 ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer bevorzugten Regelanordnung zum Betrieb eines Strahlers 26 mit unterschiedlichen Leistungen,10 is a block diagram to explain a preferred control arrangement for operating a radiator 26 with different powers,
Fig. 11A und 11 B eine schematische Darstellung der Primär- und11A and 11B is a schematic representation of the primary and
Sekundärspannung bei Verwendung einer Amplitudenregelung,Secondary voltage when using an amplitude control,
Fig. 12A und B Oszillogramme von Primärspannung und Sekundärstrom bei einer erfindungsgemäßen Anordnung, die mit reduzierter Leistung betrieben wird,12A and B oscillograms of primary voltage and secondary current in an arrangement according to the invention, which is operated with reduced power,
Fig. 13 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Bauform eines 4Fig. 13 is a schematic representation of a preferred design of a 4
Streufeldtransformators, die sich besonders für erfindungsgemäße Anordnungen eignet, die bei höheren Betriebsfrequenzen betrieben werden sollen,Stray field transformer, which is particularly suitable for arrangements according to the invention which are to be operated at higher operating frequencies,
Fig. 14 ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer bevorzugten Anordnung zur Leistungsregelung, mit analogen Komponenten,14 is a block diagram to explain a preferred arrangement for power control, with analog components,
Fig. 15 ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer bevorzugten Anordnung zur Leistungsregelung, unter Verwendung digitaler Komponenten,15 is a block diagram to explain a preferred arrangement for power control using digital components,
Fig. 16 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Fig. 15,16 is a flow chart for explaining FIG. 15;
Fig. 17 ein ergänzendes Flußdiagramm mit einem Unterprogramm zur Berechnung des Lampenfaktors,17 shows a supplementary flow chart with a subroutine for calculating the lamp factor,
Fig. 18A & B Schaubilder zur Erläuterung der Digitalisierung von Spannungsund Stromkurven,18A & B diagrams for explaining the digitization of voltage and current curves,
Fig. 19 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Beeinflussung des Wechselrichters 30 über einen PWM-Steller,19 is a block diagram for explaining an influencing of the inverter 30 via a PWM actuator,
Fig. 20A & B Schaubilder zur Erläuterung der Wirkungsweise von Fig. 19,20A & B diagrams for explaining the operation of Fig. 19,
Fig. 21 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Beeinflussung des Wechselrichters 30 über eine Blocksteuerung,21 is a block diagram for explaining an influence of the inverter 30 via a block controller,
Fig. 22A & B Diagramme zur Erläuterung von Fig. 21 ,22A & B diagrams for explaining Fig. 21,
Fig. 23 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Beeinflussung des Wechselrichters 30 über eine inverse Blocksteuerung,23 shows a block diagram for explaining an influencing of the inverter 30 via an inverse block control,
Fig. 24A & B Diagramme zur Erläuterung von Fig. 23,24A & B diagrams for explaining Fig. 23,
Fig. 25 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines Impulsgenerators zur Ansteuerung eines IGBT-Transistors, Fig. 26A-C Kurven zur Erläuterung von Fig. 25,25 is a circuit diagram of a preferred embodiment of a pulse generator for driving an IGBT transistor, 26A-C curves for explaining Fig. 25,
Fig. 27 die Darstellung einer Wechseirichterschaltung, welche mit Thyristoren arbeitet,27 shows the representation of an inverter circuit which works with thyristors,
Fig. 28 ein Schaltbild einer Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung,28 is a circuit diagram of a variant of an arrangement according to the invention,
Fig. 29 eine Darstellung der Ausgangsspannung des in Fig. 28 dargestellten Umrichters, bei einer Frequenz von 400 Hz und gemessen auf der Sekundärseite des Transformators 446,29 shows the output voltage of the converter shown in FIG. 28, at a frequency of 400 Hz and measured on the secondary side of the transformer 446,
Fig. 30 eine schematische Darstellung eines Rechenvorgangs bei der Auslegung des Transformators 446,30 shows a schematic illustration of a calculation process in the design of the transformer 446,
Fig. 31 Darstellungen von Sekundärspannung (oben) und SekundärstromFig. 31 representations of secondary voltage (top) and secondary current
(unten) direkt nach dem Einschalten der Gasentladungslampe 26 der Fig. 28,(below) immediately after switching on the gas discharge lamp 26 of FIG. 28,
Fig. 32 eine Darstellung analog Fig. 31 , wobei aber die Lampe ihreFig. 32 is a representation analogous to Fig. 31, but with the lamp
Betriebstemperatur erreicht hat; diese Darstellung zeigt auch die Umschaltung von einer höheren Frequenz (links) des Umrichters zu einer niedrigen Frequenz f1 (rechts),Has reached operating temperature; this illustration also shows the switchover from a higher frequency (left) of the converter to a lower frequency f1 (right),
Fig. 33 Spannung und Strom am Ausgang des Transformators 446 bei einer Leistung von ca. 2,5 kW,33 voltage and current at the output of the transformer 446 with a power of approx. 2.5 kW,
Fig. 34 eine Darstellung analog Fig. 33, aber bei einer Leistung von ca. 4,5 kW,34 shows a representation analogous to FIG. 33, but with a power of approximately 4.5 kW,
Fig. 35 eine Meßkurve 471 , welche die einer UV-Lampe zugeführte Leistung im Frequenzbereich 400 bis 1400 Hz zeigt,35 shows a measurement curve 471 which shows the power supplied to a UV lamp in the frequency range 400 to 1400 Hz,
Fig. 36 eine schematische Darstellung zur Erzeugung einer rechteckförmigen Ausgangsspannung mittels eines Pulswechselrichters, 636 shows a schematic illustration for generating a rectangular output voltage by means of a pulse-controlled inverter, 6
Fig. 37 eine schematische Darstellung zur Erzeugung einer sinusförmigen Ausgangsspannung mittels eines Pulswechseirichters,37 is a schematic illustration for generating a sinusoidal output voltage by means of a pulse converter;
Fig. 38 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung mit einer UV-Lampe,38 shows an illustration of a drying device according to the invention with a UV lamp,
Fig. 39 ein Schaltbild einer weiteren Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem dreiphasigen Wechselrichter,39 shows a circuit diagram of a further variant of an arrangement according to the invention with a three-phase inverter,
Fig. 40 ein Schaltbild, welches zeigt, wie eine Mehrzahl von Gasentladungslampen an die Anordnung der Fig. 39 angeschlossen werden kann, undFig. 40 is a circuit diagram showing how a plurality of gas discharge lamps can be connected to the arrangement of Fig. 39, and
Fig. 41 eine prinzipielle Darstellung eines Drehstromtransformators in einer bevorzugten Bauart.41 shows a basic illustration of a three-phase transformer in a preferred design.
Es gibt verschiedene Arten von Gasentladungsstrahlern, z.B. solche zur Erzeugung von UV-Strahlung, oder zur Erzeugung von IR-Strahlung. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich der Einfachheit halber auf UV-Strahler, schließt aber stets alle Gasentladungsstrahler ein. Bevorzugt wird die Erfindung bei Quecksilberdampf-Entladungsstrahlern verwendet. Bei diesen ist häufig das Quecksilber mit einem zusätzlichen Element dotiert, um eine bestimmte Frequenzverteilung der abgestrahlten Energie zu erhalten.There are different types of gas discharge lamps, e.g. those for the generation of UV radiation or for the generation of IR radiation. For the sake of simplicity, the following description refers to UV lamps, but always includes all gas discharge lamps. The invention is preferably used in the case of mercury vapor discharge lamps. In these, the mercury is often doped with an additional element in order to obtain a specific frequency distribution of the radiated energy.
UV-Strahler, wie sie z.B. in Druckereien zum Trocknen von Druckfarben verwendet werden, haben erhebliche elektrische Leistungen und werden deshalb aus dem Wechselstromnetz betrieben. In der Wechselstromtechnik unterscheidet man bei sinusförmigen Spannungen und Strömen zwischen Wirkleistung P, Scheinleistung S, und Blindleistung Q. Die Scheinleistung S ist definiert als das Produkt aus Effektivwert ueff der Spannung und Effektivwert iΘff des Stromes, alsoUV lamps, such as those used in printers for drying printing inks, have considerable electrical power and are therefore operated from the AC network. In AC technology, a distinction is made between sinusoidal voltages and currents between active power P, apparent power S, and reactive power Q. Apparent power S is defined as the product of the effective value u e ff of the voltage and the effective value i Θff of the current, i.e.
S = uβff X iβff -. (1 )S = u β ff X iβff -. (1 )
Die Wirkleistung P ist definiert alsThe active power P is defined as
P = UΘff x iβff x cos φ ... (2)P = U Θ ff xi βf fx cos φ ... (2)
Die Blindleistung ist definiert alsThe reactive power is defined as
Q = uθff x ieff sin φ ... (3). Besteht zwischen Spannung und Strom keine Phasenverschiebung φ, so gilt cos φ = 1 und sin φ = 0, d.h. S = P (die Scheinleistung entspricht der Wirkleistung), und die Blindleistung Q = 0.Q = u θ ff x ie f f sin φ ... (3). If there is no phase shift φ between voltage and current, cos φ = 1 and sin φ = 0, ie S = P (the apparent power corresponds to the active power) and the reactive power Q = 0.
Besteht zwischen Spannung und Strom eine Phasenverschiebung von φ = 90°, so ist cos φ = 0 und sin φ = 1 , d.h. die Wirkleistung P = 0 und S = Q, d.h. die Scheinleistung S ist eine reine Blindleistung, und diese Blindleistung Q pendelt zwischen Erzeuger und Verbraucher hin und her.If there is a phase shift of φ = 90 ° between voltage and current, then cos φ = 0 and sin φ = 1, i.e. the active power P = 0 and S = Q, i.e. the apparent power S is a pure reactive power, and this reactive power Q oscillates back and forth between the generator and the consumer.
In einem UV-Strahler fließt gewöhnlich ein nichtsinusförmiger Strom, da ein solcher Strahler den Charakter eines nichtlinearen Widerstands hat. Durch seine starke Temperaturabhängigkeit verzerrt er Spannung und Strom und hat deshalb die Charakteristik einer nichtlinearen Last. Ein solcher Strahler hat nicht etwa den Charakter einer Induktivität oder einer Kapazität, sondern den eines Widerstands, d.h. die Nulldurchgänge von Strom und Spannung stimmen überein, aber wegen des nichtlinearen Widerstands des Strahlers erzeugt auch eine sinusförmige Spannung in ihm einen nichtsinusförmigen Strom.A non-sinusoidal current usually flows in a UV lamp, since such a lamp has the character of a non-linear resistor. Due to its strong temperature dependence, it distorts voltage and current and therefore has the characteristics of a non-linear load. Such a radiator does not have the character of an inductor or a capacitance, but that of a resistor, i.e. the zero crossings of current and voltage are the same, but because of the non-linear resistance of the radiator, a sinusoidal voltage also generates a non-sinusoidal current in it.
Während man bei sinusförmigen Größen mit den Funktionen cos φ und sin φ rechnet, also cos φ = P/S ... (4), verwendet man bei nichtsinusförmigen Größen den sogenannten Leistungsfaktor λ, der definiert ist als λ = P/S ... (5).While the functions cos φ and sin φ are calculated for sinusoidal variables, i.e. cos φ = P / S ... (4), the so-called power factor λ, which is defined as λ = P / S .., is used for non-sinusoidal variables. . (5).
Falls bei nichtsinusförmigen Größen die Scheinleistung zusammengesetzt ist aus einer Wirkleistung P und einer Blindleistung Q, erhält man eine zusätzlicheIf the apparent power is composed of an active power P and a reactive power Q for non-sinusoidal quantities, an additional one is obtained
Komponente der Scheinleistung S, die man als Verzerrungsleistung Sv bezeichnet, nach der GleichungComponent of apparent power S, which is referred to as distortion power S v , according to the equation
S = (P2 + Q2 + Sv2)0,5 ... (6)S = (P2 + Q2 + Sv2) 0.5 ... (6)
Physikalisch gesehen ist die Verzerrungsieistung ebenfalls eine Blindleistung. 8From a physical point of view, the distortion power is also a reactive power. 8th
Während aber die Blindleistung Q durch "Blindelemente" (Induktivitäten L, Kapazitäten C) hervorgerufen wird, entsteht die Verzerrungsleistung Sv allein durch die Oberwellen der nichtsinusförmigen Größen (Strom, Spannung) an dem Strahler.However, while the reactive power Q is caused by "dummy elements" (inductances L, capacitances C), the distortion power S v arises solely from the harmonics of the non-sinusoidal quantities (current, voltage) on the radiator.
Da ein Gasentladungsstrahler, abgesehen von der Induktivität seiner Zuleitungen, keine induktiven oder kapazitiven Komponenten enthält, besteht die Blindleistung, die ihm zugeführt werden muß, im wesentlichen aus dieser Verzerrungsleistung Sv. Diese bestimmt folglich ganz wesentlich den Leistungsfaktor λ, der in der UV- Branche als Lampenfaktor LF bezeichnet wird und der bei den heute üblichen Anordnungen zwischen 0,7 und 0,9 liegt.Since a gas discharge lamp does not contain any inductive or capacitive components, apart from the inductance of its feed lines, the reactive power which has to be supplied to it essentially consists of this distortion power S v . This therefore essentially determines the power factor λ, which is referred to in the UV industry as the lamp factor LF and which is between 0.7 and 0.9 in the arrangements customary today.
In der UV-Technik: λ = LF (Lampenfaktor) ...(7)In UV technology: λ = LF (lamp factor) ... (7)
Gelegentlich wird dieser Lampenfaktor - fälschlich - auch als cos φ des Strahlers bezeichnet. Dieser relativ niedrige Lampenfaktor ist nach den Erkenntnissen der Erfinder eine Folge davon, daß solche Strahler eine erhebliche Verzerrungsleistung Sv benötigen, die nicht zur Wirkleistung P beiträgt, so daß die Scheinleistung S wesentlich größer ist als die Wirkleistung P.This lamp factor is sometimes - wrongly - also referred to as the cos φ of the lamp. According to the inventors' knowledge, this relatively low lamp factor is a consequence of the fact that such radiators require a considerable distortion power S v which does not contribute to the active power P, so that the apparent power S is substantially greater than the active power P.
Fig. 1 zeigt eine Übersichtsdarstellung einer bevorzugten Anordnung 10 nach der Erfindung. Diese hat einen steuerbaren Gleichrichter 12, der hier als vollgesteuerter Dreiphasen-Gleichrichter in sogenannter B6-Schaltung dargestellt ist, der aus einem Dreiphasennetz mit den Phasen R, S, T gespeist wird. Statt eines vollgesteuerten Gleichrichters kann ggf. auch ein halbgesteuerter Gleichrichter verwendet werden, wie das in Fig. 6 dargestellt ist, oder bei kleineren Leistungen eine einphasige, voll- oder halbgesteuerte Gleichrichter-Brückenschaltung bekannter Bauart. Der Gleichrichter 12 kann auch über einen Transformator (nicht dargestellt) an das Dreiphasennetz R, S, T angeschlossen werden.1 shows an overview of a preferred arrangement 10 according to the invention. This has a controllable rectifier 12, which is shown here as a fully controlled three-phase rectifier in a so-called B6 circuit, which is fed from a three-phase network with the phases R, S, T. Instead of a fully controlled rectifier, it is also possible to use a semi-controlled rectifier, as shown in FIG. 6, or a single-phase, fully or semi-controlled rectifier bridge circuit of known design for smaller powers. The rectifier 12 can also be connected to the three-phase network R, S, T via a transformer (not shown).
Nachteilig bei der Verwendung von Gleichrichterschaltungen gemäß Fig. 1 oder 6 ist die Art der Netzbelastung, d.h. der Strom vom Netz zum Gleichrichter 12 ist nicht sinusförmig. Denn ein Strom durch den Gleichrichter 12 kann nur fließen, wenn seine Ausgangsspannung höher ist als die Spannung an dem Kondensator, der an ihn angeschlossen ist. 9A disadvantage of the use of rectifier circuits according to FIG. 1 or 6 is the type of network load, ie the current from the network to the rectifier 12 is not sinusoidal. This is because a current can only flow through the rectifier 12 if its output voltage is higher than the voltage across the capacitor which is connected to it. 9
Eine sinusförmige Netzbelastung läßt sich jedoch erreichen bei Verwendung eines sogenannten Schaltnetzteils anstelle des Gleichrichters 12. Solche Schaltnetzteile werden z.B. von der Firma AEG unter der Bezeichnung AC2000 verkauft. Zusätzlich ermöglichen sie die Verwendung von relativ kleinen Glättungskondensatoren (vgl. die Kondensatoren 20, 22 in Fig. 1 oder den Kondensator 150 in Fig. 9). Dies ist sehr vorteilhaft, wenn die Ausgangsspannung eines solchen Schaltnetzteils geregelt werden soll, da sich dann im Regelkreis kleine Totzeiten ergeben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung stellt deshalb die Verwendung eines Schaltnetzteils eine bevorzugte Lösung dar. Da es sich um an sich bekannte Bauteile handelt, ist ein Schaltnetzteil nicht gesondert dargestellt.However, a sinusoidal network load can be achieved by using a so-called switching power supply instead of the rectifier 12. Such switching power supplies are e.g. sold by AEG under the name AC2000. In addition, they allow the use of relatively small smoothing capacitors (see capacitors 20, 22 in FIG. 1 or capacitor 150 in FIG. 9). This is very advantageous if the output voltage of such a switching power supply is to be regulated, since this results in short dead times in the control circuit. In the context of the present invention, therefore, the use of a switching power supply represents a preferred solution. Since the components are known per se, a switching power supply is not shown separately.
An den Ausgang des Gleichrichters 12 sind eine positive Leitung 14 und eine negative Leitung 16 angeschlossen, die zusammen einen Gleichstrom- Zwischenkreis 18 bilden, an dem im Betrieb eine variable Gleichspannung U liegt, die bei 19 symbolisch dargestellt ist. Wenn die Spannung am Dreiphasennetz z.B. 400 V beträgt, hat die Spannung U einen Maximalwert von 560 V. Diese Spannung wird geglättet durch zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren 20, 22 gleicher Größe, die zwischen sich einen künstlichen Nullpunkt 24 bilden.A positive line 14 and a negative line 16 are connected to the output of the rectifier 12, which together form a direct current intermediate circuit 18, at which a variable direct voltage U is applied during operation, which is shown symbolically at 19. If the voltage on the three-phase network e.g. 400 V, the voltage U has a maximum value of 560 V. This voltage is smoothed by two series-connected capacitors 20, 22 of the same size, which form an artificial zero point 24 between them.
Die Kondensatoren 20, 22 haben relativ hohe Kapazitätswerte von z.B. jeweils 1500 μF, da sie im Betrieb hohe Ströme für den Betrieb eines Gasentladungsstrahiers in Form einer UV-Lampe 26 liefern müssen, die z.B. eine Leistung von 3,2 kW bei einer Betriebsspannung ("Brennspannung") von 600 V abgibt. Außerdem müssen sie ggf. induktive Lasten (lange Anschlußleitungen) kompensieren, über die die UV-Lampe 26 mit Strom versorgt wird.The capacitors 20, 22 have relatively high capacitance values of e.g. 1500 μF each, since they have to deliver high currents for the operation of a gas discharge lamp in the form of a UV lamp 26, which e.g. outputs a power of 3.2 kW at an operating voltage ("burning voltage") of 600 V. In addition, they may have to compensate for inductive loads (long connecting lines) via which the UV lamp 26 is supplied with current.
Für den Kapazitätswert dieser Kondensatoren 20, 22 gilt, daß sie die Oberwellen der Gleichspannung U ausfiltern müssen, andererseits aber auch nicht so groß sein dürfen, daß sie die Totzeit einer nachfolgend beschriebenen Amplitudenregelung (mittels Verstellung der Spannung U) zu groß werden lassen. Die optimale Größe muß deshalb nach diesen Kriterien experimentell bestimmt werden.For the capacitance value of these capacitors 20, 22 it applies that they have to filter out the harmonics of the direct voltage U, but on the other hand they must not be so large that they cause the dead time of an amplitude control described below (by adjusting the voltage U) to become too great. The optimal size must therefore be determined experimentally according to these criteria.
An den Gleichstrom-Zwischenkreis 18 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Wechselrichter-Halbbrücke 30 angeschlossen. Diese hat einen oberen IGBT- Transistor 32, der mit seinem Kollektor an die Plusleitung 14 und mit seinem 1 0In this exemplary embodiment, an inverter half bridge 30 is connected to the DC intermediate circuit 18. This has an upper IGBT transistor 32, which is connected to the positive line 14 with its collector and with its 1 0
Emitter an einen Knotenpunkt 34 angeschlossen ist. Ferner hat sie einen unteren IGBT-Transistor 36, der mit seinem Kollektor an den Knotenpunkt 34 und mit seinem Emitter an die Minusleitung 16 angeschlossen ist. Parallel zum Transistor 32 liegt eine Umschwingdiode 38, und parallel zum Transistor 36 eine Umschwingdiode 40. Bei induktiver Last, z.B. durch eine lange Anschlußleitung zur Lampe 26, dienen die Dioden 38, 40 auch als Rückstromdioden. (IG = Insulated Gate).Emitter is connected to a node 34. It also has a lower IGBT transistor 36, which is connected with its collector to the node 34 and with its emitter to the negative line 16. There is a swinging diode 38 in parallel with transistor 32 and a swinging diode 40 in parallel with transistor 36. With inductive load, e.g. due to a long connecting line to the lamp 26, the diodes 38, 40 also serve as reverse current diodes. (IG = Insulated Gate).
Zur Ansteuerung der Basen der beiden IGBT-Transistoren 32, 36 dient eine Anordnung 42. Diese enthält für jeden der beiden Transistoren 32, 36 ein Zündmodul (vgl. Fig. 25), ferner die notwendigen Ansteuerverstärker für diese Zündmodule. Die Frequenz des Wechselrichters 30, die gewöhnlich im Bereich zwischen 50 und 800 Hz liegen wird, wird von einem Oszillator 44 vorgegeben. Beim Ausführungsbeispiel beträgt sie etwa 400 Hz. Aus den eingangs dargelegten Gründen ist es vorteilhafter, eine höhere Frequenz zu verwenden, da dann die Temperatur des Gases in der Lampe in einem engeren Temperaturband gehalten werden kann, was nach den Erkenntnissen der Erfinder die Verzerrungsleistung Vs verringert und dadurch den Lampenfaktor LF verbessert.An arrangement 42 is used to control the bases of the two IGBT transistors 32, 36. This contains an ignition module for each of the two transistors 32, 36 (cf. FIG. 25), and also the necessary drive amplifiers for these ignition modules. The frequency of the inverter 30, which will usually be in the range between 50 and 800 Hz, is predetermined by an oscillator 44. In the exemplary embodiment, it is approximately 400 Hz. For the reasons stated at the outset, it is more advantageous to use a higher frequency, since the temperature of the gas in the lamp can then be kept within a narrower temperature band, which, according to the inventors' knowledge, leads to the distortion power V s reduced, thereby improving the lamp factor LF.
Als IGBT kann z.B. der Typ FF150R12 KF22FN von der Firma EUPEC verwendet werden, wobei der Typ entsprechend der Lampenleistung gewählt werden muß. Als Zündmodul kann z.B. (von Motorola) der Typ MC33153D oder MC33153P verwendet werden. In Fig. 25 wird beispielhaft eine geeignete Schaltung für ein solches Zündmodul angegeben.As IGBT e.g. the type FF150R12 KF22FN from EUPEC can be used, the type must be selected according to the lamp wattage. As an ignition module e.g. (from Motorola) type MC33153D or MC33153P can be used. A suitable circuit for such an ignition module is given by way of example in FIG. 25.
Da die UV-Lampe 26 mit Hochspannung versorgt werden muß, benötigt man einen Transformator zur Erzeugung dieser Hochspannung. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Streufeldtransformator 46 verwendet, wie er nachfolgend anhand von Fig. 2 und 3 bzw. von Fig. 13 näher erläutert wird. Die Primärwicklung 48 dieses Transformators 46 ist zwischen dem künstlichen Nullpunkt 24 und dem Knotenpunkt 34 angeschlossen.Since the UV lamp 26 must be supplied with high voltage, a transformer is required to generate this high voltage. In the present exemplary embodiment, a stray field transformer 46 is used, as will be explained in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3 or from FIG. 13. The primary winding 48 of this transformer 46 is connected between the artificial zero point 24 and the node 34.
Da die Kondensatoren 20 und 22 gleich groß sind, liegt am künstlichen Nullpunkt 24 etwa die Spannung U/2. Wird also der IGBT 32 durch sein Zündmodul leitend gesteuert, so fließt von der Plusleitung 14 ein Strom über die Primärwicklung 48 zum künstlichen Nullpunkt 24, wobei der Kondensator 20 teilweise entladen und 1 1 der Kondensator 22 geladen wird, so daß das Potential am Punkt 24 etwas positiver wird.Since the capacitors 20 and 22 are the same size, the voltage U / 2 is approximately at the artificial zero point 24. If the IGBT 32 is controlled by its ignition module, a current flows from the positive line 14 via the primary winding 48 to the artificial zero point 24, the capacitor 20 being partially discharged and 1 1 the capacitor 22 is charged, so that the potential at point 24 becomes somewhat more positive.
Anschließend wird der Transistor 32 durch sein Zündmodul (in der Anordnung 42) gesperrt, und nach einer vorgegebenen zeitlichen Verzögerung (Schonzeit) von z.B. 100 μs wird der Transistor 36 eingeschaltet, worauf dann ein Strom vom Punkt 24 über die Primärwicklung 48 zur Minusleitung 16 fließt. Durch diesen Strom wird der Kondensator 20 geladen und der Kondensator 22 entladen, so daß hierbei das Potential am Punkt 24 etwas sinkt. Wegen der Größe der Kondensatoren 20, 22 ändert sich jedoch das Potential am Punkt 24 nur wenig, und man erhält insgesamt an der Primärwicklung eine etwa rechteckförmige Primärspannung up, wie sie in Fig. 1 bei 50 schematisch dargestellt ist.The transistor 32 is then blocked by its ignition module (in the arrangement 42), and after a predetermined time delay (closed period) of, for example, 100 μs, the transistor 36 is switched on, whereupon a current flows from point 24 via primary winding 48 to negative line 16 . This current charges the capacitor 20 and discharges the capacitor 22, so that the potential at point 24 drops somewhat. Because of the size of the capacitors 20, 22, however, the potential at the point 24 changes only slightly, and an approximately rectangular primary voltage u p is obtained overall at the primary winding, as is shown schematically at 50 in FIG. 1.
