DE1938207A1

DE1938207A1 - Betriebs- und Vorschaltanordnung fuer elektrische Entladungslampen

Info

Publication number: DE1938207A1
Application number: DE19691938207
Authority: DE
Inventors: Lake William Harold
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-07-31
Filing date: 1969-07-28
Publication date: 1970-10-08
Also published as: JPS543311B1; BE736867A; GB1199899A; US3527982A; FR2014094A1

Description

In dem DBP (Az.: P 15 89 163.1 - 33) wird ein neuer Vorschalt- oder Stromregulierkreis unter Verwendung einer Hybrid-Brückenanordnung mit Gleichrichtern und Kondensatoren für den Betrieb von Entladungslampen mit gleichgerichtetem Wechselstrom bei hohem Wirkungsgrad beschrieben. Er ist im Schaltungsaufbau ähnlich der bisher in elektronischen Geräten als billiger, transformatorloser Netzteil verwendeten Spannungsverdopplerschaltung, die eine Gleichspannung mit etwa der doppelten Spannung des Wechselstromnetzes liefert; die neue Schaltung ist jedoch so bemessen, daß sie in einer grundlegend verschiedenen Weise arbeitet.

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Bei der üblichen Spannungsverdopplerschaltung ist der erstrebte Ausgangswert eine Gleichstromspannung mit möglichst geringen Pulsationen, und der Wirkungsgrad ist dabei kaum von Bedeutung. Bei der Gleichrichter-Kondensator-Brüekenanordnung arbeitet die Entladungsvorrichtung oder Lampenbelastung mit gleichgerichtetem, in einer Richtung wirkendem Strom, der einen sehr hohen Brutnmfaktor hat. Der durch die Lampe fließende Strom resultiert nicht nur von der Bogenentladung, sondern auch von der Ladung der Brückenkondensatoren. Der Lampenstrom hat dabei eine sehr ausgeprägte Wechselstromkomponente mit einer Grundfrequenz von 2 mal der Netzfrequenz, wobei die Wechselstromkomponente der in einer· Richtung verlaufenden Gleichstromkomponente überlagert ist. Diese Arbeitsweise ist deswegen möglich, weil die Entladungslampe eine Last darstellt, die in zwei verschiedenen Impedanzstadien mit einem spannungsempfindlichen Übergangspunkt arbeiten kann und ergibt eine Energieübertragung an die Lampe bei hohem Wirkungsgrad.

In der Gleichrichter-Kondensator-Brückenschaltung nach dem Stand der Technik kehrt sich die Spannung über den Kondensatoren periodisch mit der Netzfrequena in ihrer Polarität um. Dies führt mit sich, daß nicht-poiarisierte oder Wechselspannungskondensatoren benutzt v/erden müssen. Im Gegensatz dazu wird durch die Erfindung eine verbesserte Schaltung geliefert, welche nicht einen nicht-polarisierten Kondensator erfordert und die Verwendung von Elektrolytkondensatoren gestattet, so daß kleinere, weniger kostspielige Bauteile mit geringerem Gewicht benutzt werden können.

Weiterhin liefert die Erfindung eine verbesserte Gleichrichter-Kondensatorschaltung, die dadurch einen hohen Wirkungsgrad als Vorschaltwiderstand gestattet, daß die Wellenform der Ausgangsspannung der Brücke gut an die Wellenform der Lampenspannung, d. h. an den Spannungsabfall des Lampenbogsns, in einem Teil dar Periode angenähert wird.

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COPY BAD ORIGINAL

Ein verbesserter Vorschaltkreis gemäß dem DBP (Az.: P 15 89 163.1-33) ist eine Hybrid-Gleichrichter-Kondensatorbrücke mit zwei Zweigen, von denen jeder einen Gleichrichter und einen Kondensator, die an die Wechselstrom-Eingangsklemmen in Reihe geschaltet sind, und einen parallel zu dem Kondensator angeordneten Überbrückungsgleichrichter enthält. Die in Reihe mit dem Kondensator liegenden Gleichrichter werden im folgenden als Reihengleichrichter bezeichnet. Diese Reihengleichrichter sind für entgegengesetzte Leitungsrichtung in den beiden Zweigen gepolt. Jeder Überbrückungsgleichrichter leitet in entgegengesetzter Richtung zu der Richtung des in demselben Zweig liegenden Reihengleichrichters. Der Verbraucherkreis, der eine elektrische Entladungsröhre oder Lampe enthält, ist an die Verbindungspunkte zwischen dem Reihengleichrichter und dem Kondensator jedes Zweiges angeschlossen. Der Verbraucherstromkreis erhält wenigstens während eines Teiles der Wechselstromperiode Energie direkt von den Eingangsklemmen über die Gleichrichter, wobei der Strom über einen Reihengleichrichter eines Zweiges und einen Überbrückungsgleichrichter im anderen Zweig verläuft.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist das Maß der zusätzlichen Strombegrenzung oder teilweisen Stromregulierung, die durch eine mit der Lampe im Verbraucherkreis in Reihe geschaltete Impedanz geliefert werden muß, verhältnismäßig gering. Dies ist der Fall, wenn der Leistungsfaktor der Lampe hoch ist; in jedem Falle ist der Energieverbrauch in einer solchen Impedanz kleiner als 1/3 der in der Lampe verbrauchten Energie. Es ist deshalb durchaus zulässig, für diesen Zweck einen Ohmschen Widerstand zu verwenden und trotzdem den gesamten Wirkungsgrad gleich oder oberhalb dessen zu halten, der mit üblichen Reaktanz-Vorschaltgeräten erzielt wird. Der Ohmsehe Widerstand des Glühlampenfadens ist im allgemeinen weniger als 1/3 des äquivalenten Widerstandes der Lampe entsprechend der Gleichung

