DE3723971A1 - Stromversorgungsschaltung fuer eine gasentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungsschaltung für eine an einer Wechselstromquelle betriebene Gasentladungslampe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Stromversorgungsschaltungen dieser Art sind allgemein bekannt.

Gasentladungslampen zeigen eine Nichtlinearität zwischen dem Entladungsstrom (Lampenstrom) und der Lampenspannung. Die Lampenspannung ist eine der Lampe eigentümliche Größe und in einem weiten Bereich vom Lampenstrom unabhängig. Dabei zeigt sich jedoch, daß bei Lampen kleiner Leistung mit zunehmender Stromstärke die Spannung etwas abnimmt. Dies macht den Einsatz von Strombegrenzungsmaßnahmen zum Schutz der Lampe gegen Zerstörung notwendig. Bei Lampen großer Leistung nimmt die Lampenspannung mit steigendem Lampenstrom geringfügig zu. Kleine Änderungen der Versorgungsspannung haben daher große Stromänderungen zur Folge, so daß in diesem Falle strombegrenzende Maßnahmen zur Stabilisierung ebenfalls notwendig sind.

Solche strombegrenzenden, in sogenannten Vorschaltgeräten realisierten Maßnahmen bestehen bei aus dem Wechselstromnetz gespeisten Gasentladungslampen zumeist im wesentlichen aus einer Strombegrenzungsdrossel, die in Serie mit der Lampe geschaltet ist und einen Spannungsabfall erzeugt, der etwa ein Drittel bis zu Hälfte der Netzspannung betragen sollte. Da die Lampe als annähernd ohm′sche Last wirkt, ist dieser Spannungsabfall gegenüber der Lampenspannung um etwa 90° phasenverschoben.

Wenn der Lichtstrom einer Gasentladungslampe einstellbar sein soll, kommt hierfür eine Variation der Versorgungsspannung nur wenig in Betracht, weil bei optimiertem Lampen­ stromkreis diese nur einen sehr begrenzten Einfluß auf den Lichtstrom hat. Auch setzt die Forderung, daß die Momentan- Versorgungsspannung größer als die Lampenbrennspannung sein muß, um ein Erlöschen der Lampe zu vermeiden, Grenzen für die Regelbarkeit. Die Regelung wird daher in der Praxis im Vorschaltgerät selbst vorgenommen. Stufenlose Lampenstromregelungen im Teillastbereich werden mit Hilfe von Phasenschnittschaltungen oder mit Transduktoren realisiert, das Vorschaltgerät muß daher von vornherein entsprechend gestaltet sein. Im Hochlastbereich greift man zu Parallel- oder Serienschaltungen von Strombegrenzungsdrosseln, was eine Regelung nur in relativ groben Stufen ermöglicht, wenn der Aufwand nicht zu groß werden soll. Speziell zu Phasenschnittsteuerungen sei angemerkt, daß diese ein breites Oberwellenspektrum erzeugen, was für die Lampe unerwünscht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungsschaltung der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die Leistungsaufnahme einer Gasentladungslampe in einem weiten Bereich, dessen Grenzen in einem Verhältnis bis zu etwa 3 : 1 zueinander stehen, eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung erweitert die bekannte Stromversorgungsschaltung somit um drei zusätzliche Bauelemente, nämlich einen Regeltransformator, einen Kondensator und eine Hilfsdrossel, wobei die Hilfsdrossel für eine im Vergleich zur Strombegrenzungsdrossel kleine Leistung ausgelegt werden kann und auch der Regeltransformator nur für eine entspre­ chend kleine Leistung ausgelegt zu sein braucht entsprechend dem aus der Hilfsdrossel und dem Kondensator bestehenden Hilfsstromkreis. Der Regeltransformator kann von handelsüblicher Bauart sein, der an die Versorgungsnetzspannung angepaßt ist.

Der im Hilfsstromkreis, d. h. im Hilfszweig fließende Strom ist nur abhängig von der Spannung am Hilfsstromkreis, d. h. in der Minimumstellung des Transformatorabgriffs von der Lampenspannung und in der Maximumstellung von der Spannung über der Strombegrenzungsdrossel. Je nachdem, ob die Lampenspannung oder die Spannung über der Strombegrenzungsdrossel größer ist, wird auch der im Hilfszweig fließende Strom in der Minimum- oder Maximumstellung größer oder kleiner sein. Werden die Strom- und Spannungsnennwerte der Hilfsdrossel erreicht, ist der Hilfszweig optimal dimensioniert. Man kann daher nicht beliebige Kapazitätswerte wählen; sind sie zu hoch, wird die Hilfsdrossel überlastet. Ihr Maximalwert ist durch die Größe der Hilfsdrossel bestimmt.