Diese Primärspannung erzeugt in der Sekundärwicklung 52 des Streufeldtransformators 46 eine Sekundärspannung us, die bei 54 schematisch dargestellt ist, und zwar für den Zustand, bei dem die UV-Lampe 26 ihre Brennspannung erreicht hat, z.B. 600 V. In diesem Zustand hat die Lampe 26 ihre Betriebstemperatur erreicht und gibt ihre volle Leistung ab. (Beim Start ergeben sich andere Kurvenformen und andere Spannungen, da beim Start die Lampe 26 zunächst gezündet und erwärmt werden muß, wofür ggf. eine höhere Spannung erforderlich ist. Hierbei ergeben sich dann auch andere Stromformen.)This primary voltage generates in the secondary winding 52 of the stray field transformer 46 a secondary voltage u s , which is shown schematically at 54, for the state in which the UV lamp 26 has reached its operating voltage, for example 600 V. In this state the lamp has 26 reaches its operating temperature and delivers its full power. (At the start, there are different curve shapes and different voltages, since at the start the lamp 26 must first be ignited and heated, which may require a higher voltage. This also results in other current shapes.)
Die bei 54 dargestellte Spannung us ist, wie die Primärspannung up, eine im wesentlichen rechteckförmige Spannung, hat aber, bedingt durch die Eigenschaften des verwendeten Streufeldtransformators 46, einen etwas verzögerten Anstieg, etwa nach Art einer e-Funktion.The voltage u s shown at 54, like the primary voltage u p , is an essentially rectangular voltage, but due to the properties of the stray field transformer 46 used, it has a somewhat delayed rise, for example in the manner of an e-function.
Diese Spannung us erzeugt in der Lampe 26 einen Lampenstrom is, der bei 58 schematisch dargestellt ist. Wie bereits erläutert, handelt es sich um den Strom nach Erreichen der Betriebstemperatur der Lampe. Dieser Strom hat jeweils am Anfang einer Halbwelle einen etwa e-förmigen Anstieg 60, und daran anschlies- send im Bereich 62 einen etwa linearen Anstieg bis zu einem Maximum 64, bei dem der Strom (durch das Umschalten der Stromrichtung in der Primärwicklung 48) kommutiert wird. Die negative Halbwelle hat dieselbe Form wie die positive Halbwelle, vgl. die Darstellung bei 58 und in der nachfolgenden Fig. 5b. 1 2This voltage u s generates a lamp current i s in the lamp 26, which is shown schematically at 58. As already explained, this is the current after the operating temperature of the lamp has been reached. This current has an approximately E-shaped rise 60 at the beginning of a half-wave, and then an approximately linear rise up to a maximum 64 in the region 62, at which the current commutates (by switching the current direction in the primary winding 48) becomes. The negative half wave has the same form as the positive half wave, cf. the representation at 58 and in the following Fig. 5b. 1 2
Zur Ansteuerung des steuerbaren Gleichrichters 12 dient eine Anordnung 66. Diese enthält die Zündmodule für die Phasenanschnittsteuerung der Thyristoren des steuerbaren Gleichrichters 12, ferner die Ansteuerverstärker für diese Zündmodule, und eine Anordnung zur Synchronisierung der Brückenansteuerung mit der Frequenz des Dreiphasennetzes R, S, T (über Verbindungsleitungen 68). Derartige steuerbare Gleichrichter, ihre Zündmodule und Ansteuerverstärker sind kommerziell erhältliche Bauteile. Sie werden deshalb nicht im einzelnen beschrieben. Die Spannung U am Zwischenkreis 18 kann mittels eines Signals 69 gesteuert werden, das einem Eingang 70 der Anordnung 66 zugeführt wird.An arrangement 66 is used to control the controllable rectifier 12. This contains the ignition modules for the phase control of the thyristors of the controllable rectifier 12, furthermore the drive amplifiers for these ignition modules, and an arrangement for synchronizing the bridge control with the frequency of the three-phase network R, S, T ( via connecting lines 68). Controllable rectifiers of this type, their ignition modules and drive amplifiers are commercially available components. They are therefore not described in detail. The voltage U at the intermediate circuit 18 can be controlled by means of a signal 69 which is fed to an input 70 of the arrangement 66.
Das Signal 69 wird erzeugt von einer Steuer- oder Regelanordnung 72, die im einfachsten Fall als Stellpotentiometer ausgebildet sein kann, mit dem ein Signal 69 durch manuelle Einstellung erzeugt wird. Im allgemeinen handelt es sich jedoch bei der Anordnung 72 um eine Regeleinrichtung, die je nach den Erfordernissen verschieden aufgebaut sein kann. Dies wird nachfolgend näher erläutert.The signal 69 is generated by a control or regulating arrangement 72, which in the simplest case can be designed as a setting potentiometer with which a signal 69 is generated by manual adjustment. In general, however, the arrangement 72 is a control device which can be constructed differently depending on the requirements. This is explained in more detail below.
Über einen Stromwandler 74 auf der Sekundärseite des Transformators 46 wird der Strom is auf dieser Sekundärseite erfaßt und in einer Anordnung 76 in einen Effektivwert ieft für diesen Strom umgesetzt. Bevorzugt wird hierfür eine Anordnung verwendet, welche den echten Effektivwert dieses Stromes, den sogenannten TRUE RMS, liefert. Hierfür gibt es spezielle ICs, welche auch bei Stromformen, die stark von der Sinusform abweichen, einen echten Effektivwert liefern. Als Beispiel für einen solchen IC kann angegeben werden: True RMS to DC Converter AD736 von Analog Devices.The current i s on this secondary side is detected by a current transformer 74 on the secondary side of the transformer 46 and converted into an effective value i ef t for this current in an arrangement 76. For this purpose, an arrangement is preferably used which delivers the true RMS value of this current, the so-called TRUE RMS. There are special ICs for this, which also provide a true RMS value for current forms that deviate significantly from the sinusoidal form. An example of such an IC can be given: True RMS to DC Converter AD736 from Analog Devices.
Ebenso wird die Spannung us auf der Sekundärseite des Transformators 46 mittels eines Spannungswandlers 78 einer Anordnung 80 zugeführt, welche an ihrem Ausgang den echten Effektivwert dieser Spannung liefert, also uetf. Als Beispiel für die Anordnung 80 kann angegeben werden: True RMS to DC Converter AD736 von Analog Devices.Likewise, the voltage u s on the secondary side of the transformer 46 is fed to an arrangement 80 by means of a voltage converter 78, which delivers the real effective value of this voltage at its output, ie u e t f . An example of the arrangement 80 can be given: True RMS to DC converter AD736 from Analog Devices.
In der dargestellten Weise werden die Effektivwerte für Strom und Spannung der Anordnung 72 zugeführt und in dieser weiterverarbeitet. Ggf. kann, wie bei 82 angedeutet, durch die Anordnung 72 auch die Anordnung 42 gesteuert werden, 1 3 also die Zeit, während deren die Transistoren 32, 36 jeweils leitend sind. Hierfür werden nachfolgend Beispiele angegeben.In the manner shown, the effective values for current and voltage are fed to the arrangement 72 and processed further therein. Possibly. As indicated at 82, the arrangement 42 can also control the arrangement 42, 1 3 the time during which the transistors 32, 36 are each conductive. Examples are given below.
Im einfachsten Fall genügt es, nur das von der Anordnung 76 abgegebene Signal iθff der Anordnung 72 zuzuführen und mit dem Ausgangssignal 69 der Anordnung 72 die Anordnung 66 zu steuern, d.h. in diesem Fall wird der Strom is durch die Lampe 26 auf einen Wert geregelt, der von einem Sollwertgeber 84 der Anordnung 72 zugeführt wird. Nachfolgend werden zahlreiche Beispiele für mögliche Regeianordnungen angegeben. Es muß aber betont werden, daß selbst bei Verwendung eines Potentiometers zur Erzeugung des Signals 69 sehr gute Ergebnisse mit der beschriebenen Anordnung möglich sind.In the simplest case, it is sufficient to supply only the signal i θf f emitted by the arrangement 76 to the arrangement 72 and to control the arrangement 66 with the output signal 69 of the arrangement 72, ie in this case the current i s through the lamp 26 is increased to one Regulated value, which is supplied to the arrangement 72 by a setpoint generator 84. In the following, numerous examples of possible control arrangements are given. However, it must be emphasized that even with the use of a potentiometer to generate the signal 69, very good results are possible with the arrangement described.
Fig. 2 zeigt - als Beispiel - eine typische Bauart eines Streufeldtransformators 46. Dieser hat einen etwa rechteckförmigen Magnetkern, der aus einzelnen Teilen aufgebaut ist, nämlich zwei geraden Längsschenkeln 90, 92, von denen jeder eine Spule der Primärwicklung 48 und eine Spule der Sekundärwicklung 52 trägt. Diese Spulen haben jeweils, wie dargestellt, einen Abstand D voneinander, um die Ausbildung eines Streufelds, und den Einbau einer Streufeldbrücke, zwischen den Spulen der Primärwicklung 48 und der Sekundärwicklung 52 zu ermöglichen. Die Anschlüsse der Primärwicklung 48 sind mit 48a, 48b und die Anschlüsse der Sekundärwicklung 52 sind mit 52a, 52b bezeichnet.Fig. 2 shows - as an example - a typical design of a stray field transformer 46. This has an approximately rectangular magnetic core which is made up of individual parts, namely two straight longitudinal legs 90, 92, each of which has a coil of the primary winding 48 and a coil of the secondary winding 52 wears. As shown, these coils are each at a distance D from one another in order to enable the formation of a stray field and the installation of a stray field bridge between the coils of the primary winding 48 and the secondary winding 52. The connections of the primary winding 48 are labeled 48a, 48b and the connections of the secondary winding 52 are labeled 52a, 52b.
(Es soll hier ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß Fig. 13 eine zweite, bevorzugte Ausführungsform 46' eines Streufeldtransformators zeigt, der nach den heutigen Erkenntnissen besonders für höhere Frequenzen geeignet ist. Diese Variante wird nachfolgend beschrieben werden.)(It should be expressly pointed out here that FIG. 13 shows a second, preferred embodiment 46 'of a stray field transformer which, according to current knowledge, is particularly suitable for higher frequencies. This variant will be described below.)
Zwischen den Längsschenkeln 90, 92 des Transformators 46 befinden sich - an deren Enden - kürzere Querstücke (Joche) 94, 96. Die Teile 90, 92, 94, 96 sind aus Transformatorenblech aufgebaut, bevorzugt als sogenannte Modulelemente. Fig. 3 deutet bei 98 solche Bleche in der üblichen Weise an. Sie haben typisch eine Dicke von 0,35 mm und sind gegeneinander isoliert. Bei Betrieb mit 50 Hz werden auch Blechdicken von 0,5 mm verwendetBetween the longitudinal legs 90, 92 of the transformer 46 are - at their ends - shorter cross pieces (yokes) 94, 96. The parts 90, 92, 94, 96 are constructed from transformer sheet metal, preferably as so-called module elements. Fig. 3 indicates 98 such sheets in the usual way. They typically have a thickness of 0.35 mm and are insulated from one another. When operating at 50 Hz, sheet thicknesses of 0.5 mm are also used
Modulelemente sind aus einzelnen Blechen 98 aufgebaut. Diese Bleche sind unter 1 4 hohem mechanischem Druck miteinander verklebt und bilden daher einen kompakten Block. Dieser Block ist dort mit einer geschliffenen Fläche versehen, wo sich ein anderer Block an ihn anschließt. Z.B. sind die Joche 94 und 96 an ihren beiden Längsenden geschliffen, damit beim Übergang zum benachbarten Schenkel 90 (links) bzw. 92 (rechts) kein störender Luftspalt entsteht, und die Schenkel 90, 92 sind an den betreffenden Grenzflächen, z.B. der Fläche 100, ebenfalls komplementär geschliffen. Die Modulelemente werden durch (nicht dargestellte) Schraubenbolzen in enger Anlage aneinander gehalten, um die Luftspalte an den Grenzflächen möglichst klein zu halten, bzw. um ihnen eine definierte Größe zu geben.Module elements are constructed from individual sheets 98. These sheets are under 1 4 high mechanical pressure glued together and therefore form a compact block. This block is provided with a ground surface where another block adjoins it. For example, the yokes 94 and 96 are ground on their two longitudinal ends so that there is no annoying air gap at the transition to the adjacent leg 90 (left) or 92 (right), and the leg 90, 92 are at the relevant interfaces, for example surface 100 , also ground complementary. The module elements are held close together by screw bolts (not shown) in order to keep the air gaps at the interfaces as small as possible, or to give them a defined size.
Innerhalb des Abstands D sind zwischen den Längsschenkeln 90, 92 sogenannte Streufeldbleche 102 in der dargestellten Weise angeordnet. Sie sind an den Enden jeweils mittels einer Isolierschicht 104, 106 isoliert und so zwischen die beiden Längsschenkel 90, 92 eingeklemmt. Ihre Anzahl bestimmt die Eigenschaften des Streufeldtransformators 46. Diese Anzahl wird experimentell bestimmt, entsprechend den Werten der UV-Lampe 26.So-called stray field plates 102 are arranged within the distance D between the longitudinal legs 90, 92 in the manner shown. They are insulated at the ends by means of an insulating layer 104, 106 and thus clamped between the two longitudinal legs 90, 92. Their number determines the properties of the stray field transformer 46. This number is determined experimentally, corresponding to the values of the UV lamp 26.
Im Leerlauf erzeugen die beiden Spulen der Primärwicklung 48 hauptsächlich einen magnetischen Fluß 108 durch die Längsschenkel 90, 92 und die beiden Joche 94, 96. Dieser Fluß 108 bewirkt vor dem Zünden die erwünschte hohe Zündspannung an den beiden Spulen der Sekundärwicklung 52.At idle, the two coils of the primary winding 48 mainly generate a magnetic flux 108 through the longitudinal legs 90, 92 and the two yokes 94, 96. This flux 108 causes the desired high ignition voltage at the two coils of the secondary winding 52 before ignition.
Bezeichnet man den Strom in der Primärwicklung mit l-i , und die Windungszahl der Primärwicklung mit w-i, ebenso den Strom in der Sekundärwicklung mit I2, und deren Windungszahl mit W2, so ergibt sich folgende Wirkungsweise:If one designates the current in the primary winding with li, and the number of turns of the primary winding with wi, likewise the current in the secondary winding with I 2 , and their number of turns with W 2 , the following mode of action results:
Wenn die Lampe 26 zündet, wirkt sie fast wie ein Kurzschluß, und der Transformator 46 wird belastet. Hierbei entsteht in der Primärwicklung 48 eine sehr große magnetische Erregung x w-i , die der in der Sekundärwicklung 52 nahezu gleich großen Erregung I2 x W2 entgegenwirkt. Nur der Unterschied dieser beiden Erregungen bildet den gemeinsamen magnetischen Fluß im Eisenweg aus. Ein erheblicher, von diesen großen magnetischen Erregungen getriebener Fluß 110 weicht dem Gegendruck aus und schließt sich unter Umgehung der Sekundärspulen 52 durch die Streubleche 102. Dadurch wird der Nutzfluß 108 1 5 geschwächt, so daß nach dem Zünden die Sekundärspannung zwischen den Anschlüssen 52a, 52b entsprechend kleiner wird.When the lamp 26 ignites, it acts almost like a short circuit and the transformer 46 is loaded. This creates a very large magnetic excitation x wi in the primary winding 48, which counteracts the excitation I 2 x W 2 which is almost the same size in the secondary winding 52. Only the difference between these two excitations forms the common magnetic flux in the iron path. A considerable flow 110, driven by these large magnetic excitations, dodges the counter pressure and closes itself by bypassing the secondary coils 52 through the stray plates 102 1 5 weakened, so that the secondary voltage between the connections 52a, 52b becomes correspondingly smaller after ignition.
Beim Einschalten einer UV-Lampe 26 ist diese kalt, und sie wird zunächst während einer Zeit von einer oder mehreren Minuten durch den Strom erwärmt, der durch sie fließt, bis sie ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Bei dieser Betriebstemperatur arbeitet sie dann mit einer Spannung, die als Brennspannung bezeichnet wird und die meist wesentlich niedriger ist als die Zündspannung. Der Unterschied zwischen Zünd- und Brennspannung ist eine Folge des Aufbaus dieser speziellen Transformatoren-Bauart.When a UV lamp 26 is switched on, it is cold and it is first heated for a period of one or more minutes by the current flowing through it until it has reached its operating temperature. At this operating temperature, it then works with a voltage which is referred to as the operating voltage and which is usually substantially lower than the ignition voltage. The difference between ignition and burning voltage is a consequence of the construction of this special type of transformer.
Die Wirkungsweise eines solchen Transformators soll nun anhand der Fig. 4a bis 4c näher erläutert werden. Diese Figuren zeigen den Fall gemäß dem DE-UM 9 304 274, daß der Streufeldtransformator 46 mit einer sinusförmigen Primärspannung up betrieben wird, d.h., daß z.B. zwischen die Anschlüsse 48a, 48b eine sinusförmige Wechselspannung von 400 V angeschlossen wird. Die Darstellung gemäß den Fig. 4a bis 4c entspricht also dem Stand der Technik. Die Fig. 4a und 4b sind Oszillogramme. Fig. 4c ist eine Schemadarstellung, die nicht auf Messungen beruht, sondern auf theoretischen Überlegungen.The mode of operation of such a transformer will now be explained in more detail with reference to FIGS. 4a to 4c. These figures show the case according to DE-UM 9 304 274 that the stray field transformer 46 is operated with a sinusoidal primary voltage u p , that is to say, for example, that a sinusoidal AC voltage of 400 V is connected between the connections 48a, 48b. The representation according to FIGS. 4a to 4c thus corresponds to the prior art. 4a and 4b are oscillograms. Figure 4c is a schematic representation that is not based on measurements but on theoretical considerations.
Solange die Spannung us an der Lampe 26 niedrig ist, ist deren Widerstand hoch, also die Leitfähigkeit gering, und deshalb arbeitet der Transformator 46 bei ansteigender Spannung zunächst ähnlich wie im Leerlauf, d.h. es ergibt sich hauptsächlich der Fluß 108 und damit ein Spannungsverlauf 1 14 auf der Sekundärseite, der etwa der Leerlaufspannung des Transformators 46 entspricht, also der bereits erläuterten Zündspannung.As long as the voltage u s at the lamp 26 is low, its resistance is high, that is to say the conductivity is low, and therefore the transformer 46 initially works in a similar manner to idling when the voltage rises, that is to say mainly the flux 108 and thus a voltage curve 1 14 on the secondary side, which corresponds approximately to the open circuit voltage of the transformer 46, that is to say the ignition voltage already explained.
An der Stelle 116 beginnt die Lampe 26 stärker zu leiten, d.h. ihr Widerstand nimmt ab, und der magnetische Fluß im Transformator 46 nimmt deshalb stark zu, so daß ab diesem Zeitpunkt ein zunehmender magnetischer Fluß 110 durch die Streubleche 102 fließt und die Sekundärspannung us deshalb reduziert wird. Diese folgt dann im wesentlichen einer sinusförmigen Spannungskurve 118, deren Amplitude wesentlich niedriger ist als die Amplitude der Spannungskurve 114. Die Spannungskurve 118 wird auch als Brennspannung der Lampe bezeichnet. 1 6At the point 116, the lamp 26 begins to conduct more, ie its resistance decreases, and the magnetic flux in the transformer 46 therefore increases greatly, so that from this point in time an increasing magnetic flux 110 flows through the stray plates 102 and the secondary voltage u s is therefore reduced. This then essentially follows a sinusoidal voltage curve 118, the amplitude of which is substantially lower than the amplitude of the voltage curve 114. The voltage curve 118 is also referred to as the operating voltage of the lamp. 1 6
Im Bereich 120 nimmt der Streufluß durch die Streubleche 102 kontinuierlich zu, und dies ist deshalb ein Übergangsbereich, der wie eine kontinuierliche Strombegrenzung für die Lampe 26 wirkt.In region 120, the stray flux through the stray plates 102 increases continuously, and this is therefore a transition region that acts like a continuous current limitation for the lamp 26.
Wie Fig. 4b zeigt, hat diese Strombegrenzung, in Verbindung mit der nichtiinearen Charakteristik der Lampe 26, einen Verlauf des Lampenstroms is zur Folge, der sehr stark von der Form der zugeführten Spannung us abweicht. Dies zeigt sich inbesondere an den Stellen 122, 124, wo der Strom is Eindellungen hat, so daß die Lampe 26 ihre eigentliche Lampenleistung L (Fig. 4c) im wesentlichen nur zwischen diesen Stellen 122, 124 abgibt, was in Fig. 4c stark schematisiert dargestellt ist.As FIG. 4b shows, this current limitation, in conjunction with the non-linear characteristic of the lamp 26, results in a curve of the lamp current which deviates very greatly from the shape of the voltage u s supplied. This can be seen in particular at the locations 122, 124, where the current i s indentations has, so that the lamp 26 its actual lamp power L (Fig. 4c) is substantially only between these points 122, 124 outputs, which greatly in Fig. 4c is shown schematically.
Fig. 4c zeigt auch die Amplitude Lmaχ der maximalen Lampenleistung und eine Amplitude L70 % von 70 % der maximalen Lampenleistung. Wie man erkennt, beträgt bei Fig. 4c das Verhältnis der Zeit T 0 %, während deren die Lampenleistung L mindestens 70 % beträgt, zur Gesamtzeit TI0tai einer Halbwelle, etwa 40 %, d.h. die Lampe 26 gibt nur während etwa 40 % der Gesamtzeit ihre Spitzenleistung ab. Dies führt zu einer schlechten Ausnutzung der Lampe, und auch zu einem schlechten Lampenfaktor LF, und ist vermutlich eine Folge des starken Unterschieds der Form von Sekundärspannung us (Fig. 4a) einerseits und Sekundärstrom is (Fig. 4b) andererseits. Auch kann vermutet werden, daß die Leistung nach dem Maximum des Sinus stark abnimmt, was vermutlich zu einer starken Auskühlung der Lampe und einer entsprechenden Zunahme ihres Widerstands führt.4c also shows the amplitude L ma ma of the maximum lamp power and an amplitude L 70% of 70% of the maximum lamp power. As can be seen in FIG. 4c, the ratio of the time T 0% , during which the lamp power L is at least 70%, to the total time T I0 tai of a half-wave is approximately 40%, ie the lamp 26 gives only for approximately 40% Total time from their peak performance. This leads to poor utilization of the lamp, and also to a poor lamp factor LF, and is presumably a consequence of the large difference in the form of secondary voltage u s (FIG. 4a) on the one hand and secondary current i s (FIG. 4b) on the other hand. It can also be assumed that the power decreases sharply after the maximum of the sinus, which presumably leads to a strong cooling of the lamp and a corresponding increase in its resistance.
Festzuhalten ist, daß der Streufeldtransformator 46, wenn er eine UV-Lampe 26 mit Strom versorgt, als Strombegrenzung für diese Lampe wirkt, und zwar als Strombegrenzung mit einer äußerst kurzen Ansprechzeit, also mit einer extrem hohen Betriebssicherheit. Deshalb wird bei der vorliegenden Erfindung in bevorzugter Weise ein Streufeldtransformator 46 verwendet, doch sind auch andere Lösungen möglich, wie nachstehend erläutert wird. Ein Streufeldtransformator hat auch den Vorteil, daß er eine erhöhte Zündspannung für die Lampe 26 liefert, doch haben Versuche gezeigt, daß bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 in vielen Fällen die Zündspannung nicht viel höher zu sein braucht 1 7 als die Brennspannung, so daß im Prinzip auch ein "normaler" Transformator ohne Streufeld genügen würde, dessen Sekundärwicklung mit einer Drossel in Reihe geschaltet ist, wie nachfolgend in Fig. 7 oder Fig. 40 dargestellt.It should be noted that the stray field transformer 46, when it supplies a UV lamp 26 with current, acts as a current limit for this lamp, specifically as a current limit with an extremely short response time, that is to say with extremely high operational reliability. A stray field transformer 46 is therefore preferably used in the present invention, but other solutions are also possible, as will be explained below. A stray field transformer also has the advantage of providing increased ignition voltage for lamp 26, but trials have shown that in many cases with an arrangement as shown in FIG. 1, the ignition voltage need not be much higher 1 7 as the operating voltage, so that in principle a "normal" transformer without stray field would also suffice, the secondary winding of which is connected in series with a choke, as shown below in FIG. 7 or FIG. 40.
Da bei der Erfindung eine Frequenz von z.B. 400 Hz für die Spannung up verwendet wird, kann der Kern des Transformators einschließlich der beiden Wicklungen 48, 52 entsprechend kleiner ausgelegt werden, so daß sich eine kleinere Baugröße ergibt als bei Betrieb mit 50 Hz. Jedoch ist die Erfindung auch mit einer niedrigeren oder höheren Frequenz als 400 Hz ausführbar.Since a frequency of, for example, 400 Hz is used for the voltage u p in the invention, the core of the transformer, including the two windings 48, 52, can be designed correspondingly smaller, so that there is a smaller size than when operating at 50 Hz. However the invention can also be carried out with a lower or higher frequency than 400 Hz.
Da bei einer Frequenz von 400 Hz höhere Ummagnetisierungsverluste in den Modulelementen 90, 92, 94, 96 entstehen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Transformator 46 dabei für eine relativ geringe Magnetflußdichte von 0,3 bis 0,5 T auszulegen, während bei Modulelementen, und Betrieb mit 50 Hz, eine Magnetflußdichte im Bereich zwischen 1 ,2 und 1 ,8 T verwendet wird, je nach Qualität der Bleche 98, die in den Modulelementen 90, 92, 94, 96 verwendet werden. Sofern der Transformator 46 zwangsgekühlt wird, z.B. mittels eines Gebläses, ist auch eine höhere Magnetflußdichte möglich, doch wird in den meisten Fällen ein Transformator bevorzugt, bei dem keine zusätzliche Kühlung erforderlich ist. Die Auslegung hängt naturgemäß auch von der maximal zulässigen Umgebungstemperatur des Transformators und von der Höhe über dem Meeresspiegel ab, bei der der Transformator 46 betrieben wird. Die entsprechenden Regeln für die Auslegung von Streufeldtransformatoren sind dem Fachmann bekannt und brauchen deshalb hier nicht dargelegt zu werden.Since, at a frequency of 400 Hz, higher magnetic reversal losses occur in the module elements 90, 92, 94, 96, it has proven to be advantageous to design the transformer 46 for a relatively low magnetic flux density of 0.3 to 0.5 T, while at Module elements, and operation at 50 Hz, a magnetic flux density in the range between 1, 2 and 1, 8 T is used, depending on the quality of the sheets 98, which are used in the module elements 90, 92, 94, 96. If the transformer 46 is forced cooled, e.g. a higher magnetic flux density is also possible by means of a blower, but in most cases a transformer is preferred in which no additional cooling is required. The design naturally also depends on the maximum permissible ambient temperature of the transformer and on the height above sea level at which the transformer 46 is operated. The corresponding rules for the design of stray field transformers are known to the person skilled in the art and therefore need not be set out here.
Die Fig. 5a bis 5c zeigen für eine erfindungsgemäße Anordnung gemäß Fig. 1 dieselben Werte, wie sie für den Stand der Technik in den Fig. 4a bis 4c dargestellt sind.5a to 5c show the same values for an arrangement according to the invention according to FIG. 1 as are shown for the prior art in FIGS. 4a to 4c.
