DE1149111B

DE1149111B - Schaltungsanordnung zum Betrieb von Entladungslampen an einer Gleichspannungsquelle ueber Wechselrichter

Info

Publication number: DE1149111B
Application number: DEB50519A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Carl Heinz Sturm; Willi Weber
Original assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; Brown Boveri und Cie AG Germany
Current assignee: BBC BROWN BOVERI and CIE; BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1958-09-27
Filing date: 1958-09-27
Publication date: 1963-05-22

Description

Schaltungsanordnung zum Betrieb von Entladungslampen an einer Gleichspannungsquelle über Wechselrichte: Entladungslampen werden aus gewissen Gründen vorzugsweise mit Wechselstrom betrieben. Auf einigen wichtigen Anwendungsgebieten, beispielsweise der Beleuchtung von Eisenbahnwagen, steht als Stromquelle nur eine Akkumulatorenbatterie von vorwiegend niederer Gleichspannung zur Verfügung. Dies macht die Verwendung eines Wechselrichters mit angeschlossenem Transformator notwendig. Zur Gewährleistung eines stabilen Betriebes benötigen Entladungslampen außerdem Strombegrenzungseinrichtungen. Hierfür werden aus Gründen der Energieersparnis fast ausschließlich Blindwiderstände, vorwiegend Drosseln, verwendet. Es eignen sich aber auch ohmsche Widerstände oder Widerstände mit nichtlinearer Charakteristik.
Bei den bekanntgewordenen Anordnungen zum Betrieb von Entladungslampen von Gleichspannungsquellen werden die notwendigen Strombegrenzungseinrichtungen den Entladungslampen unmittelbar vorgeschaltet, oder der zum Wechselrichter gehörige Transformator wird als Streutransformator mit großem Innenwiderstand ausgeführt. Diese Anordnungen besitzen den Nachteil, daß der Wechselrichter, der ein Quecksilberstrahlunterbrecher, eine Schwingkontaktanordnung oder eine Transistorschaltung sein kann, nicht nur für die Lampenleistung, sondern auch für die Blind- oder Wirkleistung der Strombegrenzungseinrichtung zu bemessen ist, wodurch höhere Eigenverluste entstehen. Außerdem wird durch diese Einrichtungen der Scheitelfaktor des Lampenstromes oft sehr groß, was sich nachteilig auf die Lampenlebensdauer und Lichtausbeute auswirkt.
Es ist weiterhin eine Anordnung zur Strombegrenzung von Leuchtstofflampen vorgeschlagen worden, bei der in einem besonderen Strombegrenzungskreis ein Transistor vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der Netzspannung über ein Potentiometer und über einen weiteren Regeltransistor auf Konstanz der Kollektor-Emitterspannung geregelt wird. Diese Anordnung erfordert zusätzliche Steuerorgane und weitere Hilfstransformatoren zur Mittelpunktbildung und für die Heizung. Schließlich sind auch mehrere Gleichrichter erforderlich, so daß der Gesamtaufwand beträchtlich ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von aus einer Gleichspannungsquelle über Wechselrichter gespeisten Entladungslampen, bei der die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors zur Begrenzung des Lampenstroms dient, und besteht darin, daß der den Lampenstrom begrenzende Transistor zwischen der Gleichspannungsquelle und dem Wechselrichter angeordnet und so geschaltet ist, daß sein Basisstrom praktisch konstant gehalten oder Schwankungen des Lampenstromes entgegenwirkend gesteuert wird.
Im Blockschaltbild der Abb. 1 ist die grundsätzliche Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe dargestellt, während in den Abb.2 bis 5 Ausführungsbeispiele der Erfindung angegeben sind.
In Abb. 1 bedeutet 1 die speisende Gleichspannungsquelle, 2 die Strombegrenzungseinrichtung, 3 den Wechselrichter einschließlich Transformator und 4 die Entladungslampe. Es ist zu erkennen, daß die Strombegrenzungseinrichtung 2 in bezug auf die Energieflußrichtung vor dem Wechselrichter 3 angeordnet ist.
Abb.2 zeigt ein Schaltungsbeispiel, bei dem im Sinne der Erfindung ein Transistor 5 als strombegrenzendes Mittel verwendet ist. Die Emitter-Kollektor-Strecke ist im Zuge der Verbindungsleitung zwischen Gleichspannungsquelle und Wechselrichter und die EmitteI-Basis-Strecke über einen Widerstand 6 parallel zur Stromquelle geschaltet. Der Transistor 5 besitzt die Eigenschaft, daß sein Kollektorstrom durch den Basisstrom bestimmt wird und nahezu unabhängig ist von der Größe der Emitter-Kollektor-Spannung bzw. der Kollektor-Basis-Spannung. Da andererseits die Emitter-Basis-Spannung sehr klein ist, liegt die gesamte Speisegleichspannung am Widerstand 6. Der Widerstand 6 bestimmt damit allein die Größe des Basisstromes. Virtuelle Schwankungen des Lampenstromes äußern sich in erheblichen Spannungsschwankungen an der vorgeschalteten Emitter-Kollektor-Strecke, was der Stromschwankung der Lampe sofort entgegenwirkt.
Eine weitgehende Stromentlastung des Transistors 5 mittels des Widerstandes 10 erzielt die Anordnung nach Abb. 3. Die Größe des Basisstromes wird von einer Differenzspannung bestimmt, die aus den Spannungsabfällen der Widerstände 7 und 9 abgeleitet wird. Der Widerstand 9 erzeugt einen dem Lampenstrom proportionalen Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall wirkt der am Widerstand 7 des Spannungsteilers 7/8 abgegriffenen Spannung entgegen und verursacht eine zum Lampenstrom gegenläufige Änderung des Basisstromes. Da letzterer wiederum den Kollektorstrom und damit den Lampenstrom bestimmt, ist eine äußerst wirksame Unterdrückung aller Stromschwankungen gewährleistet, obwohl nur ein Teil des gesamten Laststromes über den Transistor geleitet wird.
