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Anordnung zur Steuerung von Xenonlampen Die Erfindung betrifft eine
Anordnung zur Steuerung von Xenonlampen mit einem steuerbaren Stromversorgungsteil,
bei der der Strom für eine Erregerwicklung eines Steuerelements für den Lampenstrom
parallel von der Xenonlampe abgenommen wird.
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Xenonlampen benötigen bekanntlich Stromquellen mit hoher Leerlaufspannung,
die zum sicheren Zünden der Lampe etwa den drei- bis vierfachen Wert der Brennspannung
haben müssen. Die erforderliche fallende Strom-Spannungs-Charakteristik kann durch
ohmsche Vorwiderstände oder bei Verwendung von Gleichrichtern im Stromversorgungsteil
mit induktiven Widerständen in Form von Drosselspulen im Primär- oder Sekundärkreis
des Gleichrichtertransformators erreicht werden. Zur genauen Einstellung des Lampenstromes
ist es dabei üblich, die Drosselspulen mit Anzapfungen zu versehen, die durch einen
Stufenschalter abgegriffen werden können. Ferner besteht die Möglichkeit, den Lampenstrom
durch Veränderung des Luftspaltes im Drosseleisen zu variieren.
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Gleichrichter-Vorschaltgeräte dieser Art arbeiten jedoch nur befriedigend,
wenn die Netzspannung konstant bleibt. Bei Netzspannungsschwankungen ergeben sich
unter Umständen große Verschiebungen der Strom-Spannungs-Kennlinie, so daß sich
der Lampenstrom in weiten Grenzen ändert und unter Umständen die für die Xenonlampe
zulässige Grenze überschreitet. Für einen längeren Dauerbetrieb von Xenonlampen
an Industrienetzen ist es deshalb dringend erforderlich, den vom Gleichrichter-Vorschaltgerät
abgegebenen Strom kontinuierlich zu steuern. Für eine Steuerung eignen sich am besten
gleichstromvormagnetisierte Drosseln, die jedoch den Nachteil einer flachen Kennlinie
haben. Deshalb ist es besser, eine steile Konstantstromkennlinie, wie sie stromsteuernde
Tranduktoren ergeben, zu verwenden. Die Konstantstromkennlinie ergibt einen steil
einsetzenden Schnittpunkt der Gleichrichterkennlinie mit der Brennspannungskennlinie.
Da der Ausgangsstrom des Stromversorgungsteils dem Erregerstrom des Steuerelements
direkt proportional ist, bleibt bei der Konstantstromkennlinie der Xenonlampenstrom
auch bei Netzspannungsschwankungen konstant, wenn dafür gesorgt wird, daß der Erregerstrom
sich bei Netzspannungsschwankungen nicht ändert.
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Es sind Gleichrichterschaltungen für Xenonlampen bekannt, bei denen
die Steuerung des Xenonlampenstroms durch stromsteuernde Transduktoren erfolgt und
die Erregerspannung für die Steuerung der Transduktoren durch einen magnetischen
Spannungskonstanthalter stabilisiert wird. Diese Anordnung hat jedoch immer noch
den Nachteil, daß die Erwärmung der Erregerwicklung eine Veränderung des Erregerstromes
bewirkt und daß äquivalent dazu sich der Xenonlampenstrom mit der Erwärmung des
Gleichrichters verändert, d. h. die Stromstärke zurückgeht.
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Ferner ist eine Anordnung zur Steuerung von Xenonlampen mit einem
steuerbaren Stromversorgungsteil mit zwei getrennten Steuerkreisen bekannt, von
denen einer von einem konstant einstellbaren Sollstrom abhängig ist. Ein verwendeter
Primärtransduktor arbeitet in Sättigungsschaltung, die keine Proportionalität zuläßt.
Der Zweck dieser bekannten Ausführung ist auf eine Zünderleichterung unter Ausnutzung
einer stärkeren Aufmagnetisierung auf Grund eines höheren Stromes beim Zünden der
Lampen gerichtet.
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Eine andere bekannte Anordnung zur Steuerung von Entladungslampen
arbeitet mit kapazitiven Vorschaltgeräten. Dabei ist eine zusätzliche Induktivität
vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Spannung an der Entladungslampe gesteuert
wird. Die Gesamtimpedanz soll während der Anlaufzeit verkleinert werden, wobei mit
der Erwärmung des Entladungsgefäßes und ansteigender Spannung die Gesamtimpedanz
durch eine vergrößerte Gleichstromerregung des Transduktors verringert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerung direkt unter
weitgehender Vermeidung zusätzlicher Mittel durchzuführen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Erregerwicklung eine von der Erwärmung abhängige Widerstandscharakteristik
hat, deren wärmebedingte Widerstandszunahme der Brennspannungszunahme bei der Erwärmung
der Lampe bei ihrem Einbrennen proportional ist. Dadurch wird die beabsichtigte
Steuerung mit relativ einfachen Mitteln und erheblicher Genauigkeit erreicht.