Wie bereits bei Fig. 1 erläutert und dort bei 50 dargestellt, hat die Primärspannung up des Transformators 46 einen im wesentlichen rechteckförmigen Verlauf. Dieser Verlauf ist deshalb in Fig. 5 nicht nochmals dargestellt.As already explained in FIG. 1 and shown there at 50, the primary voltage u p of the transformer 46 has an essentially rectangular profile. This course is therefore not shown again in FIG. 5.
Durch den Transformator 46 werden nicht alle Oberwellen einer rechteckförmigen Primärspannung übertragen, so daß die Sekundärspannung us den Verlauf hat, 1 8 wie er in Fig. 5a dargestellt ist. Z.B. findet zum Zeitpunkt t-ι eine Umschaltung (Kommutierung) der Transistoren 32, 36 statt, d.h. der bisher leitende Transistor wird gesperrt, und nach einer kurzen Schaltpause (Schonzeit) von z.B. 100 μs wird der andere Transistor leitend gesteuert. Dies hat auf der Sekundärseite des Transformators 46 einen etwa e-förmigen Anstieg der Sekundärspannung us zur Folge, die etwa zum Zeitpunkt t2 ihr positives Maximum erreicht und dieses bis zum Zeitpunkt t3 beibehält, an dem eine neue Kommutierung im Wechselrichter 30 erfolgt.The transformer 46 does not transmit all the harmonics of a rectangular primary voltage, so that the secondary voltage u s has the shape 1 8 as shown in Fig. 5a. For example, a switchover (commutation) of the transistors 32, 36 takes place at the time t 1, ie the previously conductive transistor is blocked, and after a short switching pause (closed period) of, for example, 100 μs, the other transistor is controlled to be conductive. On the secondary side of the transformer 46, this results in an approximately e-shaped rise in the secondary voltage u s , which reaches its positive maximum at about time t 2 and maintains it until time t 3 , at which a new commutation takes place in the inverter 30.
Wie Fig. 5b zeigt, ändert sich der Sekundärstrom is zwischen den Zeitpunkten ti und t2, also im Bereich 60 der Fig. 1 , ebenfalls etwa nach Art einer e-Funktion, und steigt dann zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 etwa linear an, so daß er zum Kommutierungszeitpunkt t3 sein Maximum 64 erreicht, bei dem auch die Lampe 26 den maximalen Augenblickswert ihrer Lampenleistung L erreicht.As FIG. 5b shows, the secondary current i s changes between the times ti and t 2 , that is to say in the region 60 of FIG. 1, likewise in the manner of an e-function, and then increases approximately between the times t 2 and t 3 linearly, so that it reaches its maximum 64 at the time of commutation t 3 , at which the lamp 26 also reaches the maximum instantaneous value of its lamp power L.
Wie Fig. 5c zeigt, nimmt nach dem Zeitpunkt ti der Kommutierung des Stromes is die Lampenleistung L in einem Bereich 61 sehr rasch auf Null ab, was eine - notwendige - Reduzierung der Temperatur des Gases in der Lampe 26 bewirkt. Anschließend nimmt in einem Bereich 63 die Lampenleistung rasch und etwa nach eine e-Funktion wieder zu, und steigt dann in einem Bereich 65 etwa linear bis zu einem Maximum 67 an, wo die Kommutierung erfolgt.As FIG. 5c shows, after the time ti of the commutation of the current i s, the lamp power L decreases very quickly to zero in a region 61, which brings about a — necessary — reduction in the temperature of the gas in the lamp 26. The lamp power then increases again rapidly in a region 63 and approximately after an e-function, and then increases approximately linearly in a region 65 to a maximum 67 where commutation takes place.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß Fig. 5a und b Oszillogramme sind, nicht aber Fig. 5c, die nur eine schematische Darstellung zeigt, da solche raschen Verläufe sehr schwierig zu messen sind.At this point it should be pointed out that FIGS. 5a and b are oscillograms, but not FIG. 5c, which shows only a schematic representation, since such rapid courses are very difficult to measure.
In Fig. 5c ist die maximale Lampenleistung mit Lmax bezeichnet, und ebenso ist eine Linie L70 % mit 70 % der maximalen Lichtleistung eingetragen. Man erkennt, daß hier, im Vergleich zu Fig. 4c, das Verhältnis der Zeitdauer T70 % zur Zeit Ttotai einer Halbwelle etwa 65 bis 75 % beträgt, was eine bessere Ausnutzung der Lampe und einen entsprechend besseren Lampenfaktor LF bewirkt. Anders gesagt, ermöglicht dieselbe Lampe 26 mit der Erfindung eine höhere Lampenleistung als mit einer Anordnung nach dem Stand der Technik. Gleichzeitig kann dadurch auch die Lampenleistung in einem größeren Bereich variiert werden, 1 9 da die niederste Leistung einer Lampe dadurch begrenzt ist, daß diese wegen mangelnder Energiezufuhr zu stark auskühlt und dadurch ausgeht; wenn also die maximale Lampenleistung erhöht wird, bedeutet dies automatisch eine Vergrößerung des Bereichs, in dem die Lampenleistung verändert werden kann, denn dadurch wird dieser Bereich nach oben erweitert.In Fig. 5c, the maximum lamp power is designated Lm ax , and a line L 70% with 70% of the maximum light output is also entered. It can be seen that, in comparison to FIG. 4c, the ratio of the time period T 7 0 % to the time T to tai of a half-wave is approximately 65 to 75%, which results in better utilization of the lamp and a correspondingly better lamp factor LF. In other words, the same lamp 26 with the invention enables a higher lamp wattage than with a prior art arrangement. At the same time, the lamp power can be varied over a wide range, 1 9 because the lowest output of a lamp is limited by the fact that it cools down too much due to a lack of energy supply and therefore goes out; if the maximum lamp power is increased, this automatically means an enlargement of the area in which the lamp power can be changed, because this extends this area upwards.
Der Lampenfaktor LF ist gemäß den Gleichungen (1) und (5) definiert alsThe lamp factor LF is defined according to equations (1) and (5) as
LF = P/(uΘff χ ieff) (8), wobei P = von der Lampe abgegebene Wirkleistung, uβff = Effektivwert der Spannung an der Lampe, und ieff = Effektivwert des Stromes durch die Lampe.LF = P / (u Θ ff χ ieff) (8), where P = active power emitted by the lamp, u βff = effective value of the voltage across the lamp, and i ef f = effective value of the current through the lamp.
Der Lampenfaktor LF liegt im allgemeinen zwischen 0,7 und 0,9. Bei der Erfindung kann er bis zu einem Wert von etwa 0,98 gesteigert werden, was aus verschiedenen Gründen sehr vorteilhaft ist.The lamp factor LF is generally between 0.7 and 0.9. In the invention, it can be increased up to a value of approximately 0.98, which is very advantageous for various reasons.
Eine zufriedenstellende theoretische Erklärung dieses Phänomens ist derzeit nicht möglich. Die Spannungsformen nach Fig. 4a bzw. 5a sind ja nicht extrem unähnlich, und doch ergibt sich bei Fig. 5b eine völlig andere Form des Lampenstroms is als bei Fig. 4b, und ein stark verbesserter Lampenfaktor.A satisfactory theoretical explanation of this phenomenon is currently not possible. The voltage forms according to FIGS. 4a and 5a are not extremely dissimilar, and yet in FIG. 5b there is a completely different form of lamp current i s than in FIG. 4b, and a greatly improved lamp factor.
Wesentlich erscheint nach dem jetzigen Stand der Erkenntnis, daß die Temperatur in der Lampe vermutlich der Form des Stromes mit einer sehr geringen Verzögerung folgt, da das Gas in der Lampe praktisch keine Energie speichern kann und auch die Energiespeicherkapazität des Lampenkolbens sehr gering ist. Weiter erscheint nach den Erkenntnissen der Erfinder wesentlich, daß die Lampe 26 immer in einem engen Temperaturband betrieben werden sollte, d.h. die Lampentemperatur sollte möglichst wenig schwanken, da dann auch der Widerstand der Lampe möglichst wenig schwankt und nur geringe transiente Widerstandsänderungen auftreten.According to the current state of knowledge, it appears essential that the temperature in the lamp presumably follows the form of the current with a very slight delay, since the gas in the lamp can store practically no energy and the energy storage capacity of the lamp bulb is also very low. Furthermore, according to the inventors' knowledge, it appears essential that the lamp 26 should always be operated in a narrow temperature range, i.e. the lamp temperature should fluctuate as little as possible, since then the resistance of the lamp fluctuates as little as possible and only slight transient changes in resistance occur.
Bei der Stromform gemäß Fig. 5b nimmt im Bereich 62 die Lampenleistung L etwa linear zu, d.h. das ist prinzipiell eine instabile Situation, weil die Leitfähigkeit der Lampe 26 hier immer besser wird. Würde die Lampe 26 ständig an eine konstante Gleichspannung angeschlossen, so würde sie wegen der ständig zunehmenden 2 05b, the lamp power L increases approximately linearly in the region 62, ie this is in principle an unstable situation because the conductivity of the lamp 26 is getting better and better here. If the lamp 26 were constantly connected to a constant DC voltage, it would because of the constantly increasing 2 0
Leistungsaufnahme sehr rasch explodieren.Power consumption explode very quickly.
Dieser Teil der Stromkurve (Bereich 62) muß also in regelmäßigen Abständen durch eine kurze Abkühlphase unterbrochen werden, und dies geschieht bei der Kommutierung, wo der Lampenstrom is durch Null geht und folglich die Leistungszufuhr zur Lampe 26 kurzzeitig unterbrochen wird.This part of the current curve (area 62) must therefore be interrupted at regular intervals by a short cooling phase, and this occurs during commutation, where the lamp current i s goes through zero and consequently the power supply to the lamp 26 is briefly interrupted.
Es soll aber betont werden, daß es sich hier nur um Hypothesen handelt, die erst durch lange Untersuchungen, z.B. an einem entsprechenden Hochschulinstitut, bestätigt werden müßten.However, it should be emphasized that these are only hypotheses that are only possible through long investigations, e.g. at a corresponding university institute.
Fig. 6 zeigt als Variante die Verwendung eines halbgesteuerten Dreiphasen- Brückengleichrichters 12'. In den unteren Brückenzweigen befinden sich hier Dioden 13, und in den oberen Brückenzweigen Thyristoren 15, die von den Zündimpulsgebern in der Anordnung 66 gesteuert werden. Der übrige Teil der Anordnung stimmt mit Fig. 1 überein und ist deshalb nicht dargestellt. Die Anordnung nach Fig. 6 hat einen einfacheren Aufbau, reagiert aber weniger schnell auf Änderungen des Signals am Eingang 70.Fig. 6 shows as a variant the use of a semi-controlled three-phase bridge rectifier 12 '. In the lower bridge branches there are diodes 13, and in the upper bridge branches thyristors 15, which are controlled by the ignition pulse generators in the arrangement 66. The remaining part of the arrangement corresponds to FIG. 1 and is therefore not shown. 6 has a simpler structure, but reacts less quickly to changes in the signal at input 70.
Fig. 7 zeigt eine Variante zum Streufeldtransformator 46 der Fig. 1. An seiner Stelle wird hier ein Standardtransformator 130 (ohne Streufeldbrücke) verwendet, wobei die Lampe 26 mit einer Drossel 132 in Reihe geschaltet ist. Die Drossel 132 verhindert einen unkontrollierten Stromanstieg in der Lampe 26 und wirkt deshalb als Strombegrenzung. Die Lösung gemäß Fig. 1 mit dem Streufeldtransformator 46 wird aber bevorzugt, da sie flexibler ist und weniger Bauteile erfordert.FIG. 7 shows a variant of the stray field transformer 46 of FIG. 1. A standard transformer 130 (without a stray field bridge) is used here in its place, the lamp 26 being connected in series with a choke 132. The choke 132 prevents an uncontrolled current rise in the lamp 26 and therefore acts as a current limitation. The solution according to FIG. 1 with the stray field transformer 46 is preferred, however, since it is more flexible and requires fewer components.
Fig. 8 zeigt den Anschluß von zwei UV-Lampen 26, 26' an dieselbe Anordnung 10, also an denselben Gleichstrom-Zwischenkreis 18. Jede Lampe hat ihren eigenen Streufeldtransformator 46 bzw. 46', der nach den Bedürfnissen dieser Lampe ausgelegt ist, und sie hat ihren eigenen Wechselrichter 30 bzw. 30', welche identisch aufgebaut sein können. Die Teile des Wechselrichters 30' sind deshalb mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, aber mit einem nachgestellten Apostroph, also z.B. IGBT-Transistor 32'.Fig. 8 shows the connection of two UV lamps 26, 26 'to the same arrangement 10, that is to the same DC intermediate circuit 18. Each lamp has its own stray field transformer 46 and 46', which is designed according to the needs of this lamp, and it has its own inverter 30 or 30 ', which can be constructed identically. The parts of the inverter 30 'are therefore labeled with the same reference numerals, but with a trailing apostrophe, e.g. IGBT transistor 32 '.
Die Primärwicklung des Transformators 46 ist zwischen dem Punkt 24 und dem 2 1The primary winding of the transformer 46 is between the point 24 and the 2 1
Knotenpunkt 34 geschaltet, ebenso wie bei Fig. 1. Die Primärwicklung des Transformators 46' ist zwischen dem Punkt 24 und dem Knotenpunkt 34' geschaltet, d.h. der Punkt 24 dient als künstlicher Nullpunkt für beide Wechselrichter 30 und 30'. Der Wechselrichter 30 wird gesteuert von der Anordnung 42 und dem Oszillator 44, welcher die Frequenz vorgibt, z.B. 400 Hz. Der Wechselrichter 30' wird gesteuert von einer Anordnung 42', und ebenfalls vom Oszillator 44. Naturgemäß muß die Kapazität der Kondensatoren 20, 22, welche zusammen eine Kondensatoranordnung 136 bilden, an den Leistungsbedarf der beiden Lampen 26 und 26' angepaßt sein.Node 34 switched, as in Fig. 1. The primary winding of transformer 46 'is connected between point 24 and node 34', i.e. point 24 serves as an artificial zero point for both inverters 30 and 30 '. The inverter 30 is controlled by the arrangement 42 and the oscillator 44, which specifies the frequency, e.g. 400 Hz. The inverter 30 'is controlled by an arrangement 42', and also by the oscillator 44. Naturally, the capacitance of the capacitors 20, 22, which together form a capacitor arrangement 136, must be adapted to the power requirements of the two lamps 26 and 26 ' .
Die übrigen Teile der Anordnung gemäß Fig. 8 stimmen mit Fig. 1 überein und sind deshalb in Fig. 8 nicht nochmals dargestellt.The other parts of the arrangement according to FIG. 8 correspond to FIG. 1 and are therefore not shown again in FIG. 8.
Fig. 9 zeigt ausschnittsweise eine Anordnung 10, bei der als Wechselrichter 30" eine Vollbrückenschaltung verwendet wird. Diese ist als sogenannte H-Brücke aus vier IGBT-Transistoren aufgebaut, nämlich zwei oberen Transistoren 140, 142 und zwei unteren Transistoren 144, 146. Zu diesen Transistoren sind jeweils Umschwingdioden 140', 142', 144', 146' parallelgeschaltet.9 shows a section of an arrangement 10 in which a full-bridge circuit is used as the inverter 30 ". This is constructed as a so-called H-bridge from four IGBT transistors, namely two upper transistors 140, 142 and two lower transistors 144, 146. Zu Swinging diodes 140 ', 142', 144 ', 146' are connected in parallel to these transistors.
Der Transistor 140 ist mit seinem Kollektor an die Plusleitung 14 angeschlossen, und mit seinem Emitter an den Anschluß 48a der Primärwicklung 48 des Streufeldtransformators 46, mit dem auch der Kollektor des Transistors 144 verbunden ist, dessen Emitter an die Minusleitung 16 angeschlossen ist.The transistor 140 has its collector connected to the positive line 14 and its emitter to the connection 48a of the primary winding 48 of the stray field transformer 46, to which the collector of the transistor 144 is also connected, the emitter of which is connected to the negative line 16.
In gleicher Weise ist der Transistor 142 mit seinem Kollektor an die Plusleitung 14 angeschlossen, und mit seinem Emitter an den Anschluß 48b der Primärwicklung 48, mit dem auch der Kollektor des Transistors 146 verbunden ist, dessen Emitter an die Minusleitung 16 angeschlossen ist.In the same way, the transistor 142 is connected with its collector to the positive line 14 and with its emitter to the connection 48b of the primary winding 48, to which the collector of the transistor 146 is also connected, the emitter of which is connected to the negative line 16.
Zur Ansteuerung Transistoren des Wechselrichters 30" dient eine Anordnung 42", welche die Zündmodule (vgl. Fig. 25) für diese Transistoren enthält und welche ihren Takt, z.B. 400 Hz, von einem Oszillator 44 erhält.An arrangement 42 ", which contains the ignition modules (cf. FIG. 25) for these transistors and which controls their clock, e.g. 400 Hz, received by an oscillator 44.
Die Kondensatoranordnung 136' enthält hier nur einen einzigen Kondensator 150, z.B. einen Elektrolytkondensator mit 1000 μF. Die Größe dieses Kondensators 150 2 2 hängt hauptsächlich von drei Faktoren ab: a) Dem Aufbau des Gleichrichters 12. Die Oberwellen dieses Gleichrichters müssen effektiv ausgefiltert werden, um eine möglichst rechteckförmige Spannung an der Primärwicklung 48 des Streufeldtransformators 46 zu erhalten. Z.B. braucht ein Schaltnetzteil einen kleineren Kondensator. b) Der Leistung der Lampe 26 und deren Betriebsfrequenz. Eine Lampe 26 hoher Leistung braucht einen größeren Kondensator 150 als eine Lampe kleiner Leistung, da ja der Lampenstrom besonders in dem Bereich 62 (Fig. 5b) zu großen Teilen aus dem Kondensator 150 gespeist wird. c) Der Art der Regelung. Falls eine Amplitudenregelung (mit Veränderung der Zwischenkreisspannung U) verwendet wird, darf der Kondensator 150 nicht zu groß werden, da sonst die Totzeit des Reglers zu groß wird, d.h. dieser reagiert dann zu langsam. Falls die Regelung nicht über die Zwischenkreisspannung U erfolgt, sondern am Wechselrichter, spielt diese Überlegung keine Rolle.The capacitor arrangement 136 ′ here contains only a single capacitor 150, for example an electrolytic capacitor with 1000 μF. The size of this capacitor 150 2 2 mainly depends on three factors: a) The structure of the rectifier 12. The harmonics of this rectifier must be effectively filtered out in order to obtain the most rectangular possible voltage on the primary winding 48 of the stray field transformer 46. For example, a switching power supply needs a smaller capacitor. b) The power of the lamp 26 and its operating frequency. A lamp 26 of high power needs a larger capacitor 150 than a lamp of low power, since the lamp current is largely supplied from the capacitor 150, particularly in the region 62 (FIG. 5b). c) The type of scheme. If an amplitude control (with a change in the intermediate circuit voltage U) is used, the capacitor 150 must not become too large, since otherwise the dead time of the controller becomes too long, ie it then reacts too slowly. If the control is not performed via the DC link voltage U, but at the inverter, this consideration is irrelevant.
Arbeitsweise von Fig. 9Operation of Fig. 9
Durch die Anordnung 42" werden z.B. zuerst die beiden Transistoren 140 und 146 eingeschaltet, so daß von der Plusleitung 14 ein Strom durch den Transistor 140 zur Primärwicklung 48 und von dort durch den Transistor 146 zur Minusleitung 16 fließt. Nach einer Halbwelle, also bei 400 Hz nach 1150 μs, wird durch entsprechende Signale der Anordnung 42" der Strom durch die Transistoren 140, 146 unterbrochen. Nach einer Schonzeit (Pause) von 100 μs werden die Transistoren 142 und 144 von der Anordnung 42" eingeschaltet ("Kommutierung"), so daß jetzt ein Strom von der Plusleitung 14 durch den Transistor 142, die Primärwicklung 48, und den Transistor 144 zur Minusleitung 16 fließt. Dieser wird ebenfalls nach 1150 μs unterbrochen. Es schließt sich wiederum eine Schonzeit (Pause) von 100 μs an, in der keiner der Transistoren leitet, und der beschriebene Zyklus wiederholt sich ständig mit der Frequenz von z.B. 400 Hz.The arrangement 42 "first switches on the two transistors 140 and 146, for example, so that a current flows from the plus line 14 through the transistor 140 to the primary winding 48 and from there through the transistor 146 to the minus line 16. After a half-wave, that is at 400 Hz after 1150 μs, the current through the transistors 140, 146 is interrupted by corresponding signals of the arrangement 42 ″. After a closed period (pause) of 100 μs, the transistors 142 and 144 are switched on by the arrangement 42 "(" commutation "), so that now a current from the positive line 14 through the transistor 142, the primary winding 48, and the transistor 144 to Minus line 16 flows, which is also interrupted after 1150 μs, which is followed by a rest period of 100 μs, in which none of the transistors conducts, and the cycle described repeats itself continuously with the frequency of 400 Hz, for example.
Wenn die Transistoren 140, 146 leitend sind, fließt der Strom in der Primärwicklung 48 vom Anschluß 48a zum Anschluß 48b. Wenn umgekehrt die Transistoren 142, 144 leitend sind, fließt der Strom in der Primärwicklung 48 vom Anschluß 48b zum Anschluß 48a. Man erhält so eine alternierende Rechteckspannung an der Primärwicklung 48, und eine entsprechende Spannung an der Sekundärwicklung 52, d.h. 2 3 im wesentlichen dieselben Spannungs- und Stromkurven, wie sie in Fig. 5a und 5b dargestellt sind. Im Vergleich zu Fig. 1 ist aber hier die Amplitude der Primärspannung doppelt so hoch, und die Primärströme werden - bei gleicher Lampenleistung -entsprechend kleiner. Der Transformator 46 muß entsprechend ausgelegt werden.When transistors 140, 146 are conductive, the current in primary winding 48 flows from terminal 48a to terminal 48b. Conversely, when transistors 142, 144 are conductive, the current in primary winding 48 flows from terminal 48b to terminal 48a. An alternating square-wave voltage is thus obtained on the primary winding 48 and a corresponding voltage on the secondary winding 52, ie 2 3 essentially the same voltage and current curves as shown in Fig. 5a and 5b. In comparison to FIG. 1, however, the amplitude of the primary voltage is twice as high here, and the primary currents are correspondingly smaller - with the same lamp power. The transformer 46 must be designed accordingly.
In Fig. 9 sind die übrigen Teile der Anordnung 10 nicht dargestellt. Der Kürze halber wird hierzu auf Fig. 1 verwiesen.The remaining parts of the arrangement 10 are not shown in FIG. 9. For the sake of brevity, reference is made to FIG. 1.
Wenn bei Fig. 9 an den Wechselrichter 30" weitere Lampen angeschlossen werden sollen, hat jede Lampe ihren eigenen Streufeldtransformator (nicht dargestellt), und dessen Primärwicklung wird an die Punkte 48a, 48b der Schaltung nach Fig. 9 angeschlossen, also parallel zur Primärwicklung 48 des Transformators 46.If additional lamps are to be connected to the inverter 30 "in FIG. 9, each lamp has its own stray field transformer (not shown), and its primary winding is connected to the points 48a, 48b of the circuit according to FIG. 9, that is to say in parallel with the primary winding 48 of the transformer 46.
Fig. 10 zeigt eine sogenannte Stromregelung für die Lampe 26. Gleiche oder gleichwirkende Teile wie in den vorhergehenden Figuren werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie dort und gewöhnlich nicht nochmals beschrieben. Die beschriebenen Varianten, z.B. nach den Fig. 6 bis 9, können bei Fig. 10 in der gleichen Weise verwendet werden.FIG. 10 shows a so-called current regulation for the lamp 26. The same or equivalent parts as in the previous figures are designated with the same reference numerals as there and usually not described again. The variants described, e.g. 6 to 9, can be used in Fig. 10 in the same manner.
Aus einem Wechselstrom- oder Dreiphasennetz 11 wird der steuerbare Gleichrichter 12 mit Strom versorgt und speist seinerseits den Gleichstrom- Zwischenkreis 18, an den der Wechselrichter 30 angeschlossen ist, der von der Anordnung 42 und dem Oszillator 44 gesteuert wird, um eine rechteckförmige Wechselspannung zu erzeugen, z.B. mit 400 Hz.The controllable rectifier 12 is supplied with current from an AC or three-phase network 11 and in turn feeds the DC intermediate circuit 18 to which the inverter 30 is connected, which is controlled by the arrangement 42 and the oscillator 44 in order to generate a rectangular AC voltage , e.g. at 400 Hz.
An den Wechselrichter 30 ist über den Streufeldtransformator 46 und den Stromwandler 74 die Lampe 26 angeschlossen. Die Anordnung 76 setzt den vom Stromwandler 74 erfaßten Strom in einen echten Strom-Effektivwert ieff (TRUE RMS) um, und dieser wird dem Regler 72 zugeführt, ebenso ein Strom-Sollwert vom Sollwertgeber 84. Im Regler 72 wird die Differenz zwischen dem Wert ieff und dem eingestellten Strom-Sollwert gebildet, und damit wird über die Steueranordnung 66 der steuerbare Gleichrichter 12 und damit die Gleichspannung U am Zwischenkreis 18 gesteuert. Wenn also der Lampenstrom 2 4 zu hoch wird, wird die Spannung U am Zwischenkreis 18 reduziert, und wenn der Lampenstrom zu niedrig ist, wird diese Spannung erhöht. Es handelt sich also um eine Amplitudensteuerung.The lamp 26 is connected to the inverter 30 via the stray field transformer 46 and the current transformer 74. The arrangement 76 converts the current detected by the current transformer 74 into a true rms current value i e ff (TRUE RMS), and this is fed to the controller 72, as is a current setpoint from the setpoint generator 84. The difference between the Value i eff and the set current setpoint, and thus the controllable rectifier 12 and thus the DC voltage U on the intermediate circuit 18 is controlled via the control arrangement 66. So if the lamp current 2 4 becomes too high, the voltage U at the intermediate circuit 18 is reduced, and if the lamp current is too low, this voltage is increased. It is therefore an amplitude control.
Die Fig. 11 A und 11 B zeigen das Grundprinzip der Amplitudensteuerung, das sich im vorliegenden Fall als sehr vorteilhaft erwiesen hat. Fig. 11A zeigt die Spannung up auf der Primärseite des Streufeldtransformators 46. Es handelt sich um eine Rechteckspannung mit einer Frequenz von z.B. 400 Hz, und eine Änderung der Spannung U am Zwischenkreis 18 bewirkt eine Änderung der Amplitude dieser Spannung, wie durch die Pfeile 154 angedeutet. Bei einem Wechselrichter gemäß Fig. 1 hat die Spannung up die Amplitude U/2, und bei einem Wechselrichter gemäß Fig. 9 hat sie die Amplitude U.11 A and 11 B show the basic principle of amplitude control, which has proven to be very advantageous in the present case. 11A shows the voltage u p on the primary side of the stray field transformer 46. It is a square-wave voltage with a frequency of, for example, 400 Hz, and a change in the voltage U at the intermediate circuit 18 causes a change in the amplitude of this voltage, as indicated by the arrows 154 indicated. In an inverter according to FIG. 1, the voltage u p has the amplitude U / 2, and in an inverter according to FIG. 9 it has the amplitude U.