Wie schon erwähnt, ist es wichtig, daß in Schaltung nach Abb. 2 der Basisstrom des Transistors 5 konstant bleibt, was durch direkte Speisung des Emitter-Basis-Kreises z. B. über einen Halbleiterwiderstand mit Konstantstromeigenschaften aus der Gleichspannungsquelle ermöglicht werden kann. Diese bedingt aber einen unerwünschten Energieverlust, hervorgerufen durch die im Vergleich zur Basis-Emitter-Spannung hohe Speisespannung. Man kann nun mit geringen Verlusten auskommen, wenn man wie bei der Erfindung von der Tatsache Gebrauch macht, daß sich die konstante Brennspannung der Entladungslampe auch auf den Ausgangstransformator des Wechselrichters überträgt. In Abb. 4 ist mit 11 eine Zusatzwicklung des Wechselrichtertransformators bezeichnet, die ebenfalls eine konstante Wechselspannung führt. Nach Zwischenschaltung der Gleichrichter 12 und 12a kann diese Zusatzwicklung zur Lieferung des Basisstromes herangezogen werden. Ein. weiterer Widerstand 6 vermindert den Einfluß der veränderlichen Spannung an der Emitter-Basis-Strecke.
Abb. 5 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, die sich aus den Anordnungen nach Abb. 3 und Abb. 4 dadurch ergibt, daß in der Anordnung nach Abb. 3 die an dem Widerstand 7 gebildete Teilspannung mittels der Zusatzwicklung 11 und durch die beiden Gleichrichter 12 und 12a erzeugt wird. Außerdem entfällt der der Basis vorgeschaltete Widerstand 6 in der Anordnung nach Abb. 4.
Der Vorteil der Erfindung liegt in erster Linie darin, daß der Wechselrichter leistungsmäßig nur noch für die reine Lampenleistung zu bemessen ist, während die in den Strombegrenzungseinrichtungen umgesetzte Leistung nicht mehr berücksichtigt werden braucht. Die kleinere Typenleistung des Wechselrichters bedingt auch kleinere Verluste und damit einen besseren Gesamtwirkungsgrad.
Ferner haben bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung Strombegrenzungsanordnungen neben ihrer außerordentlichen Wirksamkeit noch den weiteren Vorzug, die rechteckigen Wechselspannungskurven, die durch das schnelle Umschalten der Schalttransistoren des Wechselrichters erhalten werden, nicht zu verändern. Dadurch ergeben sich Scheitelfaktoren, die nur wenig über Eins liegen und die wegen der sehr kurzen Dunkelpausen einen hohen Wirkungsgrad der Entladungslampe erreichen lassen. Es wurde bereits erwähnt, daß dadurch auch die Lebensdauer der Lampen günstig beeinflußt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Schaltungsanordnung zum Betrieb von aus einer Gleichspannungsquelle über Wechselrichter gespeisten Entladungslampen, bei der die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors zur Begrenzung des Lampenstromes dient, dadurch gekennzeichnet, daß der den Lampenstrom begrenzende Transistor (5) zwischen der Gleichspannungsquelle und dem Wechselrichter angeordnet und so geschaltet ist, daß sein Basisstrom praktisch konstant gehalten oder Schwankungen des Lampenstromes entgegenwirkend gesteuert wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Basis-Strecke des mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in einer Zuleitung von der Gleichspannungsquelle zum Wechselrichter liegenden Transistors über einen die Größe des Basisstromes bestimmenden Widerstand (6) parallel zur Gleichspannungsquelle geschaltet ist (Abb. 2 und 3).
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung für die Emitter-Basis-Strecke einem von zwei Widerständen (7, 8) gebildeten und parallel zur Gleichspannungsquelle liegenden Spannungsteiler entnommen wird, wobei ein weiterer Widerstand (9) im Emitter-Basis-Kreis so eingeschaltet ist, daß er gleichzeitig vom Eingangsstrom des Wechselrichters durchflossen wird und ein anderer Widerstand (10) als Nebenschluß zur Emitter-Kollektor-Strecke dient (Abb. 3).
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung für die Emitter-Basis-Strecke über zwei Gleichrichter (12, 12a) von einer Zusatzwicklung (11) des Wechselrichtertransformators geliefert wird, wobei die Basis über einen Widerstand (6) mit der Mittelpunktzapfung der Zusatzwicklung (11) verbunden ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors durch einen Widerstand (10) nebengeschlossen ist und ein weiterer Widerstand (9) im Emitter-Basis-Kreis dem Emitter vorgeschaltet ist, der gleichzeitig vom Wechselrichtereingangsstrom durchflossen wird (Abb.5). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 842 594; deutsche Auslegeschrift Nr. 1. 011482; deutsche Patentanmeldung B 3065 VIII / 21 g (bekanntgemacht am 3.7.1952); schweizerische Patentschrift Nr. 290 443; französische Patentschrift Nr. 794 903; Zeitschrift »Illuminating Engineering«, 1957, August, S. 397 bis 399, und 1950, April, S. 235 bis 238. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 106l438.