Der Regelbereich ergibt sich aus der Scheinleistung im Hilfszweig, die durch die Vektorsumme der Scheinleistungen von Kondensator und Hilfsdrossel ist.

Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, daß die genannten zusätzlichen Bauelemente zu einem bestehenden Vorschaltgerät einer Gasentladungslampe nachträglich hinzugefügt werden können, ohne daß in dem Vorschaltgerät irgendwelche Bauelemente auszutauschen wären oder Leitungsverbindungen geöffnet werden müßten. Es ist daher möglich, die von der Erfindung verkörperte Regelschaltung mit einer einfachen, im Grenzfall nur dreipoligen (unter Einschluß eines Masse­ verbindungsleiters vierpoligen) Steckverbindung nachträglich an das bestehende Vorschaltgerät anzuschließen oder auch von diesem wieder zu trennen, ohne dessen übliche Funktionstüchtigkeit zu beeinträchtigen.

Da in der "Maximum"-Stellung des Abgriffs am Regeltransformator an der Lampe eine Spannung wirksam ist, die höher als die übliche, von der Strombegrenzungsdrossel abgegebene Spannung ist, wird in vorteilhafter Weise die Gesamtanordnung zündwilliger. Ein sogenannter Step-up-Transformator, der bei höheren Lampenspannungen häufig erforderlich ist, läßt sich durch den Einsatz der Erfindung daher unter Umständen vermeiden. Im Grenzfall, wenn auf eine Regelung der Lampenleistung verzichtet werden kann, besteht ein solcher Ersatz für einen Step-up-Transformator nur aus der Hilfsdrossel und dem Kondensator des Hilfszweiges, wie später noch erläutert wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Sinuscharakter des durch die Lampe fließenden Stroms noch verbessert wird, was bekanntermaßen lampenschonend ist.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine Gasentladungslampe (Lp) 1, die mit einer Strombegrenzungsdrossel 2 in Serie an ein Wechsel­ stromversorgungsnetz angeschaltet ist, dessen Pole mit P und N bezeichnet sind. Zwischen der Strombegrenzungsdrossel 2 und der Lampe 1 kann ggf. in bekannter Weise ein Zündgerät (ZG) 3 angeordnet sein, das über einen Zündschalter 4 mit dem anderen Pol N des Stromnetzes verbunden ist. Die Strombegrenzungsdrossel ist üblicherweise unter Berück­ sichtigung der Lampenspannung, der Netzspannung und der Lampenleistung dimensioniert, so daß sich spezielle Ausführungen hierzu an dieser Stelle erübrigen.

Parallel mit den Eingängen der vorbeschriebenen Lampenschaltung, die mit den Polen P und N des Stromnetzes verbunden sind, ist ein Regeltransformator 5 verbunden, der einen beweglichen Abgriff 6 hat, an den eine Reihenschaltung aus einem Kondensator 7 und einer Hilfsdrossel 8 angeschaltet ist. Das andere Ende dieser Reihenschaltung ist mit dem Verbindungspunkt 9 zwischen Lampe 1 und Strombegrenzungsdrossel 2 (bzw. bei zwischengeschaltetem Zündgerät zwischen Drossel 2 und Zündgerät 3) verbunden.

Die Kapazität und die Induktivität von Kondensator 7 und Hilfsdrossel 8 sind aufeinander so abgestimmt, daß die Reaktanz des Kondensators 7 etwa 1,3- bis 2,6mal so groß ist, wie die der Hilfsdrossel 8. Das Verhältnis dieser Reaktanzen zueinander hat einen merklichen Einfluß auf die Größe des Regelbereiches, der mit der durch die Erfindung verkörperten Regelschaltung erzielbar ist. Hierauf wird später noch eingegangen.

In bezug auf die Strombegrenzungsdrossel 2 ist die Hilfsdrossel 8 derart dimensioniert, daß ihre Reaktanz etwa das 2- bis 5fache von der Strombegrenzungsdrossel 2 beträgt. Die kleineren Reaktanzen erfordern höhere Kondensatorwerte, um vergleichbare Regelbereichsbreiten zu erzielen.

Nachfolgend werden mit der Erfindung erzielte Versuchsergebnisse tabellarisch zusammengefaßt.