Entsprechend dieser Änderung 154 ändert sich auch die Amplitude der Spannung us auf der Sekundärseite des Streufeldtransformators 46, wie in Fig. 11 B dargestellt, d.h. wenn die Spannung U am Zwischenkreis 18 zunimmt, nimmt auch die Amplitude von us entsprechend zu.Corresponding to this change 154, the amplitude of the voltage u s on the secondary side of the stray field transformer 46 also changes, as shown in FIG. 11B, ie if the voltage U at the intermediate circuit 18 increases, the amplitude of u s also increases accordingly.
Fig. 12A zeigt (für die Anordnung nach Fig. 1 ) Meßwerte für eine reduzierte Primärspannung up (mit einer Frequenz von 400 Hz), und Fig. 12B zeigt die entsprechenden Stromwerte für den Lampenstrom is, der ebenfalls eine reduzierte Amplitude hat. Die Stromkurve gemäß Fig. 12B (mit einem niedrigen Strom is) kann verglichen werden mit der Stromkurve gemäß Fig. 5B, die einen höheren Strom zeigt. Es ergibt sich dieselbe günstige Form des Stroms is, also ein rascher e- förmiger Anstieg 60 und anschließend ein langsamerer linearer Anstieg 62 bis zum Strommaximum 64, aber bei reduzierter Amplitude des Stromes. Die in Fig. 12B sichtbaren Spikes 156 des Lampenstroms entstehen durch die Umschaitvorgänge bei der Kommutierung des Stromes.FIG. 12A shows (for the arrangement according to FIG. 1) measured values for a reduced primary voltage u p (with a frequency of 400 Hz), and FIG. 12B shows the corresponding current values for the lamp current i s , which also has a reduced amplitude. The current curve according to FIG. 12B (with a low current i s ) can be compared with the current curve according to FIG. 5B, which shows a higher current. The same favorable form of the current i s results, that is to say a rapid e-shaped increase 60 and subsequently a slower linear increase 62 up to the current maximum 64, but with a reduced amplitude of the current. The spikes 156 of the lamp current visible in FIG. 12B result from the switching processes during the commutation of the current.
Mit einer derartigen Amplitudensteuerung über den Gleichrichter 12 ist es möglich, die Lampenleistung bis zu etwa 20 % des Maximalwerts herunterzuregeln, da ja die Lampe 26 während des größten Teils einer Halbwelle mit Strom versorgt wird und diese Stromversorgung nur während der Kommutierung kurzzeitig reduziert bzw. unterbrochen wird. Die Fig. 12A und 12B zeigen, daß sich insgesamt eine 2 5 sehr günstige Form der Energiezufuhr zur Lampe 26 ergibt, so daß die Leistungsabgabe der Lampe sehr weit reduziert werden kann. Eine natürliche Grenze für die Leistungsreduzierung ergibt sich dadurch, daß bei niedriger Leistung die Lampe zu stark abkühlt und dann erlischt.With such an amplitude control via the rectifier 12, it is possible to regulate the lamp power down to approximately 20% of the maximum value, since the lamp 26 is supplied with current during the major part of a half-wave and this power supply is reduced or interrupted only briefly during commutation becomes. 12A and 12B show that a total of 2 5 very favorable form of energy supply to the lamp 26 results, so that the power output of the lamp can be reduced very far. A natural limit for the power reduction results from the fact that the lamp cools down too much at low power and then goes out.
Fig. 13 zeigt eine Variante 46" zu dem Streufeldtransformator 46 der Fig. 2 und 3. Dieser hat ebenfalls einen rechteckförmigen Eisenkern, der aus zwei Schenkeln 160, 164 und zwei Jochen 162, 166 in der dargestellten Weise aufgebaut ist. Die Bleche dieser Modulteile haben eine Dicke von 0,35 mm und sind unter Druck miteinander verklebt, vgl. Fig. 3. Diese Modulteile sind durch nicht dargestellte Schraubenbolzen so miteinander verspannt, daß sich an den Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Modulteilen, z.B. an der Trennfuge 168, kleine und exakt definierte Luftspalte ergeben. (Selbstverständlich ist auch ein Aufbau des Eisenkerns aus Einzelblechen nicht ausgeschlossen.)13 shows a variant 46 "of the stray field transformer 46 of FIGS. 2 and 3. This also has a rectangular iron core which is constructed in the manner shown from two legs 160, 164 and two yokes 162, 166. The plates of these module parts have a thickness of 0.35 mm and are glued together under pressure, see Fig. 3. These module parts are clamped together by screw bolts, not shown, so that small and. At the connection points between the individual module parts, for example at the parting line 168 result in precisely defined air gaps. (Of course, a build-up of the iron core from individual sheets is not excluded.)
Die Primärwicklung hat hier vier Spulen 170, 172, 174, 176, und die Sekundärwicklung hat zwei Spulen 178, 180, die in der Mitte der beiden Schenkel 160, 164 befestigt sind.The primary winding here has four coils 170, 172, 174, 176, and the secondary winding has two coils 178, 180, which are fastened in the middle of the two legs 160, 164.
Die beiden unteren Primärspulen 174, 176 haben einen Abstand D1 von den Sekundärspulen 178, 180, und in diesem Abstand D1 sind Streubleche 182 zwischen den Schenkeln 160, 164 unter Zwischenschaltung von zwei Isolatoren 184, 186 befestigt.The two lower primary coils 174, 176 are at a distance D1 from the secondary coils 178, 180, and at this distance D1 stray plates 182 are fastened between the legs 160, 164 with the interposition of two insulators 184, 186.
Die beiden oberen Primärspulen 170, 172 haben einen Abstand D2 von den Sekundärspulen 178, 180, und in diesem Abstand D2 sind Streubleche 188 unter Zwischenschaltung von Isolatoren 190, 192 zwischen den Schenkeln 160, 164 befestigt.The two upper primary coils 170, 172 are at a distance D2 from the secondary coils 178, 180, and at this distance D2 stray plates 188 are fastened between the legs 160, 164 with the interposition of insulators 190, 192.
Die Anzahl der Streubleche 182, 188 wird durch Versuche ermittelt, nämlich durch Betrieb des Transformators 46" mit der zugeordneten UV-Lampe 26, wie bereits bei Fig. 2 beschrieben.The number of scattering sheets 182, 188 is determined by tests, namely by operating the transformer 46 ″ with the associated UV lamp 26, as already described in FIG. 2.
Ebenso wie in Fig. 2 sind die Anschlüsse der Primärwicklung (Spulen 170, 172, 174, 176) mit 48a und 48b bezeichnet, wobei sich die elektrischen Verbindungen V 2 6 dieser Spulen aus Fig. 13 direkt ergeben. Die Anschlüsse der Sekundärwicklung sind in Fig. 2 mit 52a und 52b bezeichnet, und ihre elektrische Verbindung ergibt sich ebenfalls aus Fig. 13.As in FIG. 2, the connections of the primary winding (coils 170, 172, 174, 176) are designated 48a and 48b, the electrical connections V 2 6 of these coils from FIG. 13 result directly. The connections of the secondary winding are designated 52a and 52b in FIG. 2, and their electrical connection also results from FIG. 13.
Wirkungsweise von Fig. 13Operation of Fig. 13
Im Leerlauf ergibt sich ein magnetischer Fluß 188 durch alle vier Modulkomponenten, so daß in den beiden Spulen 178, 180 der Sekundärwicklung die volle Spannung induziert wird, also die bereits erläuterte Zündspannung.At idle, a magnetic flux 188 results from all four module components, so that the full voltage, ie the ignition voltage already explained, is induced in the two coils 178, 180 of the secondary winding.
Bei Belastung erzeugen die oberen Primärspulen 170, 172 einen Streufluß 192 durch die oberen Streubleche 188, und die unteren Primärspulen 174, 176 erzeugen einen Streufluß 190 durch die unteren Streubleche 182, so daß die Spannung an den Spulen 178, 180 der Sekundärwicklung auf die bereits erläuterte Brennspannung sinkt.When loaded, the upper primary coils 170, 172 create a leakage flux 192 through the upper leakage sheets 188, and the lower primary coils 174, 176 generate a leakage flux 190 through the lower leakage sheets 182, so that the voltage across the coils 178, 180 of the secondary winding is already on explained burning voltage drops.
Die Bauart nach Fig. 13 eignet sich besonders für höhere Frequenzen. Der Grund hierfür ist folgender: Bei der Bauart nach Fig. 2 und 3 steigt mit zunehmender Frequenz die Kurzschlußspannung Uk so stark an, daß die benötigte Leistung für den Betrieb der Lampe 26 nicht mehr vom Transformator 46 übertragen werden kann. Unterteilt man gemäß Fig. 13 die Primärwicklung in eine größere Zahl von Spulen 170, 172, 174, 176, so wird die Kurzschlußspannung Uk reduziert mit der Folge, daß die erforderliche Leistung vom Streufeldtransformator 46" übertragen werden kann.13 is particularly suitable for higher frequencies. The reason for this is as follows: In the design according to FIGS. 2 and 3, the short-circuit voltage U k rises so much with increasing frequency that the power required to operate the lamp 26 can no longer be transmitted by the transformer 46. If the primary winding is divided into a larger number of coils 170, 172, 174, 176 according to FIG. 13, the short-circuit voltage U k is reduced, with the result that the required power can be transmitted by the stray field transformer 46 ″.
Man könnte das auch mit der Bauart nach Fig. 2 und 3 erreichen, müßte dort aber einen Transformatorkern mit einem wesentlich größeren Querschnitt verwenden, also einen Transformatorkern, der eine wesentlich größere Leistung übertragen kann. Dann würde auch dort - trotz der großen Kurzschlußspannung Uk - die Leistung ausreichen, um eine bestimmte UV-Lampe zu betreiben. Nachteilig hierbei wären aber die wesentlich höheren Kosten für den Transformator.This could also be achieved with the design according to FIGS. 2 and 3, but would have to use a transformer core with a substantially larger cross-section there, that is to say a transformer core which can transmit a significantly greater power. Then, even there - despite the large short-circuit voltage U k - the power would be sufficient to operate a particular UV lamp. The disadvantage here would be the much higher costs for the transformer.
Unter Kurzschlußspannung Uk versteht man im Transformatorenbau folgendes: Wenn die Sekundärwicklung in Fig. 13 zwischen den Anschlüssen 52a, 52b kurzgeschlossen wird, fließt dort ein Kurzschlußstrom. 2 7Short-circuit voltage U k in transformer construction means the following: If the secondary winding in FIG. 13 is short-circuited between connections 52a, 52b, a short-circuit current flows there. 2 7
Man erhöht nun die Meßspannung (Primärspannung) up zwischen den Klemmen 48a, 48b solange, bis dieser Kurzschlußstrom dem Nennstrom der Sekundärwicklung entspricht. Wenn z.B. die Nennspannung Un für die Primärwicklung 400 V entspricht, und diese Meßspannung beträgt bei Nennstrom und Sekundär-Kurzschluß nur 300 V, so sagt man, die Kurzschlußspannung Uk betrage 300/400 = 75 %, d.h. dieser Wert wird gewöhnlich als Prozentsatz angegeben. Er sollte hier bevorzugt unter 65 % liegen, gewöhnlich im Bereich von 60 bis 65 %.The measuring voltage (primary voltage) u p between the terminals 48a, 48b is then increased until this short-circuit current corresponds to the nominal current of the secondary winding. If, for example, the nominal voltage U n for the primary winding corresponds to 400 V, and this measuring voltage is only 300 V for the nominal current and secondary short circuit, it is said that the short circuit voltage U k is 300/400 = 75%, ie this value is usually given as a percentage specified. It should preferably be below 65%, usually in the range of 60 to 65%.
Die Magnetflußdichte wird auch hier auf etwa 0,3 ... 0,5 T ausgelegt, wenn der Transformator 46" z.B. bei 400 Hz betrieben wird. Die Erläuterungen, die im Zusammenhang mit den Fig. 4a bis c gegeben wurden, gelten in analoger Weise für den Streufeldtransformator 46" nach Fig. 13.The magnetic flux density is also designed here to be about 0.3 ... 0.5 T if the transformer 46 "is operated, for example, at 400 Hz. The explanations given in connection with FIGS. 4a to c apply analogously Way for the stray field transformer 46 "according to FIG. 13.
Fig. 14 zeigt das Blockschaltbild einer sogenannten Leistungsregelung, d.h. der Istwert S der von der Lampe 26 aufgenommenen elektrischen Scheinleistung wird berechnet und auf einen Wert Ss (Führungsgröße) geregelt, der an einem Sollwertgeber 84 vorgegeben wird. Die Regelung erfolgt durch Änderung der Spannung U am Gleichstrom-Zwischenkreis 18, wie bereits bei Fig. 1 beschrieben. Gleiche oder gleichwirkende Teile wie in den vorhergehenden Figuren werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie dort und gewöhnlich nicht nochmals beschrieben.FIG. 14 shows the block diagram of a so-called power control, ie the actual value S of the apparent electrical power absorbed by the lamp 26 is calculated and regulated to a value S s (reference variable) which is specified on a setpoint generator 84. The regulation takes place by changing the voltage U at the DC intermediate circuit 18, as already described in FIG. 1. Parts that are the same or have the same effect as in the previous figures are designated with the same reference symbols as there and are usually not described again.
Der echte Effektivwert ieff des Lampenstroms wird mittels des IC 76 bestimmt, und der echte Effektivwert uef der Spannung an der Lampe 26 wird mittels des IC 80 bestimmt, die bereits bei Fig. 1 beschrieben wurden. Anschließend wird aus diesen Werten bei 198 die Scheinleistung S bestimmt, die von der Lampe 26 aufgenommen wird, nach der eingangs bereits angegebenen Formel (1 )The real effective value i e ff of the lamp current is determined by means of the IC 76, and the real effective value u e f of the voltage on the lamp 26 is determined by means of the IC 80, which have already been described in FIG. 1. The apparent power S which is absorbed by the lamp 26 is then determined from these values at 198, according to the formula (1) already given at the beginning
S = uβff x iθffS = u β ff xi θ ff
Alternativ könnte man auch für verschiedene Leistungen den Lampenfaktor LF empirisch ermitteln, ihn in einem Kennfeld speichern, und dann die Wirkleistung P aus Effektivspannung uβff und Effektivstrom ierf ermitteln nach der Formel 28Alternatively, one could also determine the lamp factor LF empirically for various powers, store it in a characteristic diagram, and then determine the effective power P from the effective voltage u β ff and the effective current i erf according to the formula 28
P = ueff x ieff x LF ...(9)P = u ef fx ief f x LF ... (9)
Im allgemeinen genügt jedoch die Regelung der Scheinleistung S, da diese nur wenige Prozent größer ist als die Wirkleistung P.In general, however, the regulation of the apparent power S is sufficient, since it is only a few percent greater than the active power P.
Im Bauteil 72 wird die Scheinleistung S verglichen mit einem Sollwert Ss vom Sollwertgeber 84, und die Differenz zwischen Scheinleistung und Sollwert wird in einem Regelverstärker 200 verstärkt und der Anordnung 66 zugeführt, welche den steuerbaren Gleichrichter 12 und damit die Spannung U am Zwischenkreis 18 steuert.In component 72, the apparent power S is compared with a target value S s by the target value generator 84, and the difference between the apparent power and target value is amplified in a control amplifier 200 and fed to the arrangement 66, which controls the controllable rectifier 12 and thus the voltage U on the intermediate circuit 18 .
Die Vorgänge bei der Regelung sehen gleich aus wie in den Figuren 11A, 11 B, 12A, 12B dargestellt, d.h. die Amplitude der Spannung U am Zwischenkreis 18 wird so verändert, daß die Scheinleistung S auf den Wert Ss geregelt wird.The processes during the regulation look the same as shown in FIGS. 11A, 11 B, 12A, 12B, ie the amplitude of the voltage U at the intermediate circuit 18 is changed so that the apparent power S is regulated to the value S s .
In der gleichen Weise ist - als vereinfachte Variante - auch eine Spannungsregelung möglich, wobei dann nur die Spannung ueff an der Lampe 26 auf einen Sollwert geregelt wird. Diese Variante ist nicht dargestellt, hat aber prinzipiell denselben Aufbau wie Fig. 10, nur daß bei ihr der Wert ueff geregelt wird. Sie kann für Länder nützlich sein, in denen die Netzspannung stark schwankt und man trotzdem die Spannung an der Lampe 26 möglichst konstanthalten möchte, damit die Lichtleistung der Lampe 26 möglichst wenig schwankt. Dasselbe Resultat ergibt sich bei einer Leistungsregelung, aber mit höherem Aufwand.In the same way, as a simplified variant, voltage regulation is also possible, in which case only the voltage u e ff on the lamp 26 is regulated to a desired value. This variant is not shown, but in principle has the same structure as FIG. 10, except that it regulates the value u e ff. It can be useful for countries in which the mains voltage fluctuates strongly and you still want to keep the voltage at the lamp 26 as constant as possible so that the light output of the lamp 26 fluctuates as little as possible. The same result is obtained with a power control, but with more effort.
Fig. 15 zeigt eine digitale Regelanordnung zur Regelung der Lampenleistung. Diese hat den Vorteil, daß die teuren IC's 76 und 78 für die Erzeugung der echten Effektivwerte entfallen, und daß zusätzliche Funktionen möglich sind. Gleiche oder gleichwirkende Teile wie in den vorhergehenden Figuren werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie dort und gewöhnlich nicht nochmals beschrieben.15 shows a digital control arrangement for controlling the lamp power. This has the advantage that the expensive IC's 76 and 78 for the generation of the real effective values are eliminated and that additional functions are possible. Parts that are the same or have the same effect as in the previous figures are designated with the same reference symbols as there and are usually not described again.
Die Anordnung nach Fig. 15 enthält einen Mikrocontroller 204 mit einem Prozessor 206 und zwei A/D-Wandlem 208, 210. Hier eignet sich z.B. der Typ ACN-1/1V1.06n von Wilke Technology. 2 9The arrangement according to FIG. 15 contains a microcontroller 204 with a processor 206 and two A / D converters 208, 210. Here, for example, the ACN-1 / 1V1.06n type from Wilke Technology is suitable. 2 9
Über den A/D-Wandler 208 wird die Kurvenform des Lampenstroms is während einer Periodendauer in n Werte digitalisiert, wie in Fig. 18B schematisch dargestellt, und diese n Werte werden in einem Feld gespeichert.Via the A / D converter 208, the curve shape of the lamp current i s is digitized into n values during a period, as shown schematically in FIG. 18B, and these n values are stored in a field.
Durch den A/D-Wandler 210 wird ebenso die Kurvenform us der Spannung an der Lampe 26 in n Werte digitalisiert, wie in Fig. 18A dargestellt, und diese werden ebenfalls in dem Feld gespeichert. Fig. 16 zeigt diesen Ablauf im Schritt S212 des dort dargestellten Flußdiagramms. Die Beschriftung zu Schritt S212 lautet: "Lade während Periodendauer T n Spannungswerte un(t) und n Stromwerte in(t) in ein Feld."The A / D converter 210 also digitizes the curve shape u s of the voltage across the lamp 26 into n values, as shown in FIG. 18A, and these are also stored in the field. 16 shows this sequence in step S212 of the flow diagram shown there. The label for step S212 reads: "Load n voltage values u n (t) and n current values i n (t) into a field during the period T."
Anschließend werden diese Werte im Prozessor 206 gemäß der Formel im Schritt S214 in die Wirkleistung an der Lampe 26 umgerechnet, und zwar durch digitale Integration über eine Periodendauer T, also bei 400 Hz über 2,5 ms.These values are then converted in processor 206 according to the formula in step S214 into the active power on lamp 26, specifically by digital integration over a period T, that is to say at 400 Hz over 2.5 ms.
Über den Geber 84 wird hier digital ein Sollwert Ps für die Wirkleistung vorgegeben, und im Schritt S216 erfolgt ein Vergleich, um festzustellen, ob die Wirkleistung zu klein, richtig oder zu groß ist.A setpoint P s for the active power is digitally specified here via the encoder 84, and a comparison is made in step S216 to determine whether the active power is too small, correct or too large.
Ist die Wirkleistung P zu niedrig, so wird im Schritt S218 die Spannung U am Zwischenkreis 18 durch das Steuergerät 66 erhöht.If the active power P is too low, the voltage U at the intermediate circuit 18 is increased by the control device 66 in step S218.
Hat die Wirkleistung P den korrekten Wert, so wird im Schritt S 220 die Spannung U unverändert gelassen.If the active power P has the correct value, the voltage U is left unchanged in step S 220.
Ist die Wirkleistung P zu hoch, so wird im Schritt S222 die Spannung U entsprechend reduziert.If the active power P is too high, the voltage U is reduced accordingly in step S222.
Mit S224 sind weitere Schritte (Unterprogramm) bezeichnet, die ggf. verwendet werden können und die in Fig. 17 dargestellt sind. Diese Schritte sind aber für die Regelung nur ein zusätzlicher Luxus.S224 denotes further steps (subroutine) which can be used if necessary and which are shown in FIG. 17. However, these steps are only an additional luxury for the regulation.
In Fig. 17 wird bei Schritt S226 nach der dort angegebenen Formel der Effektivstrom berechnet, und bei Schritt S228 die Effektivspannung an der Lampe 26. 3 017, the effective current is calculated in step S226 according to the formula given there, and the effective voltage on the lamp 26 in step S228. 3 0
Im Schritt S230 wird die Scheinleistung S aus diesen Effektivwerten berechnet, und im Schritt S232 der Lampenfaktor LF als Quotient aus Wirkleistung P und Scheinleistung S, vgl. Gleichung (5).In step S230, the apparent power S is calculated from these effective values, and in step S232 the lamp factor LF as the quotient of the active power P and the apparent power S, cf. Equation (5).
Beim Schritt S234 wird der Lampenfaktor LF digital angezeigt, um eine genaue Einstellung der Anordnung zu ermöglichen, z.B. die richtige Einstellung der Kühlung für die Lampe 26. Die Kühlung muß mit abnehmender Leistung der Lampe 26 reduziert werden, wobei der Lampenfaktor LF auf einem optimalen Wert gehalten werden kann, indem die Kühlung exakt an die Erfordernisse der Lampe angepaßt wird.At step S234, the lamp factor LF is digitally displayed to allow an accurate adjustment of the arrangement, e.g. the correct setting of the cooling for the lamp 26. The cooling must be reduced with decreasing output of the lamp 26, the lamp factor LF being able to be kept at an optimal value by adapting the cooling exactly to the requirements of the lamp.
Fig. 19 zeigt eine weitere Variante der Erfindung. Bei ihr wird die Spannung U am Zwischenkreis 18 im Betrieb konstantgehalten. Beim Einschalten muß jedoch in diesem Fall diese Spannung U langsam erhöht werden, und deshalb ist hier eine sogenannte Hochlaufsteuerung 240 vorgesehen, welche das Steuergerät 66 so steuert, daß die Spannung, von Null ausgehend, zeitabhängig bis zu ihrem Betriebswert U erhöht wird. Dies ist deshalb notwendig, weil die Kondensatoren 20, 22 (Fig. 1) bzw. der Kondensator 150 (Fig. 9) beim Einschalten wie ein Kurzschluß wirken und durch zu große Ladeströme zerstört werden könnten. Bei den vorhergehenden Ausführungsformen, z.B. nach Fig. 1 , wird der verzögerte Anstieg durch den Regler 72 bewirkt, der gewöhnlich ein integrierendes Verhalten hat, so daß sein Ausgangssignal 69 langsam ansteigt. Bei manueller Steuerung muß man in Fig. 1 , von Null ausgehend, das Signal 69 langsam bis zum gewünschten Wert erhöhen.19 shows a further variant of the invention. With it, the voltage U at the intermediate circuit 18 is kept constant during operation. When switching on, however, this voltage U must be slowly increased in this case, and therefore a so-called start-up control 240 is provided here, which controls the control unit 66 in such a way that the voltage, starting from zero, is increased as a function of time up to its operating value U. This is necessary because the capacitors 20, 22 (FIG. 1) and the capacitor 150 (FIG. 9) act like a short circuit when switched on and could be destroyed by excessive charging currents. In the previous embodiments, e.g. 1, the delayed rise is caused by the controller 72, which usually has an integrating behavior, so that its output signal 69 slowly rises. With manual control, in Fig. 1, starting from zero, signal 69 must be slowly increased to the desired value.
In Fig. 19 wird das Ausgangssignal der Anordnung 72 (Vergleich von Ist- und Sollwert) über einen Regelverstärker 242 einem PWM-Steller 244 zugeführt. Dieser steuert den Wechselrichter 30 in der Weise, wie das schematisch in Fig. 20A und 20B dargestellt ist. Dabei werden die "Spannungsblöcke" der rechteckförmigen Primärspannung up in eine Vielzahl von kürzeren Einzelimpulsen 246 zerhackt. In Fig. 20A sind pro Halbwelle nur zwei Einzelimpulse 246 dargestellt, um die Zeichnung anschaulich zu halten, aber in der Realität sind das z.B. zehn oder zwanzig Einzelimpulse 246 pro Halbwelle. 3 1In FIG. 19, the output signal of the arrangement 72 (comparison of actual and setpoint value) is fed to a PWM controller 244 via a control amplifier 242. This controls the inverter 30 in the manner shown schematically in FIGS. 20A and 20B. The "voltage blocks" of the rectangular primary voltage u p are chopped into a plurality of shorter individual pulses 246. In FIG. 20A, only two individual pulses 246 are shown per half-wave in order to keep the drawing clear, but in reality these are, for example, ten or twenty individual pulses 246 per half-wave. 3 1
Wie durch Pfeile 248 angedeutet, wird durch die PWM-Steuerung das Tastverhältnis dieser Impulse 246 verändert, also das Verhältnis von T/TG, das bei Fig. 11 A 100 % beträgt und bei Fig. 20A z.B. nur etwa 70 %, wobei mit abnehmendem Tastverhältnis die Pause Tp zwischen benachbarten Impulsen 246 immer länger wird, aber die Zeit TG im wesentlichen unverändert bleibt.As indicated by arrows 248, the pulse duty factor of these pulses 246 is changed by the PWM control, that is to say the ratio of T / TG, which is 100% in FIG. 11A and only approximately 70% in FIG. 20A, with decreasing Duty cycle the pause T p between adjacent pulses 246 becomes longer, but the time TG remains essentially unchanged.