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ψ-

R = der äquivalente Widerstand,
eq

V = die effektive Spannung an der Lampe, W = die in der Lampe verbrauchte Leistung

Kurz gesagt, müssen gemäß der vorliegenden Erfindung zur Erreichung des Vorstehenden gewisse Lampencharakteristiken an das System, einschließlich der Wechselstromversorgung, angepaßt sein. Die Lampe sollte eine solche Strom-Spannungscharakteristik haben, daß der momentane Spannungsabfall über der Lampe durch die Bogenentladung geringer ist als die momentane Netzspannung in einem genügend großen Teil einer Periode, der für einen ausreichenden Anteil der Eingangsenergie für die Lampe ausreichend ist, mindestens 10 % und vorzugsweise mehr, die unmittelbar aus den Anschlüssen an das Wechselspannungsnetz durch die Gleichrichter während dieses Teils der Periode weitergeleitet wird. In dieser Zeit fließt der Strom durch den Reihengleichrichter eines Zweiges und durch den Überbrückungsgleichrichter des anderen Zweiges in einer Halbperiode und durch den Reihengleichrichter des anderen Zweiges und den Überbrückungsgleichrichter des einen Zweiges in der anderen Halbperiode. Die Vorschalt impedanz braucht nur die Differenz zwischen der momentanen Netzspannung und dem momentanen Spannungsabfall am Bogen aufzunehmen. Die Lampe wird so ausgewählt, daß diese Differenz klein ist. Daher ist die VorschaItimpedanz oder der Vorschaltwiderstand von einem geringen Wert und die Verluste darin sind ebenfalls niedrig. Im allgemeinen wird die Vorschaltimpedanz im Hinblick auf die Leitungsspannung und den Spannungsabfall im Lampenbogen so bemessen, daß der Lampe die vorgeschriebene •Leistung zugeführt wird und daß die Verluste 1/3 der Eingangsleistung der Lampe oder in keinem Falle 1/3 der Gesamteingangs-

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leistung des Systems nicht überschreiten.

Die Vorschaltimpedanz sollte so in der Brückenschaltung verbunden sein, daß der Lampenstrom durch sie fließt, wenn die Eingangsenergie unmittelbar von dem Netzanschlußpunkt durch die Gleichrichter zugeführt wird. Hierdurch hat man die Wahl unter verschiedenen Stellen, an denen die Vorschaltimpedanz in der Schaltung angeschlossen sein kann. Am bequemsten ist eine Stelle, an welcher der Vorschaltwiderstand in Reihe mit der Lampe über die Ausgangsanschlüsse der Brückenschaltung geschaltet ist. Es kann jedoch auch in Reihe mit den Eingangsanschlüssen der Brückenschaltung über die Netzanschlußklemmen geschaltet werden.