Wenn
die Erregerwicklung des Steuerelements so ausgelegt wird, daß als Steuerspannung
die Brennspannung der Xenonlampe verwendet wird, kann ein (getrennter) Hilfsgleichrichter
für die Erregung mit einem erforderlichen Spannungskonstanthalter entfallen. Weiterhin
wird dabei der Nachteil vermieden, daß eine Erwärmung der Erregerwicklung den Xenonlampenstrom
maßgeblich beeinflußt. Das hängt damit zusammen, daß die Brennspannung der Xenonlampe
beim Zünden etwa 14% niedriger ist als im endgültigen Betriebszustand nach dem Einbrennen.
Mit anderen Worten: Die Brennspannung der Xenonlampe steigt mit der Erwärmung bis
zum endgültigen Betriebszustand um etwa 14% an. Wird die Erregerwicklung dieser
Charakteristik angepaßt, dann bleibt der nach dem Zünden der Lampe eingestellte
Lampenstrom konstant, wenn die Erregerwicklung die gleiche Erwärmungszeitkonstante
wie die Xenonlampe aufweist. Sinngemäß kann natürlich auch eine steigende Charakteristik
erreicht werden, wenn die Erregerwicklung eine entsprechend abweichende Erwärmungscharakteristik
besitzt. Für diesen Fall ergibt sich die Möglichkeit, eine im Bereich von 1- bis
14,%ige Steigerung des Lampenstromes nach der Zündung der Xenonlampe zu erzielen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist für die Konstanthaltung
des Xenonlampenstromes eine zusätzliche Reglereinheit für den Strom der Erregerwicklung
vorgesehen, deren Sollwert die von der Xenonlampe abgenommene und stabilisierte
Spannung ist. Dadurch wird unmittelbar die an der Xenonlampe herrschende Spannung
eingeführt und ein Soll-und Istwertvergleich durchgeführt, wodurch eine erste Stabilisierungsstufe
in der Anordnung geschaffen wird. Vorteilhaft besteht die Reglereinheit aus einem
Transistor mit Konstantstromcharakteristik, und die von der Xenonlampe abgegriffene
Sollwertspannung wird zusätzlich durch eine Zenerdiode in einer zweiten Stufe stabilisiert.
Diese zweite Stabilisierungsstufe für den Sollwert des Transistors führt zu einer
Verbesserung der Regelgenauigkeit. Dabei ist es wesentlich, daß der Sollwert als
besonders stabilisierte Ausgangsspannung von der Xenonlampe zugeführt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Erregerstromkreis
für die Einstellung des Lampenstromes durch ein Relais zuschaltbar, das im Lampenstromkreis
angeordnet und vom Lampenstrom durchflossen ist und erst nach dem Zünden der Xenonlampe
zugeschaltet wird.
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Diese Ausführung berücksichtigt, daß die Brennspannung der Xenonlampe
beim Zünden etwa 14% niedriger als die eigentliche Brennspannung ist.
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Als Speisestromquelle für die Lampe ist bevorzugt ein Stromrichter
mit stromsteuerndem Transduktor vorgesehen. Es versteht sich, daß als Speisestromquelle
für die Lampe auch ein Gleichstromgenerator verwendbar ist, dessen Erregerwicklung
zugleich die Einrichtung zum Steuern des Lampenstromes darstellt.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von vorteilhaften Ausführungsbeispielen
erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigt A b b. 1 eine
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, A b b. 2 ein Kennlinien-Schaubild, in dem
die Lage der Brennspannung der Xenonlampe in einer Kennliniengruppe einer erfindungsgemäßen
Anordnung angegeben ist, A b b. 3 eine Schaltungsanordnung für eine weiter ausgestaltete
Ausführungsform der Erfindung mit einer Regeleinheit, die einen Soll- und Istwertvergleich
durchführt.
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In A b b. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Gleichrichterschaltung
zum Betrieb einer Xenonlampe gezeigt. Für die Stromversorgung steht ein Wechsel-oder
Drehstromnetz 1 zur Verfügung. Der Transformator 2 ist für die erforderliche
Zündspannung der Xenonlampe ausgelegt. Der stromsteuernde Transduktor 3 gibt dem
Gerät die erforderliche Konstantstromkennlinie (Ab b. 2). Die am Ausgang
des Transduktors liegende Spannung wird in einem Gleichrichter in Brückenschaltung
4 gleichgerichtet, der Gleichstrom in einem Siebkreis mit der Drossel 5 und dem
Kondensator 6 geglättet und der Xenonlampe 7 zugeführt. An der Xenonlampe wird die
Spannung durch den Stromkreis 13 abgenommen und über einen Einstellwiderstand
8 der Erregerwicklung 9 der Transduktordrossel zugeführt. Da bei nicht gezündeter
Lampe eine Erregerspannung von etwa dem drei- bis vierfachen Wert der Brennspannung
vorhanden ist, sorgt vorteilhaft ein Stromrelais 10 im Lampenstromkreis mit
einem Kontakt 11 im Erregerstromkreis 13 dafür, daß erst nach dem Zünden
der Lampe, d. h. nach Fließen des Lampenstromes durch das Relais 10, der
Strom über den Kontakt 11 auf die Erregerwicklung der Transduktordrossel geschaltet
wird.