Gemäß Fig. 20B wird durch diese Variation des Tastverhältnisses die Amplitude A der Sekundärspannung us entsprechend verändert, d.h. bei einem großen Tastverhältnis erhält man eine hohe Amplitude A, und bei einem kleinen Tastverhältnis eine niedrige Amplitude, vgl. die Pfeile 250 in Fig. 20B. Dadurch wirkt die Anordnung nach Fig. 19 ähnlich wie eine Anordnung, bei der die Spannung U am Zwischenkreis 18 verändert wird, und man kann auf diese Weise ebenfalls die Leistung der Lampe 26 in weiten Grenzen variieren. Es wird aber darauf hingewiesen, daß derzeit die Steuerung oder Regelung der Zwischenkreisspannung U als die bessere Lösung angesehen werden muß.According to FIG. 20B, this variation of the duty cycle changes the amplitude A of the secondary voltage u s accordingly, that is, a high amplitude A is obtained with a large duty cycle, and a low amplitude with a small duty cycle, cf. arrows 250 in Fig. 20B. 19 thus acts similarly to an arrangement in which the voltage U at the intermediate circuit 18 is changed, and the power of the lamp 26 can also be varied within wide limits in this way. However, it is pointed out that currently the control or regulation of the intermediate circuit voltage U must be regarded as the better solution.
Fig. 21 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, ähnlich der Variante nach Fig. 19. Auch bei Fig. 21 wird die Spannung U am Zwischenkreis 18 im Betrieb konstantgehalten, und die Ausgangsspannung des Wechselrichters 30 wird beeinflußt, indem zwar dessen Frequenz konstantgehalten wird (auch eine zusätzliche Variation der Frequenz ist nicht ausgeschlossen), aber die Länge des Spannungsblocks einer Halbwelle am Ausgang des Wechselrichters 30 variiert wird. Dies geschieht mit einer sogenannten Blocksteuerung 256, deren Funktion aus den Figuren 22A und B ersichtlich wird. Gleiche oder gleichwirkende Teile wie in den vorhergehenden Figuren werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie dort, und gewöhnlich nicht nochmals beschrieben.FIG. 21 shows a further variant of the invention, similar to the variant according to FIG. 19. Also in FIG. 21, the voltage U at the intermediate circuit 18 is kept constant during operation, and the output voltage of the inverter 30 is influenced by keeping its frequency constant ( an additional variation of the frequency is also not excluded), but the length of the voltage block of a half wave at the output of the inverter 30 is varied. This is done with a so-called block controller 256, the function of which can be seen in FIGS. 22A and B. Parts which are the same or have the same effect as in the previous figures are designated with the same reference numerals as there, and are usually not described again.
Fig. 22A zeigt die Primärspannung up des Streufeldtransformators 46. Ein kurzer Spannungsblock ist mit 258 bezeichnet und grau hervorgehoben. Ein mittellanger Spannungsblock ist mit 260 bezeichnet, und die volle Ausgangsleistung des Wechselrichters 30 erhält man mit dem Spannungsblock 262, der die Länge einer vollen Haibwelle hat. Man erhält diese Blöcke unterschiedlicher Länge durch entsprechende Steuerung der IGBT-Transistoren des Wechselrichters 30 oder 30'.22A shows the primary voltage u p of the stray field transformer 46. A short voltage block is labeled 258 and is highlighted in gray. A medium length voltage block is designated 260, and the full output of inverter 30 is obtained with voltage block 262, which is the length of a full wave. These blocks of different lengths are obtained by appropriately controlling the IGBT transistors of the inverter 30 or 30 '.
Dem kurzen Spannungsblock 258 entspricht eine niedrige Sekundärspannung 3 2The short voltage block 258 corresponds to a low secondary voltage 3 2
258', dem mittleren Spannungsblock 260 eine mittlere Sekundärspannung 260', und dem langen Spannungsblock 262 die höchste Sekundärspannung 262'. Nachteilig ist hierbei, daß sich die Form der Sekundärspannung us mit abnehmender Spannung in Richtung einer Sinuskurve verändert, was zu einem schlechteren Lampenfaktor LF führen kann. Da jedoch für die niedrigste Leistung einer Lampe im allgemeinen eine Absenkung der Sekundärspannung us um etwa 20 % genügt, sind die Probleme in der Praxis weniger gravierend, als man das der - stark schematisierten - Darstellung gemäß Fig. 22 entnehmen würde.258 ', the middle voltage block 260 a middle secondary voltage 260', and the long voltage block 262 the highest secondary voltage 262 '. The disadvantage here is that the shape of the secondary voltage u s changes with decreasing voltage in the direction of a sine curve, which can lead to a poorer lamp factor LF. However, since a lowering of the secondary voltage u s by about 20% is generally sufficient for the lowest output of a lamp, the problems in practice are less serious than would be deduced from the - highly schematic - illustration according to FIG. 22.
Fig. 23 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, welche sehr ähnlich aufgebaut ist wie die Variante nach Fig. 21 , und die man - im Gegensatz zu Fig. 21 - als inverse Blocksteuerung bezeichnen könnte. Gleiche oder gleichwirkende Teile wie in den vorhergehenden Figuren werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie dort und gewöhnlich nicht nochmals beschrieben.FIG. 23 shows a further variant of the invention, which is constructed very similarly to the variant according to FIG. 21, and which, in contrast to FIG. 21, could be called inverse block control. Parts that are the same or have the same effect as in the previous figures are designated with the same reference symbols as there and are usually not described again.
Das Signal vom Regelverstärker 242 wird hier einer Anordnung 266 zugeführt, deren Funktion aus den Figuren 24A und B hervorgeht.The signal from the control amplifier 242 is fed to an arrangement 266, the function of which can be seen in FIGS. 24A and B.
Während bei Fig. 22A die Form einer rechteckförmigen Halbwelle der Primärspannung up schmaler oder breiter gemacht wird, also die Breite eines Spannungsblocks verändert wird, wird bei Fig. 24A ein Spannungsblock 268 sozusagen von seiner Mitte 270 aus in zwei Blöcke 272a, 272b aufgespalten, die in Fig. 24A mit grauer Farbe hervorgehoben sind. Die Außengrenzen 274, 276 einer Halbwelle bleiben also unverändert, und damit auch der abrupte Übergang bei 280 von einer positiven zu einer negativen Halbwelle der Primärspannung up oder umgekehrt, der sehr günstig ist, um einen guten Lampenfaktor LF zu erhalten.22A, the shape of a rectangular half-wave of the primary voltage u p is made narrower or wider, that is to say the width of a voltage block is changed, in FIG. 24A a voltage block 268 is split into two blocks 272a, 272b from its center 270, so to speak. which are highlighted in gray in FIG. 24A. The outer limits 274, 276 of a half wave thus remain unchanged, and with it the abrupt transition at 280 from a positive to a negative half wave of the primary voltage u p or vice versa, which is very favorable in order to obtain a good lamp factor LF.
Fig. 24B zeigt die Form der Sekundärspannung us. Mit 282 ist die volle Spannung bezeichnet, die sich ergibt, wenn die Lücke 284 zwischen den beiden Blöcken 272a, 272b zu Null wird, und mit zunehmender Größe dieser Lücke 284 nimmt die Sekundärspannung us in Richtung eines Pfeiles 286 ab.24B shows the shape of the secondary voltage u s . 282 denotes the full voltage that results when the gap 284 between the two blocks 272a, 272b becomes zero, and with increasing size of this gap 284, the secondary voltage u s decreases in the direction of an arrow 286.
Der wesentliche Vorteil der Anordnung nach Fig. 23 ist also, daß man eine günstige Form der Sekundärspannung us und damit auch eine für den 3 3The main advantage of the arrangement according to FIG. 23 is that you have a favorable form of the secondary voltage u s and therefore also one for the 3 3
Lampenfaktor LF günstige Form des Lampenstroms is (in Fig. 24 nicht dargestellt) erhält.Lamp factor LF receives a favorable form of the lamp current i s (not shown in FIG. 24).
Fig. 25 zeigt eine Anordnung 290 zur Ansteuerung eines bei 291 schematisch angedeuteten IGBT-Transistors, z.B. des Transistors 32 oder 36 der Fig. 1. Für jeden Transistor 32 bzw. 36 wird eine solche Anordnung benötigt, und deshalb ist in Fig. 25 eine zweite Anordnung 290' schematisch dargestellt. Die Anordnung 290' gibt dann Impulse ab, die gegenphasig zu den Impulsen der Anordnung 290 sind.25 shows an arrangement 290 for driving an IGBT transistor schematically indicated at 291, e.g. of transistor 32 or 36 of FIG. 1. Such an arrangement is required for each transistor 32 and 36, and therefore a second arrangement 290 'is shown schematically in FIG. The arrangement 290 'then emits pulses which are in phase opposition to the pulses of the arrangement 290.
Die Ausgangssignale 292 des Oszillators 44 (z.B. 400 Hz) werden durch ein NAND-Glied 296 invertiert und dem oberen Anschluß 298 eines Umschalters 300 zugeführt, dessen unterer Anschluß 302 mit dem Ausgang eines NAND-Glieds 304 und dem Eingang der Anordnung 290" verbunden sind. Beiden Eingängen des NAND-Glieds 304 wird das Ausgangssignal des NAND-Glieds 296 zugeführt. Das Glied 304 arbeitet also als Invertierer.The output signals 292 of the oscillator 44 (eg 400 Hz) are inverted by a NAND gate 296 and fed to the upper terminal 298 of a changeover switch 300, the lower terminal 302 of which is connected to the output of a NAND gate 304 and the input of the arrangement 290 " The outputs of the NAND gate 296 are fed to both inputs of the NAND gate 304. The gate 304 thus functions as an inverter.
Steht der Schalter 300 in der oberen Stellung, so wird einem NAND-Glied 306 ein Signal zugeführt, das im Gegentakt (invers) zum Signal 292 verläuft. Steht der Schalter 300, wie dargestellt, in der unteren Stellung, so erhält das NAND-Glied 306 ein Signal, das im Gleichtakt mit dem Signal 292 verläuft.If the switch 300 is in the upper position, a signal is fed to a NAND gate 306, which is push-pull (inverse) to the signal 292. If the switch 300 is in the lower position, as shown, the NAND gate 306 receives a signal which is in synchronism with the signal 292.
Wie dargestellt, kann die Anordnung 290 das Gleichtaktsignal erhalten, und bei der Anordnung 290' muß dann der Schalter 300 nach oben gestellt werden, damit sie ein Gegentaktsignal erhält. Auf diese Weise kann nur immer einer der Transistoren 32, 36 der Fig. 1 leitend sein. Würden bei Fig. 1 beide Transistoren 32, 36 gleichzeitig leitend, so entstünde ersichtlich ein Kurzschluß zwischen den Leitungen 14 und 16 des Zwischenkreises 18.As shown, assembly 290 may receive the common mode signal, and in assembly 290 'switch 300 must then be set up to receive a push-pull signal. In this way, only one of the transistors 32, 36 of FIG. 1 can always be conductive. If both transistors 32, 36 in FIG. 1 were to be conductive at the same time, a short circuit between lines 14 and 16 of the intermediate circuit 18 would clearly appear.
Damit bei der Kommutierung der Transistoren 32, 36 kein Kurzschluß entsteht, muß folglich folglich eine kurze Schaltpause oder Schonzeit vorgesehen werden, in der keiner der beiden Transistoren 32, 36 ein Einschaltsignal erhält. Diese Schonzeit beträgt z.B. 100 μs.So that there is no short circuit when the transistors 32, 36 are commutated, a short switching pause or closed period must consequently be provided in which neither of the two transistors 32, 36 receives a switch-on signal. This closed season is e.g. 100 μs.
Zu ihrer Erzeugung dient ein IC 308, der als monostabiler Multivibrator dient und 3 4 dessen Eingang 310 das Ausgangssignal des NAND-Glieds 306 zugeführt wird.An IC 308, which serves as a monostable multivibrator, is used to generate them 3 4 whose input 310 the output signal of the NAND gate 306 is supplied.
Die Dauer der Schonzeit wird bestimmt durch ein Potentiometer 312 und einenThe duration of the closed season is determined by a potentiometer 312 and one
Kondensator 314. Bevorzugte Werte für die Bauteile sind:Capacitor 314. Preferred values for the components are:
IC 308 ... 74121IC 308 ... 74121
Potentiometer 312 ... 100 kPotentiometer 312 ... 100 k
Kondensator 314 ... 10 nF.Capacitor 314 ... 10 nF.
Die Anschlüsse des IC 308 und ihre Beschaltung ergeben sich aus Fig. 25. DasThe connections of the IC 308 and their wiring result from Fig. 25. Das
Potentiometer 312 und der Kondensator 314 bestimmen durch ihre Zeitkonstante die genannte Schonzeit von etwa 100 μs, die mittels des Potentiometers 312 eingestellt werden kann.The time constant of the potentiometer 312 and the capacitor 314 determine the above-mentioned gentle period of approximately 100 μs, which can be set by means of the potentiometer 312.
Bei jeder negativen Flanke des Signals am Eingang 310 (Wechsel des Signals von hoch nach niedrig) wird der monostabile Multivibrator 308 getriggert. Dadurch geht die Spannung U316 an seinem Ausgang 316 während der Schonzeit 317 (Fig. 26B) kurzzeitig auf Null. Diese Spannung U3i6 wird zwei in Reihe geschalteten NAND-Gliedern 318, 320 zugeführt, die zusammen als UND-Glied wirken, und diesem UND-Glied 318, 320 wird auch das Signal 292 (am Ausgang des NAND- Glieds 304) zugeführt, so daß diese Signale gemäß Fig. 26C zu einem Signal U322 verknüpft werden, dessen Impulse - verglichen mit dem Signal 292 - am Anfang etwas verkürzt sind. Dies bewirkt die gewünschte verzögerte Einschaltung des betreffenden IGBT-Transistors.The monostable multivibrator 308 is triggered on each negative edge of the signal at input 310 (change of signal from high to low). As a result, the voltage U3 16 at its output 316 briefly goes to zero during the gentle period 317 (FIG. 26B). This voltage U 3 i 6 is fed to two series-connected NAND gates 318, 320, which together act as an AND gate, and this AND gate 318, 320 is also fed the signal 292 (at the output of the NAND gate 304) 26C, so that these signals are combined to form a signal U 322 , the pulses of which - compared to the signal 292 - are somewhat shortened at the beginning. This causes the desired delayed switch-on of the IGBT transistor in question.
Das Signal U322 wird dem oberen Eingang 327 eines NAND-Glieds 328 zugeführt, dessen unterem Eingang 330 entweder eine konstante Spannung Vcc zugeführt werden kann (+ 5 V), oder ein PWM-Signal von der Anordnung 244 (Fig. 19). Dies kann mit einem Umschalter 332 eingestellt werden.The signal U 322 is fed to the upper input 327 of a NAND gate 328, the lower input 330 of which can either be supplied with a constant voltage Vcc (+ 5 V) or a PWM signal from the arrangement 244 (FIG. 19). This can be set with a changeover switch 332.
Auf das NAND-Glied 328 folgt ein NAND-Glied 334, welche zusammen ein UND- Glied bilden, dessen Ausgangssignal einem npn-Transistor 336 zugeführt wird, der mit der LED 338 eines Optokopplers 340 in Reihe geschaltet ist. Wenn der Transistor 336 leitet, gibt die LED 338 ein Lichtsignal an einen Optotransistor 342, dessen Kollektor mit einer positiven Leitung 344 (+ 15 V) verbunden ist. Sein Emitter ist mit den Basen eines npn-Transistors 346 und eines pnp-Transistors 348 (beides Darlingtontransistoren) verbunden, ebenso über einen Widerstand 350 mit einer negativen Leitung 352 (- 15 V), an die über einen Widerstand 354 der 3 5The NAND gate 328 is followed by a NAND gate 334, which together form an AND gate, the output signal of which is fed to an npn transistor 336, which is connected in series with the LED 338 of an optocoupler 340. When transistor 336 conducts, LED 338 outputs a light signal to an optotransistor 342, the collector of which is connected to a positive line 344 (+ 15 V). Its emitter is connected to the bases of an npn transistor 346 and a pnp transistor 348 (both Darlington transistors), likewise via a resistor 350 with a negative line 352 (- 15 V), to which the resistor 354 connects 3 5
Kollektor des Transistors 348 angeschlossen ist, dessen Emitter über einen Knotenpunkt 356 mit dem Emitter des Transistors 346 verbunden ist, dessen Kollektor über einen Widerstand 358 mit der Plusleitung 344 verbunden ist.The collector of the transistor 348 is connected, the emitter of which is connected via a node 356 to the emitter of the transistor 346, the collector of which is connected to the positive line 344 via a resistor 358.
An den Knotenpunkt 356 wird das Gate G eines IGBT-Transistors angeschlossen, z.B. des Transistors 32 oder 36 der Fig. 1. Der Emitter dieses Transistors wird an Masse 360 angeschlossen, also an das Potential 0 V.The gate G of an IGBT transistor is connected to node 356, e.g. of transistor 32 or 36 of FIG. 1. The emitter of this transistor is connected to ground 360, that is to the potential 0 V.
Wenn also der obere Transistor 346 leitet, erhält das Gate G kurzzeitig einen hohen positiven Strom von z.B. 5 A, der diesen Transistor einschaltet, und wenn umgekehrt der Transistor 348 leitet, erhält das Gate G kurzzeitig einen starken negativen Strom von z.B. ebenfalls 5 A, der diesen Transistor ausschaltet. Diese Ströme haben jeweils die Form von Nadelimpulsen, und ihnen schließen sich sehr niedrige Halteströme in der Größenordnung von nA an, da das Gate eines IGBT- Transistors die Charakteristik einer Kapazität hat (IG = Isoliertes Gate).So when upper transistor 346 conducts, gate G momentarily receives a high positive current of e.g. 5 A, which turns on this transistor, and if, conversely, the transistor 348 conducts, the gate G briefly receives a strong negative current of e.g. also 5 A, which turns this transistor off. These currents are each in the form of needle pulses and are followed by very low holding currents in the order of magnitude of nA, since the gate of an IGBT transistor has the characteristic of a capacitance (IG = insulated gate).
Die Schaltung nach Fig. 25 ist speziell für die Bedürfnisse eines Wechselrichters 30 (Fig. 1) oder 30' (Fig. 9) ausgelegt. Für diese Zwecke gibt es auch spezielle ICs, z.B. MC33153D von Motorola, die hervorragende Eigenschaften haben, doch müssen diese dann entsprechend an die Bedürfnisse eines solchen Wechselrichters angepaßt werden, also vor allem betreffend der erwähnten Schonzeit für die Kommutierung, um einen absolut sicheren Betrieb der Transistoren 32, 36 während langer Zeiträume zu gewährleisten. Denn die Maschinen, bei denen solche UV-Lampen 26 verwendet werden, z.B. in Druckereien, arbeiten oft im Dreischichtbetrieb und erfordern deshalb äußerst zuverlässige Komponenten mit einer extrem hohen Lebensdauer.25 is specially designed for the needs of an inverter 30 (FIG. 1) or 30 '(FIG. 9). There are also special ICs for this purpose, e.g. MC33153D from Motorola, which have excellent properties, but these then have to be adapted accordingly to the needs of such an inverter, that is to say in particular with regard to the mentioned gentle period for commutation, in order to ensure absolutely safe operation of the transistors 32, 36 for long periods of time. Because the machines in which such UV lamps 26 are used, e.g. in print shops, often work in three shifts and therefore require extremely reliable components with an extremely long service life.
Fig. 27 zeigt einen sogenannten Parallel-Wechselrichter 370 in Verbindung mit einem Streufeldtransformator 46', an dessen Sekundärwicklung 52 eine UV- Lampe 26 angeschlossen ist und dessen Primärwicklung 48' eine Mittelanzapfung 372 hat. Gleiche oder gleichwirkende Teile wie in den vorhergehenden Figuren werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie dort und gewöhnlich nicht nochmals beschrieben.27 shows a so-called parallel inverter 370 in connection with a stray field transformer 46 ', to the secondary winding 52 of which a UV lamp 26 is connected and the primary winding 48' has a center tap 372. Parts that are the same or have the same effect as in the previous figures are designated with the same reference symbols as there and are usually not described again.
Die Mittelanzapfung 372 ist mit der Plusleitung 14 verbunden. Der in Fig. 27 linke 3 6The center tap 372 is connected to the positive line 14. The one on the left in Fig. 27 3 6
Anschluß 374 der Wicklung 48' ist mit der Anode eines Thyristors 378 und der Katode einer Diode 380 verbunden, deren Anode an die Minusleitung 16 angeschlossen ist. Der rechte Anschluß 376 der Wicklung 48' ist mit der Anode eines Thyristors 382 und der Katode einer Diode 384 verbunden, deren Anode mit der Minusleitung 16 verbunden ist. Die Katoden der Thyristoren 378, 382 sind miteinander und über eine Induktivität (Drossel) 386 mit der Minusleitung 16 verbunden.Terminal 374 of winding 48 'is connected to the anode of a thyristor 378 and the cathode of a diode 380, the anode of which is connected to the negative line 16. The right connection 376 of the winding 48 'is connected to the anode of a thyristor 382 and the cathode of a diode 384, the anode of which is connected to the negative line 16. The cathodes of the thyristors 378, 382 are connected to one another and to the negative line 16 via an inductor (choke) 386.
Die Steuerelektroden der Thyristoren 378, 382 erhalten entsprechende Steuerimpulse von einem Impulsgeber 42, der von einem Oszillator 44 gesteuert wird, z.B. mit 600 Hz.The control electrodes of thyristors 378, 382 receive corresponding control pulses from a pulse generator 42 which is controlled by an oscillator 44, e.g. at 600 Hz.
Wenn also der Thyristor 378 eingeschaltet wird, fließt ein Strom von der Mittelanzapfung 372 zum linken Anschluß 374 der Primärwicklung 48'. Wenn anschließend der Thyristor 382 leitend wird, wird über einen Kondensator 388 zwischen den Anoden der Thyristoren 378, 382 der Thyristor 378 gesperrt, und es fließt ein Strom von der Mittelanzapfung 372 zum rechten Anschluß 376 der Primärwicklung 48'. Diese wird also im Betrieb von alternierenden Stromimpulsen durchflössen, die eine entsprechende Sekundärspannung in der Sekundärwicklung 52 induzieren.Thus, when the thyristor 378 is turned on, a current flows from the center tap 372 to the left terminal 374 of the primary winding 48 '. When thyristor 382 subsequently becomes conductive, thyristor 378 is blocked via a capacitor 388 between the anodes of thyristors 378, 382 and a current flows from center tap 372 to right connection 376 of primary winding 48 '. During operation, alternating current pulses flow through it, which induce a corresponding secondary voltage in the secondary winding 52.
Fig. 28 zeigt eine Variante zu Fig. 9. Gleiche oder gleichwirkende Teile wie in Fig. 9 sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie dort und werden gewöhnlich nicht nochmals beschrieben.FIG. 28 shows a variant of FIG. 9. Parts which are the same or have the same effect as in FIG. 9 are designated with the same reference numerals as there and are usually not described again.
Zwischen den Punkten 48a und 48b der Vollbrückenschaltung des Wechselrichters 30" liegt hier die Primärwicklung 448 eines Streufeldtransformators 446. An seine Sekundärwicklung 452 ist eine Gasentladungslampe in Gestalt einer Quecksilberdampf-UV-Lampe 26 angeschlossen. Die Spannung an der Sekundärwicklung 452 ist mit us bezeichnet, und der Strom durch die Sekundärwicklung 452 mit is. Strom und Spannung können so gemessen werden, wie das in Fig. 1 dargestellt ist. Die Spannung an der Primärwicklung 448 ist mit up bezeichnet.The primary winding 448 of a stray field transformer 446 lies here between points 48a and 48b of the full bridge circuit of the inverter 30 ". A gas discharge lamp in the form of a mercury vapor UV lamp 26 is connected to its secondary winding 452. The voltage at the secondary winding 452 is denoted by u s , and the current through the secondary winding 452 with i s Current and voltage can be measured as shown in Fig. 1. The voltage across the primary winding 448 is labeled u p .
Zur Ansteuerung der Transistoren 140, 142, 144, 146 des Wechselrichters 30" 3 7 dient eine Steueranordnung 442, welche diese Transistoren mit einer variablen Frequenz f ansteuern kann. Diese Frequenz f wird geliefert von einem steuerbaren Oszillator 444, der eine Frequenz im Frequenzbereich f 1 bis f2 liefern kann, z.B. zwischen 400 und 1400 Hz, oder zwischen 300 und 1500 Hz. Die Impulse, welche die Transistoren des Wechselrichters 30" steuern, sind nach Art von PWM- Signalen aus Einzelimpulsen mit einer höheren PWM-Frequenz f3 zusammengesetzt, z.B. mit einer Frequenz f3 im Bereich von 12 bis 14 kHz. Man bezeichnet den Wechselrichter 30" auch als Pulswechselrichter.For controlling the transistors 140, 142, 144, 146 of the inverter 30 " 3 7 is used a control arrangement 442, which can control these transistors with a variable frequency f. This frequency f is supplied by a controllable oscillator 444 which can supply a frequency in the frequency range f 1 to f2, for example between 400 and 1400 Hz, or between 300 and 1500 Hz. The pulses which control the transistors of the inverter 30 "are composed in the manner of PWM signals from individual pulses with a higher PWM frequency f3, for example with a frequency f3 in the range from 12 to 14 kHz. The inverter 30 "is also referred to as a pulse inverter.
Fig. 28 zeigt Impulse 462, welche zur Steuerung der Transistoren 140, 146 dienen. Diese sind aus mehreren Einzelimpulsen 464 zusammengesetzt, zwischen denen Impulspausen liegen. Diese Impulspausen können verschieden groß sein, um z.B. eine sinusförmige Spannung us oder aber eine eher rechteckförmige Spannung us zu erzeugen. Dies wird nachfolgend anhand der Fig. 36 und 37 erläutert. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine eher rechteckförmige Spannung (vgl. Fig. 36) bevorzugt, da bei ihr der Lampenfaktor LF nach den derzeitigen Erkenntnissen einen optimalen Wert hat. Jedoch kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine sinusförmige Spannung (vgl. Fig. 37) verwendet werden, wodurch dann der Lampenfaktor etwas niedriger wird. (In der Praxis erhält man keine exakt rechteckförmige Spannung, sondern eher eine trapezförmige Spannung, vgl. Fig. 32A.)28 shows pulses 462 which are used to control the transistors 140, 146. These are composed of a plurality of individual pulses 464, between which there are pulse pauses. These pulse pauses can be of different sizes, e.g. to generate a sinusoidal voltage us or a more rectangular voltage us. This is explained below with reference to FIGS. 36 and 37. In the context of the present invention, a rather rectangular voltage (cf. FIG. 36) is preferred since, according to the current knowledge, the lamp factor LF has an optimal value for it. However, a sinusoidal voltage (cf. FIG. 37) can also be used in the context of the present invention, as a result of which the lamp factor then becomes somewhat lower. (In practice, an exactly rectangular voltage is not obtained, but rather a trapezoidal voltage, see FIG. 32A.)
Fig. 28 zeigt ferner Impulse 466, die zur Ansteuerung der Transistoren 142, 144 dienen und die in der gleichen Weise aus PWM-Einzelimpulsen zusammengesetzt sind.28 also shows pulses 466 which are used to control transistors 142, 144 and which are composed in the same way of individual PWM pulses.