Mit einer Quecksilberdampf-Hochdrucklampe einer Leistung von 400 W, einer sogenannten 400-Watt-Strombegrenzungs­ drossel einer Reaktanz von etwa 44 Ω bei 50 Hz Netzfrequenz und einer sogenannten 250-W-Hilfsdrossel einer Reaktanz von etwa 90 Ω bzw., in einer zweiten Versuchsreihe, einer Reaktanz von etwa 225 Ω, wurden unter Verwendung von Kondensatoren unterschiedlicher Größen im Hilfszweig Messungen ausgeführt. Die Netzspannung betrug in allen Fällen 230 V. Es wurden dabei jeweils in der Minimumstellung und in der Maximumstellung des Abgriffs 6 am Regeltransformator 5 u. a. die Lampenspannung und der Lampenstrom sowie der relative Lichtstrom gemessen und die Lampenleistung errechnet. Im Vergleich dazu wurde eine Messung ohne Regeltransformator und ohne Hilfszweig durchgeführt. Die erhaltenen Werte sind in der nachfolgenden Tabelle aufgetragen.

In dieser Tabelle bedeuten:

U L
= Spannung an der Lampe 1,
I L	= Lampenstrom
N L	= errechnete Lampenleistung
E	= relativer Lichtstrom in Skalenteilen (Skt) einer linearen Skala

Man kann aus der Tabelle entnehmen, daß die Lampenleistung um mehr als den Faktor 2 variierbar ist, wobei die Breite des Variationsbereiches maßgeblich von der Größe des Kondensators 7 im Verhältnis zur Reaktanz der Hilfsdrossel 8 abhängt. Mit wachsender Kapazität nimmt der erzielbare Variationsbereich zu, wobei sich zeigt, daß zur Erzielung des genannten Faktors 2 die Reaktanz des Kondensators 7 das 1,5fache von der der Hilfsdrossel 8 nicht überschreiten sollte.

Man erkennt aus der Tabelle auch, daß in Maximum-Stellung des Abgriffs am Regeltransformator, in welcher der Abgriff auf dem Potential des N-Poles des Stromnetzes liegt und der Regeltransformator daher für den Hilfszweig unwirksam ist, in allen Fällen eine höhere Lampenleistung als bei Verzicht auf die von der Erfindung verkörperte Regelschaltung erreicht wird, wie das Vergleichsbeispiel am Ende der Tabelle zeigt. Wenn auf den Regeltransformator und somit auf die Regelbarkeit der Lampenleistung verzichtet wird, ist es daher mit Hilfe des dann verbliebenen Teilmerkmals der Erfindung, nämlich der Serienschaltung aus Kondensator und Hilfsdrossel im Hilfszweig, noch immer möglich, eine Steigerung der Lampenleistung ohne Verwendung eines Step-up-Transformators bzw. ohne Änderung an der Strombegrenzungsdrossel zu erzielen.

Es versteht sich, daß unter Zuhilfenahme einer Servoeinrich­ tung der Erfindung auch dazu verwendet werden kann, Schwankungen der Lampenleistung, die durch äußere Einflüsse hervorgerufen werden könnten, oder einen Lichtstromrückgang, der durch Lampenhalterung bedingt ist, ausgeregelt werden können.

Claims (3)

1. Stromversorgungsschaltung für einen an einer Wechselstromquelle betriebenen Gasentladungslampe, enthaltend eine Strombegrenzungsdrossel, deren eines (erstes) Ende mit dem einen (ersten) Anschluß der Gasentladungslampe verbunden ist, während ihr anderes (zweites) Ende und der andere (zweite) Anschluß der Gasentladungslampe zur Verbindung mit den Polen der Wechselstromquelle bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Serienschaltung aus Strombegrenzungsdrossel (2) und Gasentladungslampe (1) ein Regeltransformator (5) parallelgeschaltet ist, dessen Abgriff (6) über eine Reihenschaltung aus einem Kondensator (7) und einer Hilfsdrossel (8) mit dem Verbindungspunkt (9) von Strombegrenzungsdrossel (2) und Gasentladungslampe (1) verbunden ist und daß die Reaktanz des Kondensators (7) etwa das 1,3- bis 2,5-fache der Reaktanz der Hilfsdrossel (8) beträgt.

2. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanz der Hilfsdrossel (8) etwa 1,5- bis 5mal so groß wie die Reaktanz der Strombegrenzungsdrossel (2) ist.

3. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriff (6) des Regeltransformators (5) zwischen Maximal- und Minimalstellungen verstellbar ist, in denen er sich auf dem Potential des zweiten Anschlusses (N) der Gasentladungslampe (1) bzw. auf dem Potential des zweiten Anschlusses (P) der Strombegrenzungsdrossel (2) befindet.