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In A b b. 2 ist die Konstantstromkennlinie des Stromversorgungsgeräts
dargestellt. In dem schraffierten Bereich 14 liegt die Brennspannung der Xenonlampe.
Wird der Erregerstrom, welcher die jeweilige Kennlinie strommäßig festlegt, durch
die Bogenspannung konstant gehalten, dann können Netzspannungsschwankungen auf den
Arbeitspunkt keinen Einfluß haben, da die Konstantstromkennlinie nach oben und unten
genügend Spannungsreserve enthält.
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Um noch höhere Ansprüche auf Stromkonstanz erfüllen zu können, läßt
sich die Anordnung nach der Erfindung dahingehend verbessern, daß auch der Erregerstrom
für das Steuerelement bzw. den Transduktor mit einer Konstantstromkennlinie gesteuert
bzw. geregelt wird. Hierzu wird gemäß A b b. 3 als Regelverstärker z. B. ein Transistor
15 mit Konstantstromkennlinie anstatt des bisher verwendeten Einstellwiderstandes
8 benutzt. Als Steuerspannung für den Transistor wird vorteilhaft ebenfalls die
schon stabilisierte Xenonlampenbrennspannung verwendet, die durch eine Zenerdiode
12 mit vorgeschaltetem Widerstand 17 auf den passenden kleineren Spannungswert in
einer zweiten Stufe stabilisiert wird. Um auch die letzten Störgrößen ausschalten
zu können, kann die sogenannte Steuersollspannung mit einer dem Xenonlampenstrom
proportionalen Istwertspannung verglichen und damit ein Regelkreis für konstanten
Xenonlampenstrom geschaffen werden.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß A b b. 3 wird die Versorgungsspannung
1 über den Transformator 2 dem Transduktor 3 zugeführt, im Gleichrichter 4 gleichgerichtet
und im Siebkreis mit der Drossel 5 und dem Kondensator 6 geglättet. Diese Spannung
wird über den Widerstand 18 der Xenonlampe 7 zugeführt. Die Steuerspannung für die
Transduktordrossel wird an der Xenonlampe abgenommen und über den Transistor 15
der Erregerwicklung 9 zugeführt. Der Steuerstrom für den Transistor 15 wird an
dem
Einstellpotentiometer 16 abgegriffen, das dem Potentiometer 8 in der A b
b. 1 entspricht. Das Potentiometer 16 erhält über den Vorwiderstand 17 und die Zenerdiode
12 eine nochmals stabilisierte Spannung, die ebenfalls parallel zur Xenonlampe abgegriffen
wird.
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Durch den Anschluß einer von Lampenstrom abhängigen Spannung, die
am Widerstand 18 abfällt, wird in den Steuerkreis des Transistors eine dem Xenonlampenstrom
proportionale Meßspannung eingespeist, so daß auf diese Weise ein Soll-Ist-Wertvergleich
und damit eine Regelung auf konstanten Xenonlampenstrorn erreicht wird.
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Die Schaltung kann vorteilhaft weiter ergänzt werden, wenn man auf
konstante Lichtstromwerte regeln will. Es gibt nämlich genügend Anwendungszwecke,
in welchen selbst eine Konstantstromregelung für die Xenonlampe noch nicht befriedigt.
Zum Beispiel kann die Lichtausbeute durch Verschmutzung des Glaskolbens oder bei
längerem Betrieb durch eine Zerstäubung der Elektroden und einen damit verbundenen
Niederschlag im Inneren des Lampenkolbens beeinträchtigt werden. Für exakte Lichtmessungen,
die sich unter Umständen auf längere Zeiträume hinziehen können, ist es möglich,
das von der Xenonlampe gelieferte Licht mit einer Photozelle zu erfassen und damit
den Lichtistwert in dem Regelkreis des Transistors 15 wirksam werden zu lassen.
Unter Umständen ist dazu ein zusätzlicher Verstärker zur Übertragung des Istwertes
notwendig. Diese und ähnliche Aufgaben lassen sich jedoch mit der erfindungsgemäßen
Anordnung und deren Schaltungsteilen zur Stabilisierung und Regelung eines Xenonlampenstromes
leicht lösen.
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Grundsätzlich ist die Erfindung auch nicht davon abhängig, ob die
der Brennspannungszunahme beim Einbrennen der Lampen proportional fallende Strom-Spannungs-Charakteristik
des Stromversorgungsteils durch Drosseln, insbesondere durch einen konstantstromsteuernden
Transduktor, erzeugt wird. Es ist auch möglich, als Speisestromquelle für die Xenonlampen
einen Gleichstromgenerator, z. B. ein Leonhardsatz, zu verwenden, bei welchem die
Einstellung des Lampenstromes durch die Erregerwicklung des Generators erfolgt,
die zugleich die Erregerwicklung des Steuerelements darstellt.