Die PWM-Einzelimpulse werden in einem PWM-Teil 443 des Steuergeräts 442 erzeugt. Ihr Tastverhältnis TV (vgl. Fig. 36, unten) ist bevorzugt eine Funktion der Spannung U am Gleichstrom-Zwischenkreis 14, 16. Diese Spannung wird als Istwert UjSt dem PWM-Teil 443 zugeführt, dem auch von einem Sollwertgeber 445 eine Sollspannung Usoii zugeführt wird. Wenn die Spannung U sinkt, wird das Tastverhältnis TV entsprechend vergrößert, und wenn die Spannung U steigt, wird es verkleinert, so daß die Amplitude Z (Fig. 36) der Spannung up, welche derThe individual PWM pulses are generated in a PWM part 443 of the control unit 442. Your duty cycle TV (see FIG. 36, below) is preferably a function of the voltage U at the DC intermediate circuit 14, 16. This voltage is supplied as the actual value Uj S t to the PWM part 443, which also receives a setpoint voltage from a setpoint generator 445 Usoii is fed. If the voltage U drops, the duty cycle TV is increased accordingly, and if the voltage U rises, it is decreased, so that the amplitude Z (FIG. 36) of the voltage u p , which of the
Primärwicklung 448 zugeführt wird, von Schwankungen der Zwischenkreisspannung U nicht bzw. nicht wesentlich beeinflußt wird. 3 8Primary winding 448 is supplied, is not or not significantly influenced by fluctuations in the intermediate circuit voltage U. 3 8
Ein Impuls 462 hat die (variable) Länge T/2. An ihn schließt sich ein Impuls 466 an, ebenfalls mit der Länge T/2, dann wieder ein Impuls 462, etc., wie das dem Fachmann dieses Gebiets geläufig ist.A pulse 462 has the (variable) length T / 2. It is followed by a pulse 466, likewise with the length T / 2, then another pulse 462, etc., as is familiar to the person skilled in the art in this field.
Zur Steuerung des Oszillators 444 dient ein Steuergerät 460, z.B. ein Potentiometer, mit dem die Frequenz des Oszillators 444 eingestellt werden kann. Alternativ kann der Oszillator 444 über einen Eingang 470 mittels eines analogen oder digitalen Signals gesteuert werden. Z.B. kann mittels eines Schalters 472 zwischen den Frequenzen f 1 und f2 direkt umgeschaltet werden.A control device 460 is used to control the oscillator 444, e.g. a potentiometer that can be used to adjust the frequency of oscillator 444. Alternatively, the oscillator 444 can be controlled via an input 470 by means of an analog or digital signal. For example, can be switched directly between the frequencies f 1 and f2 by means of a switch 472.
Der Transformator 446 ist so dimensioniert, daß er bei der unteren Frequenz f1 die Lampe 26 mit ihrer maximalen Leistung, oder mit der maximalen gewünschten Leistung, versorgt, also gewöhnlich mit 100 % der möglichen Lampenleistung N|_, und daß mit zunehmender Frequenz die vom Transformator 446 abgegebene Leistung abnimmt, bis man bei der oberen Frequenz f2 z.B. nur noch 15 % (oder weniger) der maximalen Lampenleistung erhält, vgl. Fig. 35.The transformer 446 is dimensioned in such a way that it supplies the lamp 26 with its maximum power, or with the maximum desired power, at the lower frequency f1, that is to say usually with 100% of the possible lamp power N | _, and that with increasing frequency that from Transformer 446 output power decreases until, for example, at the upper frequency f2 receives only 15% (or less) of the maximum lamp power, cf. Fig. 35.
Durch Änderung der Frequenz f kann also die von der Lampe 26 abgegebene Lichtleistung N|_ in einem Bereich von z.B. 100 % bis z.B. 15 % stufenlos verstellt werden, wobei die Lichtleistung in allen Bereichen sehr stabil ist. Von großem Vorteil ist, daß auf diese Weise die Lichtleistung präzise eingestellt werden kann.By changing the frequency f, the light output N | _ emitted by the lamp 26 can thus be in a range of e.g. 100% to e.g. 15% can be adjusted continuously, with the light output being very stable in all areas. It is of great advantage that the light output can be precisely adjusted in this way.
Fig. 35 zeigt eine Meßkurve 471 für eine UV-Lampe 26 (Quecksilberdampf- Entladungslampe), die mit einer erfindungsgemäßen Anordnung gemessen wurde. Bei 400 Hz wird dieser Lampe ihre Nennleistung von 3620 VA zugeführt, also 100 %. Bei 800 Hz ist diese Leistung auf 1830 VA gefallen, also auf 50,5 %. Bei 1100 Hz ist sie auf 1100 VA gefallen, also auf 30,4 %, und bei 1400 Hz auf 680 VA, also auf 18,8 %. Man erhält also einen Stellbereich von 100 % bis 20 % der Lampenleistung bei sehr stabilem Betrieb der Lampe. Durch Umschalten der Frequenz (vgl. Fig. 32A) kann die Leistung der Lampe 26 innerhalb kurzer Zeit z.B. zwischen 100% und 18,8 % hin- und hergeschaltet werden.35 shows a measurement curve 471 for a UV lamp 26 (mercury vapor discharge lamp), which was measured using an arrangement according to the invention. At 400 Hz, this lamp is supplied with its nominal power of 3620 VA, i.e. 100%. At 800 Hz, this power has dropped to 1830 VA, i.e. to 50.5%. At 1100 Hz it fell to 1100 VA, i.e. to 30.4%, and at 1400 Hz to 680 VA, i.e. to 18.8%. So you get a range of 100% to 20% of the lamp power with very stable operation of the lamp. By switching the frequency (see Fig. 32A) the power of the lamp 26 can e.g. be switched back and forth between 100% and 18.8%.
Die Spannung an der Lampe 26 ist durch das Übersetzungsverhältnis des Transformators 446 festgelegt und ändert sich deshalb nur wenig, wenn die 3 9The voltage across lamp 26 is determined by the transformation ratio of transformer 446 and therefore changes little when the 3 9
Lampenleistung N|_ auf diese Weise verändert wird. Vielmehr ändert sich im wesentlichen nur der Strom is durch die Lampe 26.Lamp power N | _ is changed in this way. Rather, essentially only the current i s through the lamp 26 changes.
Wichtig erscheint, daß die Lampe 26 bei der Frequenz f2 auch noch mit 18,8 % ihrer Lichtleistung stabil betrieben werden kann, und daß innerhalb einer sehr kurzen Zeit - durch Umschaltung von f1 auf f2 oder umgekehrt - eine Umschaltung der Lichtleistung zwischen 100 % und 18,8 % oder umgekehrt möglich ist. Dies erweist sich in der industriellen Anwendung als sehr vorteilhaft und führt in vielen Fällen zu hohen Einsparungen an elektrischer Energie.It seems important that the lamp 26 can also be operated stably at the frequency f2 with 18.8% of its light output, and that within a very short time - by switching from f1 to f2 or vice versa - the light output can be switched between 100% and 18.8% or vice versa is possible. This proves to be very advantageous in industrial application and in many cases leads to high savings in electrical energy.
Fig. 29 zeigt die Spannung us an der Sekundärwicklung 452, wenn der Transformator 446 bei einer Frequenz f 1 von 400 Hz im Leerlauf betrieben wird, also ohne Lampe 26. Die Zeit T/2 beträgt in diesem Fall 1250 μs. Die maximale Amplitude der Spannung us beträgt hier +1080 V bzw. -1100 V. Sie entspricht der Zündspannung der Lampe 26, die höher liegt als die sogenannte Brennspannung dieser Lampe. Wenn die Lampe 26 ca. 2 Minuten eingeschaltet war, sinkt die Spannung am Ausgang des Transformators 446 auf die "Brennspannung", deren maximale Amplitude hier etwa 640 V beträgt.FIG. 29 shows the voltage u s on the secondary winding 452 when the transformer 446 is operated at idle at a frequency f 1 of 400 Hz, that is to say without a lamp 26. The time T / 2 in this case is 1250 μs. The maximum amplitude of the voltage u s here is +1080 V or -1100 V. It corresponds to the ignition voltage of the lamp 26, which is higher than the so-called operating voltage of this lamp. When the lamp 26 has been switched on for approximately 2 minutes, the voltage at the output of the transformer 446 drops to the "operating voltage", the maximum amplitude of which is approximately 640 V here.
Wie man aus Fig. 29 erkennt, sind die Halbwellen 478, 480 jeweils aus etwa 16 PWM-impulsen 482 zusammengesetzt. Da im Leerlauf kein Strom is fließt, werden diese Impulse 482 von der Induktivität der Sekundärwicklung 452 nicht gefiltert, was für die Zündung vorteilhaft ist, da hierdurch eine Vielzahl von Zündimpulsen mit hohem du/dt entsteht, die die Lampe 26 nach dem Einschalten sofort und sicher zünden.As can be seen from FIG. 29, the half-waves 478, 480 are each composed of approximately 16 PWM pulses 482. Since no current i s flows during idling, these pulses 482 are not filtered by the inductance of the secondary winding 452, which is advantageous for the ignition, since this results in a large number of ignition pulses with a high du / dt, which the lamp 26 immediately after switching on and ignite safely.
Fig. 30 zeigt beispielhaft eine bevorzugte Art, den Transformator 446 so zu dimensionieren, daß sich der gewünschte große Stellbereich für die Lichtleistung der Lampe 26 ergibt. Selbstverständlich können solche Transformatoren auf vielerlei Arten berechnet werden, die niemals zu genau identischen Resultaten führen. Bei der im folgenden beschriebenen Methode wird - als Beispiel - ein Rechenprogramm 490 verwendet, dessen Daten nachfolgend angegeben werden.30 shows an example of a preferred way of dimensioning the transformer 446 in such a way that the desired large setting range for the light output of the lamp 26 is obtained. Of course, such transformers can be calculated in many ways, which never lead to exactly identical results. In the method described below, a computer program 490 is used as an example, the data of which are given below.
In dieses Rechenprogramm 490 werden vom Benutzer folgende Größen eingegeben: 4 0The user enters the following variables into this arithmetic program 490: 4 0
Bei 492 das gewünschte Kernmaterial (Transformatorenblech), z.B. "Blech 1 ". Bei 496 die Leerlaufspannung des Transformators 446 an seiner Sekundärwicklung 452, also die Zündspannung der Lampe 26. Bei 498 der sekundäre Laststrom is bei Nennleistung.At 492 the desired core material (transformer sheet), eg "sheet 1". At 496 the open circuit voltage of the transformer 446 on its secondary winding 452, ie the ignition voltage of the lamp 26. At 498 the secondary load current i s at nominal power.
Bei 500 die Primärspannung up. Dies ist der Effektivwert der Primärspannung, der bei einer rechteckförmigen Primärspannung up im wesentlichen der maximalen Amplitude Z (Fig. 36) entspricht. Sofern eine Sinusspannung verwendet wird, wird in der üblichen Weise der Effektivwert der Sinusspannung verwendet.At 500 the primary voltage u p . This is the effective value of the primary voltage, which essentially corresponds to the maximum amplitude Z (FIG. 36) for a rectangular primary voltage up. If a sine voltage is used, the effective value of the sine voltage is used in the usual way.
Bei 502 die Frequenz f 1 , also die untere Frequenz, bei der der Transformator 446 die volle Leistung abgeben soll.At 502 the frequency f 1, that is the lower frequency at which the transformer 446 is to deliver the full power.
Bei 504 der gewünschte Scheitelwert Bmax der Magnetflußdichte B. Dieser Wert hängt von der Kühlung des Transformators ab, da bei höheren Frequenzen die Eisenverluste stark ansteigen und daher der Transformator 446 ausreichend gekühlt sein muß, um unzulässige Temperaturen zu vermeiden. Ein niedrigeres Bmax bedeutet niedrigere Eisenverluste. Bei Betrieb im Bereich 400 bis 1200 Hz wird Bmax, bei 400 Hz, gewöhnlich zwischen 0,3 und 0,6 T liegen. Mit zunehmender Frequenz nimmt im Betrieb die Magnetflußdichte Bmax automatisch ab, was eine entsprechende Reduzierung der vom Transformator 446 übertragenen Leistung bewirkt. Wird Bmax zu hoch gewählt, so führt das zu einer sehr starken Erhitzung des Transformatoreisens, was von dem genannten Programm berücksichtigt wird.At 504 the desired peak value Bmax of the magnetic flux density B. This value depends on the cooling of the transformer, since at higher frequencies the iron losses increase sharply and the transformer 446 must therefore be sufficiently cooled to avoid inadmissible temperatures. A lower Bmax means lower iron losses. When operating in the 400 to 1200 Hz range, Bmax at 400 Hz will usually be between 0.3 and 0.6 T. The magnetic flux density Bmax automatically decreases with increasing frequency during operation, which results in a corresponding reduction in the power transmitted by the transformer 446. If Bmax is selected too high, this leads to a very strong heating of the transformer iron, which is taken into account by the program mentioned.
Aus den eingegebenen Daten berechnet das Programm bei 506 einen geeigneten Querschnitt AFΘ des Transformatorkerns, und bei 508 die Wickeldaten des Transformators.From the data entered, the program calculates a suitable cross section AFΘ of the transformer core at 506, and the winding data of the transformer at 508.
Das beim nachfolgenden Beispiel verwendete Programm 490 ist "Trockentransformator-Programm 1/M. Craciun Für Transformatoren ab 4 kVA Leistung"The program 490 used in the example below is "Dry Transformer Program 1 / M. Craciun For Transformers with a Power of 4 kVA or Higher"
Lieferant: Meffert GmbHSupplier: Meffert GmbH
Elektro-Isoliertechnik Otto-Hahn-Str. 2 D-40721 Hilden 4 1Elektro-Isoliertechnik Otto-Hahn-Str. 2 D-40721 Hilden 4 1
Dieses Programm erlaubt die rasche Berechnung von Trockentransformatoren, wobei aber in jedem Fall das spezielle Fachwissen eines Fachmanns für Transformatorenbau sehr nützlich ist, um optimale Resultate zu erhalten. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß die Hersteller von Transformatorenblechen einen Berechnungsservice anbieten, und daß sie spezielle Berechnungsunterlagen für ihre eigenen Bleche und Modulkerne haben.This program allows the quick calculation of dry-type transformers, but in any case the special expertise of a specialist in transformer construction is very useful in order to obtain optimal results. It should also be noted that the manufacturers of transformer sheets offer a calculation service and that they have special calculation documents for their own sheets and module cores.
Für die Leistungen von UV-Lampen genügen gewöhnlich Trockentransformatoren, doch ist selbstverständlich die Verwendung von Transformatoren mit Ölkühlung nicht ausgeschlossen.Dry transformers are usually sufficient for the performance of UV lamps, but the use of transformers with oil cooling is of course not excluded.
Beispiel 1example 1
Als Beispiel 1 wird ein einphasiger Trockentransformator angenommen, mit folgenden Daten:A single-phase dry transformer is assumed as example 1, with the following data:
Primärspannung 380 V, etwa sinusförmigPrimary voltage 380 V, approximately sinusoidal
Primärstrom 13,9 APrimary current 13.9 A.
Sekundärspannung im Leerlauf 800 VSecondary voltage at idle 800 V
Leistung auf Sekundärseite 5,28 kVA5.28 kVA secondary power
Sekundärstrom 6,60 ASecondary current 6.60 A.
Frequenz 400 HzFrequency 400 Hz
Einschaltdauer 100 %Duty cycle 100%
Isolationsklasse F cos φ = 1 ,0Insulation class F cos φ = 1, 0
Scheitelwert Bmax der Magnetflußdichte 0,40 TPeak value Bmax of the magnetic flux density 0.40 T.
Kernart 1 : Rechteckkern, wie in Fig. 13 dargestelltCore type 1: Rectangular core, as shown in Fig. 13
Blechart 3: Modulkerne, wie in Fig. 13 dargestelltSheet type 3: module cores, as shown in FIG. 13
Blech 1 : Typ M111-35NSheet 1: Type M111-35N
Dieser Transformator ist bestimmt für eine Quecksilberdampf-Entladungslampe mit einer Zündspannung von 750 V und einer Brennspannung von 544 V.This transformer is designed for a mercury vapor discharge lamp with an ignition voltage of 750 V and an operating voltage of 544 V.
Das Programm "Craciun" berechnet dann bei 506 einen Eisenquerschnitt von 35,91 cm2. Da man im Transformatorenbau mit genormten Werten für den Kernquerschnitt arbeitet und der Transformator knapp bemessen sein soll, kann man in diesem Fall den nächst kleineren genormten Modulkern verwenden, der 4 2 einen Querschnitt von 30,2 cm≥ hat. Solche Modulkerne werden z.B. hergestellt von derThe "Craciun" program then calculates an iron cross-section of 35.91 cm2 at 506. Since one works in transformer construction with standardized values for the core cross section and the transformer should be tightly dimensioned, one can use the next smaller standardized module core in this case, the 4 2 has a cross section of 30.2 cm≥. Such module cores are manufactured, for example, by
BLUM GmbH, Erich-Blum-Str. 33, D-71665 Vaihingen/Enz.BLUM GmbH, Erich-Blum-Str. 33, D-71665 Vaihingen / Enz.
Mit diesem Kernquerschnitt berechnet das Programm bei 508 eine Gesamtwindungszahl von 184 Windungen für die Primärwicklung, und von 388 Windungen für die Sekundärwicklung.With this core cross-section, the program calculates a total of 184 turns for the primary winding at 508 and 388 turns for the secondary winding.
Die Primärwicklung wird auf die vier Spulen 170, 172, 174, 176 (Fig. 13) aufgeteilt, von denen also jede 46 Windungen erhält. Die Sekundärwicklung wird auf die zwei Spulen 178, 180 (Fig. 13) aufgeteilt, von denen jede 194 Windungen erhält. Die genaue Einstellung der Zahl der Streubleche 182, 188 (Fig. 13) erfolgt bei Belastung des Transformators mit seiner Nennlast, also am besten mit der UV- Lampe 26, die er betreiben soll. Durch die genaue Einstellung der Zahl der Streubleche wird also die Brennspannung, z.B. hier 544 V, im Prüffeld genau eingestellt. Das Eisengewicht des berechneten Transformators beträgt 16 kg, das Kupfergewicht 6,7 kg. Gegenüber einem Transformator für dieselbe Leistung bei 50 Hz ergibt sich eine starke Reduzierung von Größe und Gewicht.The primary winding is divided between the four coils 170, 172, 174, 176 (FIG. 13), each of which therefore receives 46 turns. The secondary winding is divided between the two coils 178, 180 (FIG. 13), each of which receives 194 turns. The exact setting of the number of stray plates 182, 188 (FIG. 13) is carried out when the transformer is loaded with its nominal load, that is, best with the UV lamp 26 which it is intended to operate. By precisely setting the number of stray sheets, the operating voltage, e.g. here 544 V, precisely set in the test field. The iron weight of the calculated transformer is 16 kg, the copper weight is 6.7 kg. Compared to a transformer for the same power at 50 Hz, the size and weight are greatly reduced.
Ein so dimensionierter Transformator 446 bringt bei 400 Hz eine Leistung von 5,28 kVA auf der Sekundärseite. Mit zunehmender Frequenz nimmt diese Leistung ab, weil die Magnetflußdichte B im Transformatorenkern mit zunehmender Frequenz absinkt, wenn die Primärspannung up konstantgehalten wird. Die Spannung auf der Sekundärseite bleibt im wesentlichen konstant, da sie nicht von der Magnetflußdichte abhängt, sondern vom Übersetzungsverhältnis der Primärwicklung 448 zur Sekundärwicklung 452. Durch die ohmschen Verluste in der Wicklung, und durch Streufelder, nimmt aber die Spannung auf der Sekundärseite mit zunehmender Frequenz etwas ab.A transformer 446 dimensioned in this way produces a power of 5.28 kVA on the secondary side at 400 Hz. This power decreases with increasing frequency because the magnetic flux density B in the transformer core decreases with increasing frequency if the primary voltage u p is kept constant. The voltage on the secondary side remains essentially constant since it does not depend on the magnetic flux density, but on the transmission ratio of the primary winding 448 to the secondary winding 452. However, due to the ohmic losses in the winding and due to stray fields, the voltage on the secondary side increases with increasing frequency something off.
Sofern als Transformator ein Streufeldtransformator verwendet wird, tragen dessen große Streuinduktivitäten ebenfalls zur Leistungsreduzierung bei höheren Frequenzen bei. Denn im Transformator-Ersatzschaltbild stellen sich diese Streuinduktivitäten als Reiheninduktivitäten dar, deren Blindwiderstand direkt mit der Frequenz zunimmt. Dies bedeutet also, daß der Strom zur Lampe mit zunehmender Frequenz zunehmend gedrosselt wird. 4 3If a stray field transformer is used as the transformer, its large leakage inductances also contribute to power reduction at higher frequencies. Because in the transformer equivalent circuit diagram, these leakage inductances are shown as series inductors, whose reactance increases directly with frequency. This means that the current to the lamp is increasingly throttled with increasing frequency. 4 3
Statt eines Streufeldtransformators kann bei Fig. 28 auch ein Standardtransformator (ohne Streufeldeinrichtung) verwendet werden, an den die Lampe 26 über eine Reihendrossel angeschlossen wird. Hierzu wird auf die Beschreibung zu den Fig. 39 und 40 verwiesen, wo solche Reihendrosseln 608, 610, 612 in Serie mit den Lampen 26', 26" bzw. 26'" dargestellt sind. Dort ist auch angegeben, wie eine solche Reihendrossel zweckmäßig bemessen wird.Instead of a stray field transformer, a standard transformer (without a stray field device) to which the lamp 26 is connected via a series choke can also be used in FIG. 28. For this purpose, reference is made to the description of FIGS. 39 and 40, where such series chokes 608, 610, 612 are shown in series with the lamps 26 ', 26 "and 26'", respectively. It also specifies how such a series choke is appropriately dimensioned.
Wichtig erscheint, daß man die obere Frequenz so bestimmt, daß bei ihr die Lampe 26 - bei noch sicherem Betrieb - nur noch eine kleine Leistung aufnimmt, und daß man die untere Frequenz so festlegt, daß die Lampe dabei mindestens angenähert ihre maximale Leistung aufnimmt. In diesem Fall kann man die Lampenleistung durch Änderung der Frequenz f innerhalb sehr kurzer Zeit von der maximalen auf eine sehr kleine Leistung umschalten, oder umgekehrt.It seems important that the upper frequency be determined so that the lamp 26 consumes only a small amount of power - while still operating safely - and that the lower frequency is set so that the lamp at least approximates its maximum power. In this case, the lamp power can be switched from the maximum to a very low power by changing the frequency f within a very short time, or vice versa.
Netzspannungsschwankungen können bei einem erfindungsgemäßen Umrichter mittels des Reglers 443 dadurch ausgeregelt werden, daß bei abnehmender Netzspannung das Tastverhältnis der PWM-Impulse 464 automatisch erhöht wird. Wird umgekehrt die Netzspannung zu hoch, so wird durch den Regler 443 die Breite der Impulse 464 reduziert, so daß Netzspannungsschwankungen äußerst schnell ausgeregelt werden können.Mains voltage fluctuations can be corrected in a converter according to the invention by means of the controller 443 in that the pulse duty factor of the PWM pulses 464 is automatically increased as the mains voltage decreases. Conversely, if the mains voltage becomes too high, the width of the pulses 464 is reduced by the controller 443, so that mains voltage fluctuations can be corrected extremely quickly.
Fig. 31 zeigt oben die Sekundärspannung us und unten den Sekundärstrom is beim Einschalten.31 shows the secondary voltage u s at the top and the secondary current i s at switch-on.
Bei 520 wird die Lampe 26 eingeschaltet. Die Amplitude A der Zündspannung beträgt bei dieser Lampe z.B. etwa 820 V. Da die Lampe 26 nach dem Einschalten zunächst wie ein sehr niedriger Widerstand wirkt, fließt gemäß Fig. 31 B ein hoher Strom is mit einer Amplitude von ca. 40A, und die Spannung us sinkt auf einen niedrigen Wert von z.B. 120 V, d.h. ein großer Teil des magnetischen Flusses fließt durch die Streubleche 182, 188 (Fig. 13), und im Streufeld entstehen große Verluste. Der Transformator 446 verhält sich hier wie eine ideale Induktivität, weshalb der Sekundärstrom is dreieckförmig wird.At 520, lamp 26 is turned on. The amplitude A of the ignition voltage in this lamp is, for example, approximately 820 V. Since the lamp 26 initially acts like a very low resistor after switching on, a high current i s flows with an amplitude of approximately 40 A according to FIG. 31 B, and the Voltage u s drops to a low value of, for example, 120 V, ie a large part of the magnetic flux flows through the stray plates 182, 188 (FIG. 13), and large losses occur in the stray field. The transformer 446 behaves here like an ideal inductance, which is why the secondary current i s becomes triangular.
Nach etwa zwei Minuten hat die Lampe 26 ihre Betriebstemperatur erreicht, und 4 4 der Strom is geht dann in die gewünschte Form über, wie sie in Fig. 5b für den Fall dargestellt ist, daß eine rechteckförmige Primärspannung verwendet wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Zündung der Lampe bei einer Anordnung nach Fig. 28 sehr schnell erfolgt, da durch den Umrichter ein hohes du/dt erzeugt wird, was eine praktisch augenblickliche Zündung bewirkt. Dadurch wird sehr rasch die Betriebstemperatur erreicht.After about two minutes, the lamp 26 has reached its operating temperature, and 4 4 the current i s then changes into the desired shape, as shown in FIG. 5b for the case in which a rectangular primary voltage is used. It should be pointed out that the ignition of the lamp takes place very quickly in an arrangement according to FIG. 28, since a high du / dt is generated by the converter, which causes a practically instantaneous ignition. As a result, the operating temperature is reached very quickly.
Fig. 32 zeigt den Übergang von einer höheren Frequenz (z.B. 700 Hz) zu einer niedrigen Frequenz f1 (z.B. 400 Hz). Fig. 32A zeigt die Sekundärspannung us, und man erkennt, daß innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne die Frequenz von f2 zu f1 umgeschaltet wird, und daß die Spannung us einen trapezförmigen Verlauf hat.32 shows the transition from a higher frequency (eg 700 Hz) to a low frequency f1 (eg 400 Hz). FIG. 32A shows the secondary voltage u s, and it is seen that the frequency is switched from f2 to f1 within a very short period of time, and that the voltage U S has a trapezoidal shape.
Bei der höheren Frequenz ist gemäß Fig. 32B der Sekundärstrom is nur sehr niedrig und hat eine Amplitude unterhalb von 5 A. Nach der Umschaltung auf die niedrigere Frequenz steigt diese Amplitude auf Werte über 10 A, und dadurch steigt die Lichtleistung der Lampe 26 sehr rasch auf einen hohen Wert, z.B. 100 %.At the higher frequency, as shown in FIG. 32B, the secondary current i s is only very low and has an amplitude below 5 A. After switching to the lower frequency, this amplitude rises to values above 10 A, and the light output of the lamp 26 thus increases very much quickly to a high value, e.g. 100%.
Fig. 32A zeigt auch, daß unabhängig von der Frequenz die Sekundärspannung us weitgehend konstant bleibt, was für den stabilen Betrieb der Lampe sehr günstig ist. Der Wert von us wird durch das Übersetzungsverhältnis des Transformators 446 festgelegt. Die weitgehend konstante Sekundärspannung ermöglicht es auch nach einem längeren Betrieb der Lampe 26 bei niedriger Leistung, sofort wieder auf die volle Leistung umzuschalten, also ohne neue Aufwärmphase.32A also shows that the secondary voltage u s remains largely constant regardless of the frequency, which is very favorable for the stable operation of the lamp. The value of u s is determined by the transformation ratio of transformer 446. The largely constant secondary voltage makes it possible, even after prolonged operation of the lamp 26 at low power, to switch back to full power immediately, ie without a new warm-up phase.
Dies ermöglicht hohe Energieeinsparungen, z.B. dann, wenn lackierte Gegenstände 570 auf einem Fließband 560 an der Lampe 26 vorbeigeführt werden, um mittels UV-Strahlung getrocknet zu werden, und diese Lampe nur dann eingeschaltet wird, wenn sich ein lackierter Gegenstand 570 in ihrer Nähe befindet, vgl. Fig. 38. In den Zeiten, in denen keine lackierten Gegenstände vorbeitransportiert werden, kann die Lampenleistung auf einen niedrigen Wert reduziert werden, und wenn ein neuer Gegenstand kommt, kann man die Lichtleistung wieder auf 100 % erhöhen.This enables high energy savings, e.g. when painted objects 570 are guided on a conveyor belt 560 past the lamp 26 in order to be dried by means of UV radiation, and this lamp is only switched on when a painted object 570 is in its vicinity, cf. Fig. 38. In times when no painted objects are being transported past, the lamp output can be reduced to a low value, and when a new object arrives, the light output can be increased back to 100%.
Die Fig. 33 und 34 zeigen, bei einer Frequenz von 400 Hz, die Sekundärspannung 4 5 us (jeweils oben) und den Sekundärstrom is (jeweils unten) bei verschiedenen Leistungen. Bei Fig. 33 und 34 wurde ein variabler Widerstand 530 (Fig. 28) an die Sekundärwicklung 452 angeschlossen, also keine Quecksilberdampf- Entladungslampe 26.33 and 34 show the secondary voltage at a frequency of 400 Hz 4 5 u s (each above) and the secondary current i s (each below) for different powers. 33 and 34, a variable resistor 530 (FIG. 28) was connected to the secondary winding 452, that is to say no mercury vapor discharge lamp 26.
Bei Fig. 33 beträgt der Effektivwert der Sekundärspannung 625 V, und der Effektivwert des Sekundärstroms 4,7 A, so daß sich eine Scheinleistung von S = 407 x 625 = 2,54 kVA ergibt, die hier praktisch identisch mit der Wirkleistung ist, vgl. die Gleichungen (1 ) bis (3).33, the effective value of the secondary voltage is 625 V, and the effective value of the secondary current is 4.7 A, so that there is an apparent power of S = 407 x 625 = 2.54 kVA, which is practically identical to the active power here, cf. . equations (1) to (3).
Man sieht, daß bei dieser Leistung die PWM-Impulse 482 noch deutlich erkennbar sind, d.h. die Induktivität des Transformators 446 bewirkt im Vergleich zu Fig. 29 (Leerlauf) zwar eine starke Reduzierung der Amplitude dieser Impulse, jedoch nicht ihre Unterdrückung. Bei Fig. 33A betragen die maximalen Amplituden der Sekundärspannung +776 V bzw. -784 V.It can be seen that at this power the PWM pulses 482 are still clearly recognizable, i.e. the inductance of the transformer 446 brings about a large reduction in the amplitude of these pulses compared to FIG. 29 (idling), but not their suppression. 33A, the maximum amplitudes of the secondary voltage are +776 V and -784 V.
Bei Fig. 34 ist die abgegebene Leistung wesentlich höher, und durch den höheren Strom im Transformator 446 werden jetzt die Impulse 482 wesentlich besser unterdrückt, weil die Induktivität des Transformators 446 stärker wirksam wird.In Fig. 34, the power output is much higher, and the higher current in the transformer 446, the pulses 482 are now suppressed much better because the inductance of the transformer 446 is more effective.
Bei Fig. 34 beträgt der Effektivwert der Sekundärspannung 570 V, und der Effektivwert des Sekundärstroms 7,75 A, entsprechend einer Scheinleistung von 4,42 kVA. Die maximale Amplitude der Spannung us in Fig. 34 ist +740 V bzw. - 760 V.34, the effective value of the secondary voltage is 570 V and the effective value of the secondary current is 7.75 A, corresponding to an apparent power of 4.42 kVA. The maximum amplitude of the voltage us in FIG. 34 is +740 V or - 760 V.
Bei Fig. 33 und 34 erkennt man die günstige Form des Sekundärstroms, wie sie bei Fig. 5 ausführlich beschrieben wurde. Diese Form des Stroms führt zu einem hohen Lampenfaktor LF und damit zu einer optimalen Ausnützung der Lampe 26 bei Vollast.33 and 34 show the favorable form of the secondary current, as has been described in detail in FIG. 5. This form of the current leads to a high lamp factor LF and thus to an optimal use of the lamp 26 at full load.
Dies stellt die optimale Form der Erfindung dar, doch funktioniert diese auch recht zufriedenstellend bei Verwendung einer eher sinusförmigen Spannung. Auch bei Verwendung einer solchen sinusförmigen Spannung kann man den Transformator 446 für die untere Frequenz f 1 so auslegen, daß dort die Lampe 26 mit Vollast betrieben wird, und daß mit zunehmender Frequenz die Lampenleistung abnimmt. 4 6This is the optimal form of the invention, but it also works quite satisfactorily when using a more sinusoidal voltage. Even when using such a sinusoidal voltage, the transformer 446 can be designed for the lower frequency f 1 in such a way that the lamp 26 is operated there at full load and that the lamp power decreases with increasing frequency. 4 6
Ggf. muß man bei Verwendung einer sinusförmigen Spannung die untere Frequenz f1 etwas höher wählen, um für die Zündung der Lampe 26 ein optimales du/dt zu erhalten.Possibly. you have to choose the lower frequency f1 somewhat higher when using a sinusoidal voltage in order to obtain an optimal du / dt for the ignition of the lamp 26.
Die Spannung us an der Lampe 26 ist durch das Übersetzungsverhältnis des Transformators 446 festgelegt und ändert sich nur wenig, wenn die Frequenz verändert wird. Vielmehr ändert sich im wesentlichen nur der Strom is durch die Lampe 26.The voltage u s on the lamp 26 is determined by the transformation ratio of the transformer 446 and changes only slightly when the frequency is changed. Rather, only the current through lamp 26 essentially changes.
Fig. 36 zeigt, wie die PWM-Impulse 464 aussehen, wenn die Primärspannung up des Transformators 446 etwa rechteckförmig aussehen soll. (Diese Impulse dienen gemäß Fig. 28 zur Ansteuerung des Wechselrichters 30"). Es handelt sich bei jeder Halbwelle um eine Mehrzahl von Einzelimpulsen 464, alle mit der gleichen Länge t1 und mit demselben Tastverhältnis TV, dessen Definition in Fig. 36 unten angegeben ist. Man bezeichnet einen solchen Wechselrichter 30" auch als Pulswechselrichter, weil er während jeder Halbwelle von einer Mehrzahl von Impulsen angesteuert wird.36 shows what the PWM pulses 464 look like if the primary voltage up of the transformer 446 is to look approximately rectangular. 28 serves to control the inverter 30 ". Each half-wave is a plurality of individual pulses 464, all with the same length t1 and with the same duty cycle TV, the definition of which is given in FIG. 36 below Such an inverter 30 "is also referred to as a pulse inverter because it is driven by a plurality of pulses during each half-wave.
Wenn die Spannung U am Zwischenkreis 14, 16 sinkt, wird das Tastverhältnis TV durch das PWM-Teil 443 vergrößert, d.h. alle Impulse 446 werden etwas breiter, so daß die Amplitude Z der Spannung up unverändert bleibt.When the voltage U at the intermediate circuit 14, 16 drops, the pulse duty factor TV is increased by the PWM part 443, ie all the pulses 446 become somewhat wider, so that the amplitude Z of the voltage u p remains unchanged.
Erhöht sich die Spannung U am Zwischenkreis 14, 16, so wird das Tastverhältnis TV verkleinert, d.h. alle Impulse 446 werden etwas schmaler, so daß ebenfalls die Amplitude Z der Spannung up unverändert bleibt.If the voltage U at the intermediate circuit 14, 16 increases, the pulse duty factor TV is reduced, ie all the pulses 446 become somewhat narrower, so that the amplitude Z of the voltage u p also remains unchanged.
Fig. 37 zeigt die Impulsform für eine sinusförmige Primärspannung up, die zu einem niedrigeren Lampenfaktor LF führt als eine Rechteckspannung, aber in Verbindung mit Fig. 28 ebenfalls verwendet werden kann.FIG. 37 shows the pulse shape for a sinusoidal primary voltage u p , which leads to a lower lamp factor LF than a square-wave voltage, but can also be used in connection with FIG. 28.
Die Impulse 464' haben auch hier dieselbe Frequenz, z.B. 14 kHz, aber sie haben innerhalb einer Halbwelle unterschiedliche Längen. Die äußeren Impulse 550, 551 sind nämlich schmal und die mittleren Impulse 553 breit, d.h. die mittleren Impulse haben ein hohes Tastverhältnis TV, und dieses nimmt nach außen hin ab. Man nennt das auch eine "Sinusbewertung". Die Amplitude X der Primärspannung up 4 7 kann dadurch erhöht werden, daß das Tastverhältnis aller Impulse 464' proportional erhöht wird, z.B. um den Faktor 0,05.The pulses 464 'also have the same frequency here, for example 14 kHz, but they have different lengths within a half wave. The outer pulses 550, 551 are namely narrow and the middle pulses 553 are wide, ie the middle pulses have a high duty cycle TV, and this decreases towards the outside. This is also called a "sinus evaluation". The amplitude X of the primary voltage u p 4 7 can be increased by proportionally increasing the pulse duty factor of all pulses 464 ', for example by a factor of 0.05.
Auf diese Weise können auch hier Änderungen der Spannung U am Zwischenkreis 14, 16 kompensiert werden, und man kann die Amplitude X vergrößern oder verkleinern. Es handelt sich hier um geläufige Bauweisen und Steuerungsverfahren für derartige Wechselrichter.In this way, changes in the voltage U at the intermediate circuit 14, 16 can also be compensated for here, and the amplitude X can be increased or decreased. These are common designs and control methods for such inverters.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Spannungsform gemäß Fig. 36 bevorzugt, da man mit ihr einen besseren Lampenfaktor erhält.In the context of the present invention, the voltage form according to FIG. 36 is preferred since it gives a better lamp factor.
Fig. 38 zeigt ein Transportband 560, das sich in Richtung eines Pfeiles 562 bewegt und das von Rollen 564 abgestützt wird. Über dem Band 560 befindet sich eine UV-Lampe 26, die von einer Anordnung 566 mit Energie versorgt wird. Die Anordnung 566 entspricht der Anordnung nach Fig. 28.38 shows a conveyor belt 560 which moves in the direction of an arrow 562 and which is supported by rollers 564. A UV lamp 26 is located above the belt 560 and is supplied with energy by an arrangement 566. The arrangement 566 corresponds to the arrangement according to FIG. 28.
Auf dem Band 560 werden lackierte Gegenstände 570 transportiert, die von der Lampe 26 mittels UV-Strahlung getrocknet werden sollen.Lacquered objects 570 are transported on the belt 560 and are to be dried by the lamp 26 by means of UV radiation.
Eine Lichtschranke 572, 574 dient dazu, die Lampe 26 auf volle Leistung zu schalten, wenn ein Gegenstand 570 auf dem Band 560 festgestellt wird. Wenn dieser Gegenstand durch die Lichtschranke 572, 574 voll durchgelaufen ist, wird, ggf. mit einer zeitlichen Verzögerung, die Lampe 26 wieder auf eine reduzierte Leistung, z.B. von 15 %, umgeschaltet.A light barrier 572, 574 serves to switch the lamp 26 to full power when an object 570 is found on the belt 560. When this object has passed through the light barrier 572, 574, the lamp 26 is switched back to a reduced power, e.g. of 15%, switched.
Gerade bei Trockenanordnungen dieser Art ergeben sich durch die Erfindung enorme Möglichkeiten zur Energieeinsparung.Particularly in the case of dry arrangements of this type, the invention provides enormous opportunities for saving energy.
Fig. 39 zeigt einen Umrichter analog Fig. 28, aber mit einem dreiphasigen Wechselrichter 30"', dessen drei Ausgänge mit U, V und W bezeichnet sind. Gleiche oder gleichwirkende Teile wie in Fig. 28 werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie dort und gewöhnlich nicht nochmals beschrieben.FIG. 39 shows an inverter analogous to FIG. 28, but with a three-phase inverter 30 ″ ', the three outputs of which are denoted by U, V and W. The same or equivalent parts as in FIG. 28 are denoted by the same reference numerals as there and usually not described again.
Der Wechselrichter 30'" hat die Form einer bekannten dreiphasigen Vollbrückenschaltung, die gegenüber Fig. 28 einen dritten Zweig mit zwei 4 8 zusätzlichen Transistoren 141 , 143 enthält, deren Verbindungspunkt mit 48c bezeichnet ist und zu denen Freilaufdioden 141 ', 143' antiparailel geschaltet sind. Die Transistoren 141 , 143 werden von der Steueranordnung 442 gesteuert. Die Steuerimpulse S sind, wie bei Fig. 28, aus Einzelimpulsen 464 mit einer Frequenz von z.B. 14 kHz zusammengesetzt, d.h. der Wechselrichter 30'" ist ein Pulswechselrichter.The inverter 30 '"has the form of a known three-phase full-bridge circuit, which compared to FIG. 28 has a third branch with two 4 contains 8 additional transistors 141, 143, the connection point of which is designated 48c and to which freewheeling diodes 141 ', 143' are connected in anti-parallel fashion. The transistors 141, 143 are controlled by the control arrangement 442. As in FIG. 28, the control pulses S are composed of individual pulses 464 with a frequency of, for example, 14 kHz, ie the inverter 30 '"is a pulse inverter.
Fig. 40 zeigt den Anschluß eines Drehstromtransformators 600 an den Wechselrichter 30'". Der Transformator hat eine Primärwicklung 602, die hier im Dreieck geschaltet ist, und diese ist an die Ausgänge U, V, W des Wechselrichters 30'" angeschlossen.40 shows the connection of a three-phase transformer 600 to the inverter 30 '". The transformer has a primary winding 602, which is connected here in a triangle, and this is connected to the outputs U, V, W of the inverter 30'".
Die Sekundärwicklung 604 des Transformators 600 ist hier beispielhaft in Zickzackschaltung ausgeführt. Dies hat den Vorteil, daß sich eine sekundäre Belastung, die zwischen nur einem Ausgang und dem mit 606 bezeichneten Sternpunkt liegt (einphasige Belastung) auf zwei Kerne des Transformators 600 verteilt. Dies beruht darauf, daß die Sekundärwicklung auf jedem Kern des Transformators 600 in zwei gleichwertige Teile unterteilt wird, vgl. Fig. 41 , und daß je zwei Teile verschiedener Kerne gegeneinander geschaltet werden. Eine einphasige Belastung auf der Sekundärseite verteilt sich dann immer auf zwei Kerne, und es kann dann immer auf der Primärseite ein Strom fließen, der die Durchflutung der Sekundärwicklung auf jedem dieser beiden Kerne aufhebt.The secondary winding 604 of the transformer 600 is here, for example, in a zigzag configuration. This has the advantage that a secondary load, which lies between only one output and the star point labeled 606 (single-phase load), is distributed over two cores of the transformer 600. This is due to the fact that the secondary winding on each core of the transformer 600 is divided into two equivalent parts, cf. Fig. 41, and that two parts of different cores are switched against each other. A single-phase load on the secondary side is then always distributed over two cores, and a current can then always flow on the primary side, which eliminates the flooding of the secondary winding on each of these two cores.
Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, auf der Sekundärseite eine normale Sternschaltung der Wicklungen zu verwenden, oder ggf. auch eine Dreieckschaltung.However, it is not excluded to use a normal star connection of the windings on the secondary side, or possibly a delta connection.
Nach der genormten lEC-Terminologie handelt es sich beim Transformator 600 um die Schaltgruppe Dz, hier DzO. Ein Transformator mit Sternschaltung auf der Sekundärseite wäre Schaltgruppe Dy. Ebenso sind z.B. möglich die Schaltgruppen Yy oder Yz. Diese Schaltgruppen sind z.B. definiert in Bödefeld-Sequenz, Elektrische Maschinen, Springer- Verlag, Wien, 1952, Seite 69.According to the standardized IEC terminology, the transformer 600 is the switching group Dz, here DzO. A transformer with a star connection on the secondary side would be vector group Dy. Likewise, e.g. possible the switching groups Yy or Yz. These switching groups are e.g. defined in Bödefeld sequence, electrical machines, Springer-Verlag, Vienna, 1952, page 69.
Die Ausgänge der Sekundärwicklung 604 sind mit u, v und w bezeichnet. In Reihe mit jedem Ausgang liegen eine Reihendrossel 608, 610 bzw. 612 und eine Gasentladungslampe 26", 26" bzw. 26'", deren andere Anschlüsse an den gemeinsamen Sternpunkt 606 der Sekundärwicklung 604 angeschlossen sind. Man hat so den Vorteil, daß mit einem einzigen Dreiphasen-Wechselrichter 30"' drei Strahler 26', 26" und 26'" gleichzeitig betrieben werden können, und daß die Leistung aller drei Strahler gleichzeitig - durch Verstellung der Frequenz des Wechselrichters 30'" - z.B. zwischen 100 % und 15 % verstellt werden kann. Man benötigt für diese drei Strahler 26', 26" und 26"' nur einen gemeinsamen Wechselrichter 30"' und nur einen gemeinsamen Drehstromtransformator 600, was die Kosten stark reduziert.The outputs of the secondary winding 604 are labeled u, v and w. In series with each output there are a series choke 608, 610 and 612 and a gas discharge lamp 26 ", 26" and 26 '", the other connections of which are connected to the common star point 606 of the secondary winding 604. One has the advantage that with a single three-phase inverter 30 "'three emitters 26', 26" and 26 '"can be operated simultaneously, and that the power of all three emitters simultaneously - by adjusting the frequency of the inverter 30'" - for example between 100% and 15% For these three radiators 26 ', 26 "and 26"', only one common inverter 30 "'and only one common three-phase transformer 600 are required, which greatly reduces the costs.
Die Zündung alier drei Strahler ist mit dieser Anordnung problemlos möglich. Wenn ein Strahler etwas später zündet als die beiden anderen, hat dies auf die bereits brennenden Strahler keinen Einfluß. 49The ignition of all three lamps is easily possible with this arrangement. If one lamp ignites somewhat later than the other two, this has no effect on the lamps that are already burning. 49
Der Drehstromtransformator 600 ist bei der unteren Frequenz f1 auf die maximale Leistung der drei Strahler 26', 26", 26'" ausgelegt, wofür nachfolgend ein Beispiel angegeben wird. Steigt die Frequenz f , so sinkt die Magnetflußdichte im Transformator 600 und damit die von diesem übertragene Leistung, und folglich nimmt die von den Strahlern abgegebene Leistung mit steigender Frequenz f ab, wobei jedoch die Spannung an den Strahlern nur wenig abnimmt.At the lower frequency f1, the three-phase transformer 600 is designed for the maximum power of the three radiators 26 ', 26 ", 26'", an example of which is given below. If the frequency f rises, the magnetic flux density in the transformer 600 and thus the power transmitted by it decrease, and consequently the power emitted by the radiators decreases with increasing frequency f, but the voltage at the radiators only decreases slightly.
Ggf. können jeweils auch zwei Strahler parallelgeschaltet werden, so daß man mit der Anordnung nach Fig.40 auch sechs Strahler betreiben kann.Possibly. two radiators can also be connected in parallel, so that one can also operate six radiators with the arrangement according to Fig. 40.
Die Reihendrosseln 608, 610, 612 dienen dazu, den Strom durch die Strahler 26 auf deren Nennstrom zu begrenzen.The series chokes 608, 610, 612 serve to limit the current through the radiators 26 to their nominal current.
Beispiel 2Example 2
Es sei angenommen, daß jeder der Strahler 26', 26", 26'" eine Leistung von 3,2 kW hat, bei einer Zündspannung von 750 V und einer Brennspannung von 544 V.It is assumed that each of the emitters 26 ', 26 ", 26'" has an output of 3.2 kW, with an ignition voltage of 750 V and an operating voltage of 544 V.
Der Transformator 600, ein Standardtransformator (also kein Streufeldtransformator), ist für die Zündspannung ausgelegt, also für 750 V. Bei Erreichen der Brennspannung muß also an jeder Reihendrossel bei der unteren Frequenz f1 , z.B. bei 400 Hz, ein Spannungsabfall von U = 200 V auftreten.The transformer 600, a standard transformer (i.e. no stray field transformer), is designed for the ignition voltage, i.e. 750 V. When the operating voltage is reached, each series choke must have the lower frequency f1, e.g. at 400 Hz, a voltage drop of U = 200 V occurs.
Es werden folgende Werte angenommen: U = 200 VThe following values are assumed: U = 200 V
I = 6,6 A (Strom durch die Drossel bei der Brennspannung eines Strahlers 26) f = 400 Hz rechteckförmig Bmax = 0,42 T Blech: VM111-35 (genormter Blechtyp für Transformatoren und Drosseln)I = 6.6 A (current through the choke at the operating voltage of an emitter 26) f = 400 Hz rectangular Bmax = 0.42 T sheet: VM111-35 (standardized sheet type for transformers and chokes)
Es gilt U = l x ωL = l x 2πf x L ...(10)U = l x ωL = l x 2πf x L ... (10)
Daraus folgtIt follows
L = U/(l x 2πf) ...(11)L = U / (l x 2πf) ... (11)
= 200/(6,6 x 2 π x 400) = 12 mH.= 200 / (6.6 x 2 π x 400) = 12 mH.
Die Drosseln 608, 610, 612 sollten also bei diesem Beispiel jeweils eine Induktivität von 12 mH haben. 5 0The chokes 608, 610, 612 should therefore each have an inductance of 12 mH in this example. 5 0
Verwendet man einen genormten Eisenkern EI96/60 mit einem Kernquerschnitt Apθ von 18 crτ»2 = 0,0018 m2, so ergibt sich für die Drossel eine Windungszahl vonIf a standardized iron core EI96 / 60 with a core cross-section Ap θ of 18 crτ »2 = 0.0018 m2 is used, the number of turns for the choke is
N = (I x L)/(Bmax x AFθ) ...(12)N = (I x L) / (Bmax x A Fθ ) ... (12)
= (6,6 x 12 x 10-3)/(0,42 x 0,0018) = 104 Windungen.= (6.6 x 12 x 10-3) / (0.42 x 0.0018) = 104 turns.
Bei Verwendung des Eisenkerns EI96/60 mit dem angegebenen Kernquerschnitt muß man also eine Windungszahl von 104 Windungen verwenden. Verwendet wird ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von 2 mm. Der genaue Luftspalt der Drosseln 608, 610, 612 muß durch Messungen im Prüffeld ermittelt werden.When using the iron core EI96 / 60 with the specified core cross-section, a number of turns of 104 turns must be used. A copper wire with a diameter of 2 mm is used. The exact air gap of the throttles 608, 610, 612 must be determined by measurements in the test field.
Beispiel 3Example 3
Für die beispielhafte Berechnung eines Dreiphasen-Transformators 600 werden folgende Werte zugrundegelegt:The following values are used as a basis for the example calculation of a three-phase transformer 600:
Primärspannung: 400 V rechteckförmigPrimary voltage: 400 V rectangular
Primärwicklung: Dreieckschaltung (D)Primary winding: delta connection (D)
Primärstrom: 21 ,7 APrimary current: 21.7 A
Sekundärwicklung: Zickzackschaltung (z)Secondary winding: zigzag circuit (z)
Sekundärspannung zwischen zwei Phasen, z.B. u und v: 1.300 VSecondary voltage between two phases, e.g. u and v: 1,300 V
(Die Spannung zwischen dem Stempunkt 606 und einer Phase u, v oder w beträgt dann 1300/V3 = 750 V)(The voltage between the star point 606 and a phase u, v or w is then 1300 / V3 = 750 V)
Sekundärleistung 14,9 kVA (= 1300 V x 6,6 A x V3) Sekundärstrom 6,6 A Einschaltdauer 100 % Isolationsklasse F cos φ = 1 ,0Secondary power 14.9 kVA (= 1300 V x 6.6 A x V3) Secondary current 6.6 A Duty cycle 100% insulation class F cos φ = 1, 0
Bmax = 0,42 TBmax = 0.42 T
Blech 4 (Blech vom Typ V330)Sheet 4 (sheet of type V330)
Kernquerschnitt 43,7 cmCore cross section 43.7 cm
Hieraus errechnet das Programm "Craciun" folgende Daten:The "Craciun" program uses this to calculate the following data:
Primärwicklung: 124 Windungen pro Schenkel des Transformators, also hier 62 Windungen pro SpulePrimary winding: 124 turns per leg of the transformer, i.e. here 62 turns per coil
Sekundärwicklung: 272 Windungen pro Schenkel, also hier 136 Windungen pro SpuleSecondary winding: 272 turns per leg, so here 136 turns per coil
Kupfergewicht: 14,6 kg 5 1Copper weight: 14.6 kg 5 1
Eisengewicht: 32 kgIron weight: 32 kg
Auch hier ergibt sich eine starke Reduzierung von Größe und Gewicht gegenüber einemHere, too, there is a great reduction in size and weight compared to one
Transformator für 50 Hz.50 Hz transformer.
Es handelt sich im übrigen um einen normalen Drehstromtransformator, der bei 400 Hz die angegebene Leistung für die drei Strahler 26 übertragen kann, wobei die übertragene Leistung mit zunehmender Frequenz f abnimmt. Auf die entsprechende Beschreibung zu den Fig. 28 bis 37 wird verwiesen, um unnötige Längen zu vermeiden.It is also a normal three-phase transformer that can transmit the specified power for the three radiators 26 at 400 Hz, the transmitted power decreasing with increasing frequency f. Reference is made to the corresponding description for FIGS. 28 to 37 in order to avoid unnecessary lengths.
Fig. 41 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Bauform eines derartigen Drehstromtransforma- tors 600. Dieser hat einen Eisenkern 620 mit drei Schenkeln 622, 624, 626, die oben durch ein Querjoch 628 und unten durch ein Querjoch 630 verbunden sind. Unten sind Haltewinkel 632 mittels Schrauben 634 befestigt. Oben befinden sich die elektrischen Anschlüsse U, V, W für die Primärwicklung 602, die Anschlüsse u, v, w für die Sekundärwicklung 604, und der Sternpunkt 606.FIG. 41 shows an example of a design of a three-phase transformer 600 of this type. It has an iron core 620 with three legs 622, 624, 626, which are connected at the top by a cross yoke 628 and at the bottom by a cross yoke 630. Brackets 632 are attached below by means of screws 634. At the top are the electrical connections U, V, W for the primary winding 602, the connections u, v, w for the secondary winding 604, and the star point 606.
Der Schenkel 622 trägt oben und unten eine Primärspule 602a bzw. 602b, dazwischen eine Sekundärspule 604a. Der Schenkel 624 trägt oben und unten eine Primärspule 602c bzw. 602d, und dazwischen eine Sekundärspule 604b. Der Schenkel 626 trägt oben und unten eine Primärspule 602e bzw. 602f, und dazwischen eine Sekundärspule 604c. Die beiden Primärspulen 602 eines jeden Schenkels haben hier je 62 Windungen, also zusammen 124 Windungen.The leg 622 carries a primary coil 602a and 602b at the top and bottom and a secondary coil 604a in between. The leg 624 carries a primary coil 602c and 602d at the top and bottom, and a secondary coil 604b between them. The leg 626 carries a primary coil 602e and 602f at the top and bottom and a secondary coil 604c in between. The two primary coils 602 of each leg here have 62 turns each, that is a total of 124 turns.
Die Sekundärspulen 604 sind hier in Zickzackschaltung ausgeführt, d.h. jede Sekundärspule 604 besteht aus zwei separaten Wicklungen mit je 136 Windungen, die gemäß Fig. 40 geschaltet sind. Besonders bei Strahlern mit hoher Zündspannung hat sich die Zickzackschaltung als sehr vorteilhaft erwiesen, weil bei ihr ein zu starker Anstieg der Zündspannung bei dem Strahler vermieden wird, der als letzter zündet. Bei einer normalen sekundären Sternschaltung (y) kann sich bei diesem Strahler ein starker Anstieg der Zündspannung ergeben.The secondary coils 604 are implemented here in a zigzag connection, i.e. each secondary coil 604 consists of two separate windings with 136 turns each, which are connected according to FIG. 40. The zigzag circuit has proven to be very advantageous, particularly in the case of radiators with a high ignition voltage, because it avoids an excessive increase in the ignition voltage in the radiator, which ignites last. With a normal secondary star connection (y), this radiator may experience a sharp rise in the ignition voltage.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich. Die Erfindung eignet sich für alle Arten von Gasentladungslampen, findet aber bevorzugte Anwendung bei Quecksilberdampf-Entladungslampen mit ihrem hohen Energiebedarf. Naturally, numerous modifications and modifications are possible within the scope of the present invention. The invention is suitable for all types of gas discharge lamps, but finds preferred application in mercury vapor discharge lamps with their high energy requirements.

Claims

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Patentansprücheclaims
1. Verfahren zum Betreiben eines Quecksilberdampf-Entladungsstrahlers, welcher über einen Transformator alternierend mit Stromimpulsen gespeist wird, wobei zwischen aufeinanderfolgenden Stromimpulsen eine Kommutierung des Stromes stattfindet, und ein Stromimpuls, bezogen auf seinen Absolutwert, an seinem Beginn etwa nach Art einer e-Funktion rasch ansteigt und anschließend bis etwa zur nächsten Kommutierung auf einem Wert verbleibt, welcher eine Abgabe von Strahlungsleistung durch den Quecksilberdampf-Entladungsstrahler ermöglicht.1. A method for operating a mercury vapor discharge lamp, which is alternately fed with current pulses via a transformer, with commutation of the current taking place between successive current pulses, and a current pulse, based on its absolute value, at its start, roughly in the manner of an e-function increases and then remains until about the next commutation at a value which enables radiation power to be emitted by the mercury vapor discharge lamp.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei welchem sich an den raschen Anstieg ein langsamerer, im wesentlichen linearer Anstieg bis zu einem Strommaximum anschließt, welch letzteres in der Nähe der nächsten Kommutierung liegt.2. The method of claim 1, wherein the rapid increase is followed by a slower, substantially linear increase up to a current maximum, the latter being in the vicinity of the next commutation.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Kommutierung direkt auf das3. The method according to claim 2, wherein the commutation directly on the
Strommaximum folgt.Current maximum follows.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die alternierenden Stromimpulse eine Frequenz aufweisen, die höher ist als 30 Hz.4. The method according to one or more of claims 1 to 3, wherein the alternating current pulses have a frequency which is higher than 30 Hz.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die alternierenden Stromimpulse eine Frequenz im Bereich von 100 Hz oder mehr aufweisen.5. The method according to one or more of the preceding claims, wherein the alternating current pulses have a frequency in the range of 100 Hz or more.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die alternierenden Stromimpulse über einen Wechselrichter und einen Transformator aus einer Gleichstromquelle zugeführt werden, deren Spannungshöhe einstellbar ist, um den nach dem raschen Anstieg des Stromes erreichten Stromwert in dem Quecksilberdampf-Entladungsstrahler durch diese Einstellung der Spannung an der Gleichstromquelle einstellbar zu machen.6. The method according to one or more of the preceding claims, in which the alternating current pulses are supplied via an inverter and a transformer from a direct current source, the voltage level of which is adjustable by the current value reached after the rapid rise in the current in the mercury vapor discharge lamp Setting the voltage at the DC power source to make it adjustable.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die Gleichstromquelle einen Kondensator von über 100 μF aufweist, aus dem während eines 5 17. The method of claim 6, wherein the DC power source has a capacitor of over 100 uF from which during a 5 1
Eisengewicht: 32 kgIron weight: 32 kg
Auch hier ergibt sich eine starke Reduzierung von Größe und Gewicht gegenüber einemHere, too, there is a great reduction in size and weight compared to one
Transformator für 50 Hz.50 Hz transformer.
Es handelt sich im übrigen um einen normalen Drehstromtransformator, der bei 400 Hz die angegebene Leistung für die drei Strahler 26 übertragen kann, wobei die übertragene Leistung mit zunehmender Frequenz f abnimmt. Auf die entsprechende Beschreibung zu den Fig. 28 bis 37 wird verwiesen, um unnötige Längen zu vermeiden.It is also a normal three-phase transformer that can transmit the specified power for the three radiators 26 at 400 Hz, the transmitted power decreasing with increasing frequency f. Reference is made to the corresponding description for FIGS. 28 to 37 in order to avoid unnecessary lengths.
Fig. 41 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Bauform eines derartigen Drehstromtransformators 600. Dieser hat einen Eisenkern 620 mit drei Schenkeln 622, 624, 626, die oben durch ein Querjoch 628 und unten durch ein Querjoch 630 verbunden sind. Unten sind Haltewinkel 632 mittels Schrauben 634 befestigt. Oben befinden sich die elektrischen Anschlüsse U, V, W für die Primärwicklung 602, die Anschlüsse u, v, w für die Sekundärwicklung 604, und der Sternpunkt 606.FIG. 41 shows an exemplary construction of a design of such a three-phase transformer 600. This has an iron core 620 with three legs 622, 624, 626, which are connected at the top by a cross yoke 628 and at the bottom by a cross yoke 630. Brackets 632 are attached below by means of screws 634. At the top are the electrical connections U, V, W for the primary winding 602, the connections u, v, w for the secondary winding 604, and the star point 606.
Der Schenkel 622 trägt oben und unten eine Primärspule 602a bzw. 602b, dazwischen eine Sekundärspule 604a. Der Schenkel 624 trägt oben und unten eine Primärspule 602c bzw. 602d, und dazwischen eine Sekundärspule 604b. Der Schenkel 626 trägt oben und unten eine Primärspule 602e bzw. 602f, und dazwischen eine Sekundärspule 604c. Die beiden Primärspulen 602 eines jeden Schenkels haben hier je 62 Windungen, also zusammen 124 Windungen.The leg 622 carries a primary coil 602a and 602b at the top and bottom and a secondary coil 604a in between. The leg 624 carries a primary coil 602c and 602d at the top and bottom, and a secondary coil 604b between them. The leg 626 carries a primary coil 602e and 602f at the top and bottom and a secondary coil 604c in between. The two primary coils 602 of each leg here have 62 turns each, that is a total of 124 turns.
Die Sekundärspulen 604 sind hier in Zickzackschaltung ausgeführt, d.h. jede Sekundärspule 604 besteht aus zwei separaten Wicklungen mit je 136 Windungen, die gemäß Fig. 40 geschaltet sind. Besonders bei Strahlern mit hoher Zündspannung hat sich die Zickzackschaltung als sehr vorteilhaft erwiesen, weil bei ihr ein zu starker Anstieg der Zündspannung bei dem Strahler vermieden wird, der als letzter zündet. Bei einer normalen sekundären Sternschaltung (y) kann sich bei diesem Strahler ein starker Anstieg der Zündspannung ergeben.The secondary coils 604 are implemented here in a zigzag connection, i.e. each secondary coil 604 consists of two separate windings with 136 turns each, which are connected according to FIG. 40. The zigzag circuit has proven to be very advantageous, particularly in the case of radiators with a high ignition voltage, because it avoids an excessive increase in the ignition voltage in the radiator, which ignites last. With a normal secondary star connection (y), this radiator may experience a sharp rise in the ignition voltage.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich. Die Erfindung eignet sich für alle Arten von Gasentladungslampen, findet aber bevorzugte Anwendung bei Quecksilberdampf-Entladungslampen mit ihrem hohen Energiebedarf. 5 4Naturally, numerous modifications and modifications are possible within the scope of the present invention. The invention is suitable for all types of gas discharge lamps, but finds preferred application in mercury vapor discharge lamps with their high energy requirements. 5 4
Kondensatoranordnung (20, 22; 150), und mit einer über steuerbare Halbleiterschalter (32, 36; 140, 141 , 142, 143,Capacitor arrangement (20, 22; 150), and with a controllable semiconductor switch (32, 36; 140, 141, 142, 143,
144, 146) an den Gleichstrom-Zwischenkreis (18) angeschlossenen144, 146) connected to the DC link (18)
Primärwicklung (48; 448) eines Transformators (46; 46'; 46"; 446), an dessenPrimary winding (48; 448) of a transformer (46; 46 '; 46 "; 446), on its
Sekundärwicklung (52; 452) ein Quecksilberdampf-Entladungsstrahler (26) anschließbar ist, wobei die der Primärwicklung (48; 448) zugeordneten Halbleiterschalter (32,A mercury vapor discharge lamp (26) can be connected to the secondary winding (52; 452), the semiconductor switches (32,
36; 140, 141 , 142, 143, 144, 146) an eine Steueranordnung (42; 442) angeschlossen sind, welche diese Halbleiterschalter im Pulsbetrieb ansteuert.36; 140, 141, 142, 143, 144, 146) are connected to a control arrangement (42; 442) which controls these semiconductor switches in pulse mode.
16. Anordnung nach Anspruch 15, bei welcher die Steueranordnung (42; 442) für die steuerbaren Halbleiterschalter (32, 36; 140, 141 , 142, 143, 144, 146) dazu ausgebildet ist, diese Halbleiterschalter mit einer Frequenz zu kommutieren, welche höher ist als 30 Hz.16. The arrangement according to claim 15, wherein the control arrangement (42; 442) for the controllable semiconductor switches (32, 36; 140, 141, 142, 143, 144, 146) is designed to commutate these semiconductor switches with a frequency which is higher than 30 Hz.
17. Anordnung nach Anspruch 16, bei welcher die Frequenz im Bereich von 100 Hz oder mehr liegt.17. The arrangement of claim 16, wherein the frequency is in the range of 100 Hz or more.
18. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 17, bei welcher eine Steuer- oder Regelanordnung (72) zur Einstellung der von dem Quecksilberdampf-Entladungsstrahler (26) abgegebenen Leistung (L) vorgesehen ist.18. Arrangement according to one or more of claims 15 to 17, in which a control or regulating arrangement (72) is provided for setting the power (L) emitted by the mercury vapor discharge lamp (26).
19. Anordnung nach Anspruch 18, bei welcher die Steuer- oder Regelanordnung (72) über den steuerbaren Gleichrichter (12) die Spannung (U) am Gleichstrom-Zwischenkreis (18) und damit die Amplitude der der Primärwicklung (48) zugeführten, im wesentlichen rechteckförmigen Spannung (up) beeinflußt.19. The arrangement according to claim 18, wherein the control or regulating arrangement (72) via the controllable rectifier (12), the voltage (U) at the direct current intermediate circuit (18) and thus the amplitude of the primary winding (48) fed substantially rectangular voltage (up) is affected.
20. Anordnung nach Anspruch 18, bei welcher die Steuer- oder Regelanordnung (72) die effektive Spannungs-Zeit-Fläche der Halbwellen der der Primärwicklung (48; 448) zugeführten, im wesentlichen rechteckförmigen Spannung (up) beeinflußt.20. The arrangement according to claim 18, wherein the control or regulating arrangement (72) influences the effective voltage-time area of the half-waves of the substantially rectangular voltage (u p ) supplied to the primary winding (48; 448).
21. Anordnung nach Anspruch 20, welche als Pulsbreitenmodulation 5 5 ausgebildet ist.21. The arrangement according to claim 20, which as a pulse width modulation 5 5 is formed.
22. Anordnung nach Anspruch 20, welche als Blocksteuerung ausgebildet ist.22. The arrangement according to claim 20, which is designed as a block controller.
23. Anordnung nach Anspruch 20, welche als inverse Blocksteuerung ausgebildet ist.23. The arrangement according to claim 20, which is designed as an inverse block controller.
24. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 23, bei welcher die Kondensatoranordnung als Reihenschaltung von zwei im wesentlichen gleich großen Kondensatoren (20, 22) ausgebildet ist, mit deren Verbindungspunkt (24) ein Anschluß (48a) der Primärwicklung (48) des Transformators (46) verbunden ist, und der andere Anschluß (48b) dieser Primärwicklung (48) alternativ über einen ersten steuerbaren Halbleiterschalter (32) mit der positiven Seite (14) oder über einen zweiten steuerbaren Halbleiterschalter (36) mit der negativen Seite (16) des Gleichstrom-Zwischenkreises (18) verbindbar ist.24. The arrangement as claimed in one or more of claims 15 to 23, in which the capacitor arrangement is in the form of a series connection of two capacitors (20, 22) of essentially the same size, with the connection point (24) of which a connection (48a) of the primary winding (48) of the transformer (46), and the other connection (48b) of this primary winding (48) alternatively via a first controllable semiconductor switch (32) with the positive side (14) or via a second controllable semiconductor switch (36) with the negative side ( 16) of the DC intermediate circuit (18) can be connected.
25. Anordnung nach Anspruch 24, bei welcher eine Vorrichtung (Fig. 25: 308) vorgesehen ist, welche bei der Umschaltung vom ersten steuerbaren Halbleiterschalter (32) zum zweiten steuerbaren Halbleiterschalter (36), oder umgekehrt, jeweils beide Halbleiterschalter kurzzeitig sperrt.25. Arrangement according to claim 24, in which a device (Fig. 25: 308) is provided which briefly blocks both semiconductor switches when switching from the first controllable semiconductor switch (32) to the second controllable semiconductor switch (36), or vice versa.
26. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 25, bei welcher die der Primärwicklung zugeordneten Halbleiterschalter (32, 36; 140, 141 , 142, 143, 144, 146) als IGBT-Transistoren ausgebildet sind.26. The arrangement as claimed in one or more of claims 15 to 25, in which the semiconductor switches (32, 36; 140, 141, 142, 143, 144, 146) assigned to the primary winding are designed as IGBT transistors.
27. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 26, bei welcher die Kondensatoranordnung eine Kapazität von mindestens 100 μF und bevorzugt mehr als 500 μF aufweist27. The arrangement as claimed in one or more of claims 15 to 26, in which the capacitor arrangement has a capacitance of at least 100 μF and preferably more than 500 μF
28. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 27, bei welcher der Transformator als Streufeldtransformator (46; 46'; 446) ausgebildet ist.28. Arrangement according to one of claims 15 to 27, in which the transformer is designed as a stray field transformer (46; 46 '; 446).
29. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 28, bei welcher der magnetische Kreis des Transformators aus Modulelementen (160, 162, 164, 166; 622, 624, 5 629. Arrangement according to one of claims 15 to 28, in which the magnetic circuit of the transformer consists of module elements (160, 162, 164, 166; 622, 624, 5 6
626, 628, 630) aufgebaut ist.626, 628, 630) is constructed.
30. Anordnung nach Anspruch 29, bei welcher auf einem Modulelement (160; 622, 624, 626) eine Spule (178; 604a) der Sekundärwicklung des Transformators zwischen einer ersten Spule (170; 602a) der Primärwicklung und einer zweiten Spule (174; 602b) der Primärwicklung angeordnet ist, und diese Spulen jeweils einen Abstand (D1 , D2) voneinander aufweisen.30. The arrangement according to claim 29, wherein on a module element (160; 622, 624, 626) a coil (178; 604a) of the secondary winding of the transformer between a first coil (170; 602a) of the primary winding and a second coil (174; 602b) of the primary winding, and these coils are at a distance (D1, D2) from one another.
31. Anordnung nach Anspruch 30, bei welcher Streubleche (182, 188) im Bereich zwischen der ersten Spule der Primärwicklung und der Spule der Sekundärwicklung und ebenso im Bereich zwischen der zweiten Spule der Primärwicklung und der Spule der Sekundärwicklung angeordnet sind.31. The arrangement according to claim 30, in which stray plates (182, 188) are arranged in the region between the first coil of the primary winding and the coil of the secondary winding and also in the region between the second coil of the primary winding and the coil of the secondary winding.
32. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 26 bis 31 , bei welcher der magnetische Kreis des Transformators (46; 46") für eine Magnetflußdichte von 0,3 bis 0,5 Tesla ausgelegt ist.32. Arrangement according to one or more of claims 26 to 31, wherein the magnetic circuit of the transformer (46; 46 ") is designed for a magnetic flux density of 0.3 to 0.5 Tesla.
33. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 26 bis 32, bei welcher die Kurzschlußspannung (Uk) des als Streufeldtransformators (46") ausgebildeten Transformators kleiner als 65 % der Nennspannung (Un) dieses Transformators ist.33. Arrangement according to one or more of claims 26 to 32, in which the short-circuit voltage (Uk) of the transformer designed as a stray field transformer (46 ") is less than 65% of the nominal voltage (U n ) of this transformer.
34. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 33, bei welcher als Gleichrichteranordnung zum Speisen des Gleichstrom-Zwischenkreises (18) ein Schaltnetzteil vorgesehen ist.34. Arrangement according to one or more of claims 15 to 33, in which a switching power supply is provided as a rectifier arrangement for feeding the DC intermediate circuit (18).
35. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 34, bei welcher die Lampe einen Lampenfaktor (LF) im Bereich von 0,92 oder höher aufweist.35. Arrangement according to one or more of claims 15 to 34, in which the lamp has a lamp factor (LF) in the range of 0.92 or higher.
36. Anordnung nach Anspruch 35, bei welcher die Lampe einen Lampenfaktor (LF) aufweist, der größer oder gleich 0,97 ist.36. Arrangement according to claim 35, wherein the lamp has a lamp factor (LF) which is greater than or equal to 0.97.
37. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 36 mit einer Anordnung (204) zur Berechnung (Fig. 17: S234) des Lampenfaktors (LF). 5 737. Arrangement according to one or more of claims 15 to 36 with an arrangement (204) for calculating (Fig. 17: S234) the lamp factor (LF). 5 7
38. Anordnung mit mindestens einem Gasentladungsstrahler (26), mit einem am Wechselstrom- oder Drehstromnetz (RST) betreibbaren Umrichter (12, 30"; 30'") zum Erzeugen einer Frequenz, welche zwischen einem unteren Frequenzwert (f1) und einem oberen Frequenzwert (f2) veränderbar ist, und mit einem Transformator (446; 600) zum Anschluß des mindestens einen38. Arrangement with at least one gas discharge radiator (26), with a converter (12, 30 "; 30 '") which can be operated on an AC or three-phase network (RST) for generating a frequency which is between a lower frequency value (f1) and an upper frequency value (f2) is changeable, and with a transformer (446; 600) for connecting the at least one
Gasentladungsstrahiers (26; 26', 26", 26'") an den Ausgang des UmrichtersGas discharge lamp (26; 26 ', 26 ", 26'") to the output of the converter
(12, 30"; 30"'), welcher Transformator (446; 600) so ausgelegt ist, daß er im(12, 30 "; 30" '), which transformer (446; 600) is designed so that it in
Bereich des unteren Frequenzwerts (f1 ) eine Speisung des mindestens einenRange of the lower frequency value (f1) a supply of the at least one
Gasentladungsstrahiers (26) mit einer hohen Leistung und insbesondere seiner maximalen Leistung ermöglicht, und bei zunehmender Frequenz die dem Gasentladungsstrahler (26) zugeführte Leistung reduziert, um durch Verstellung der Frequenz des Umrichters (12, 30"; 30'") eineGas discharge lamp (26) with a high power and in particular its maximum power allows, and with increasing frequency, the power supplied to the gas discharge lamp (26) reduced to a by adjusting the frequency of the converter (12, 30 "; 30 '")
Verstellung der Leistung des mindestens einen Gasentladungsstrahiers (26) zu ermöglichen.To allow adjustment of the power of the at least one gas discharge lamp (26).
39. Anordnung nach Anspruch 38, bei welcher der Transformator (446) als Streufeldtransformator ausgebildet ist.39. Arrangement according to claim 38, wherein the transformer (446) is designed as a stray field transformer.
40. Anordnung nach Anspruch 38, bei welcher der Transformator als Standardtransformator (600) ausgebildet ist, und ein an seine Sekundärseite (604) angeschlossener Gasentladungsstrahler (26") mit einer Drossel (608) in Reihe geschaltet ist (Fig. 40).40. Arrangement according to claim 38, in which the transformer is designed as a standard transformer (600) and a gas discharge lamp (26 ") connected to its secondary side (604) is connected in series with a choke (608) (FIG. 40).
41. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 38 bis 40, bei welcher der Transformator (446; 600) auf einen Scheitelwert (Bmax) der Magnetflußdichte ausgelegt ist, der bei der unteren Frequenz (f 1 ) unterhalb von 0,8 T liegt.41. Arrangement according to one or more of claims 38 to 40, in which the transformer (446; 600) is designed for a peak value (Bmax) of the magnetic flux density which is below 0.8 T at the lower frequency (f 1).
42. Anordnung nach Anspruch 41 , bei welcher der Transformator (446; 600) auf einen Scheitelwert (Bmax) der Magnetflußdichte ausgelegt ist, der bei der unteren Frequenz (f 1 ) unterhalb von 0,6 T liegt.42. Arrangement according to claim 41, in which the transformer (446; 600) is designed for a peak value (Bmax) of the magnetic flux density which is below 0.6 T at the lower frequency (f 1).
43. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 38 bis 42, bei 5 8 welcher die Ausgangsspannung (up) des Umrichters (12, 30"; 30'") rechteck- oder trapezförmig ausgebildet ist.43. Arrangement according to one or more of claims 38 to 42, 5 8 which the output voltage (u p ) of the converter (12, 30 "; 30 '") is rectangular or trapezoidal.
44. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 38 bis 43, bei welcher die Ausgangsspannung (up) des Umrichters (12, 30"; 30'") sinusförmig ausgebildet ist.44. Arrangement according to one or more of claims 38 to 43, in which the output voltage (u p ) of the converter (12, 30 "; 30 '") is sinusoidal.
45. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 38 bis 44, bei welcher der Wechselrichterteil des Umrichters als Vollbrückenschaltung (30"; 30'") ausgebildet ist.45. Arrangement according to one or more of claims 38 to 44, in which the inverter part of the converter is designed as a full bridge circuit (30 "; 30 '").
46. Anordnung nach Anspruch 45, bei welcher der Wechselrichterteil als H- Brücke (30") ausgebildet ist.46. Arrangement according to claim 45, in which the inverter part is designed as an H-bridge (30 ").
47. Anordnung nach Anspruch 45, bei welcher der Wechselrichterteil als Drehstrom-Vollbrückenschaltung (30'") ausgebildet ist.47. Arrangement according to claim 45, in which the inverter part is designed as a three-phase full-bridge circuit (30 '").
48. Anordnung nach Anspruch 47, bei welcher die Ausgangsspannung der Drehstrom-Vollbrückenschaltung (30"') der Primärwicklung (602) eines Drehstromtransformators (600) zugeführt wird, an dessen Sekundärwicklung (604) eine Mehrzahl von Gasentladungsstrahlern (26', 26", 26"') anschließbar ist.48. Arrangement according to claim 47, in which the output voltage of the three-phase full-bridge circuit (30 "') is fed to the primary winding (602) of a three-phase transformer (600), on the secondary winding (604) of which a plurality of gas discharge lamps (26', 26", 26 "') can be connected.
49. Anordnung nach Anspruch 48, bei welcher die Gasentladungsstrahler (26', 26", 26'") jeweils in Serie mit einer Reihendrossel (608, 610, 612) an eine zugeordnete Phase (u, v, w) der Sekundärwicklung (604) angeschlossen sind.49. Arrangement according to claim 48, wherein the gas discharge lamps (26 ', 26 ", 26'") each in series with a series choke (608, 610, 612) to an assigned phase (u, v, w) of the secondary winding (604 ) are connected.
50. Anordnung nach Anspruch 48 oder 49, bei welcher die Sekundärwicklung (604) in Sternschaltung (y), in Dreieckschaltung (d) oder in Zickzackschaltung (z) ausgeführt ist, und die Gasentladungsstrahler (26', 26", 26"') jeweils in Serie mit einer Reihendrossel (608, 610, 612) zwischen einem Sternpunkt (606) der Sekundärwicklung (604) und einer zugeordneten Phase (u, v, w) der Sekundärwicklung (604) anschließbar sind. 5 950. Arrangement according to claim 48 or 49, in which the secondary winding (604) in star connection (y), in delta connection (d) or in zigzag connection (z) is carried out, and the gas discharge lamps (26 ', 26 ", 26"') each in series with a series choke (608, 610, 612) between a star point (606) of the secondary winding (604) and an associated phase (u, v, w) of the secondary winding (604) can be connected. 5 9
51. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 38 bis 50, bei welcher die dem Transformator (446; 600) zugeführte Primärspannung (up) im Bereich zwischen unterem Frequenzwert (f 1 ) und oberem Frequenzwert (f2) im wesentlichen unverändert gehalten wird.51. Arrangement according to one or more of claims 38 to 50, in which the primary voltage (u p ) supplied to the transformer (446; 600) is kept essentially unchanged in the range between the lower frequency value (f 1) and the upper frequency value (f2).
52. Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 38 bis 51 , bei welcher der mindestens eine Gasentladungsstrahler als Quecksilberdampf- Entladungsstrahler (26; 26', 26", 26'") ausgebildet ist.52. Arrangement according to one or more of claims 38 to 51, wherein the at least one gas discharge lamp is designed as a mercury vapor discharge lamp (26; 26 ', 26 ", 26'").
53. Anordnung nach Anspruch 52, bei welcher das Quecksilber im Quecksilberdampf-Entladungsstrahler mit mindestens einem anderen Element dotiert ist. 53. Arrangement according to claim 52, in which the mercury in the mercury vapor discharge lamp is doped with at least one other element.
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