Bei gewissen Lampenarten, wie z. B. Hochdruck-Metalldampflampen mit einer Schutzhülle, kann die Vorschaltimpedanz in bequemer Weise als Widerstand in Form eines Glühfadens vorgesehen werden, der sich in dem Raum zwischen dem Bogenentladungsrohr und einer inneren Schutzhülle befindet. Dies bedeutet, daß der Glühfaden unmittelbar beim Anlaufen der Lampe Licht liefern kann und daß ebenso das Anheizen der Lampe beschleunigt wird. Der Glühfaden stellt natürlich einen viel geringeren Widerstand dar, als er in konventionellen, mit Vorschaltwiderstand ausgestatteten Quecksilberdampflampen verwendet wird, die für den direkten Betrieb unmittelbar am Netz und ohne die hybride Gleichrichter-Kondensator-Brückenschaltung gemäß der Erfindung gedacht sind. Einige Lampen, insbesondere Metalldampflampen hoher Intensität, erfahren eine starke Erhöhung des Spannungsabfalles, wenn sich der Dampfdruck während des Anheizens aufbaut. In solchen Lampen kann ein Teil und in einigen Fällen der ganze Glühfaden während des normalen Betriebes kurzgeschlossen werden. Der Teil des Vorsctialtglühfadens, welcher effektiv in Reihe mit dem Bogenentladungsrohr verbleibt„ ist bezüglich der Netzspannung und des normalen SpemiMBgss'öfalls im Lampenbogen so bemessen, daß der Lampe die gefordert© Leistung zugeführt wird. Ein solcher Glühfadenteil hat im allgemeinen weniger als 1/3 des äqui»

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valenten Widerstandes des Bogenentladungsrohrs und vorzugsweise weniger als 1/10.

Die Kondensatoren der Brücke haben einen Wert, der ausreichend ist, um der Entladung genug Strom zu liefern, so daß die Restionisation in der Lampe während des Intervalls in jeder Halbperiode aufrecht erhalten ist, in dem die Netzspannung unter die Spannung zur Aufrechterhaltung des Bogens fällt. Am Anfangsteil jeder Halbperiode bewirkt der Spannungsverdopplungseffekt der Kondensatoren einen Spannungsanstieg, der wesentlich über der momentanen Netzspannung liegt. Es ist dieser Spannungs- ^ Überschuß, der verursacht, daß sich die Ionisation in der Lampe schnell wieder bis zu dem Punkt aufbaut, in dem der momentane Spannungsabfall im Bogen unter die momentane Netzspannung fällt, worauf der Stromfluß in dem mittleren Teil der Halbperiode unmittelbar durch die Gleichrichter erfolgt. Im Schlußteil eier Halbperiode liefern die Kondensatoren Strom, um die Rest aisation aufrechtzuerhalten und gestatten eine Wiederholung des Aufbaus der Ionisation in der nächsten Halbperiode.

Fig. 1 ist ein schematisüLes Diagramm des grundlegenden Vorsefa&Itkreises mit Hybrid-Gleichrichter-Kondensatorbrücke gemäß der Erfindung für den Betrieb einer Entladungslampe.

P Die Fig. 2a, 2b und 2c sind äquivalente Stromkreisdiagramme der Schaltung der Fig. 1 während verschiedener Teile der Wechselstromperiode.

Fig. 3 illustriert eine praktische, aus Hochdruck-Quecksilberdampflampe und Vorschaltgerät bestehende Kombination, mit Verwendung von teilweiser Widerstandsstrombegrenzung. Fig. 3a zeigt schematisch die Schaltverbindungen.

Fig. 4 gibt die Wellenformen der Lampenspannung, der Kondensatorspannung und des Lampeng; tr oma für eine erf indungsgemäße Hybrid-Gleichrichter-Kondensatorbrücke für eine Entladungslampe mit hoher Spannung und geringer elektrischer Leistung.

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Fig. 5 zeigt ähnliche Wellenformen für eine andere Hybrid-GIeichrichter-Kondensatorbrücke, die für eine Entladungslampe mit hoher Spannung und hoher elektrischer Leistung vorgesehen ist.

Die in Fig. 1 dargestellte Hyb_ri(j_Gieichrichter-KondensatorbrUckenschaltung enthält zwei Zweige, von denen jeder zwischen den Brückeneingangspunkten jl und j2 einen Reihengleichrichter und einen damit in Reihe geschalteten Kondensator sowie einen Überbrückungsgleichrichter in Parallelschaltung zu dem Kondensator enthält. Die Reihengleichrichter in den beiden Zweigen sind für Stromdurchgang in entgegengesetzten Richtungen gepolt. Der Überbrückungsgleichrichter in jedem Zweig ist so gepolt, daß er in entgegengesetzter Richtung wie der Reihengleichrichter in demselben Zweig den Strom durchläßt. Wie dargestellt, wird die Spannung des Wechselstromnetzes den Eingangspunkten jl und j2 an den Klemmen Sl und S2 zugeführt. Der eine Zweig enthält den Reihengleichrichter Dl und den Kondensator Cl, wobei Dl so g^polt ist, daß er den Stromfluß von dem Eingangspunkt jl gestattet. Der Überbrückungsgleichrichter D3 ist entgegengesetzt zu dem Reihengleichrichter Dl gepolt. Der andere Brückenzweig enthält den Reihengleichrichter D2 und den Kondensate .2_y wobei D2 so gepolt ist, daß er den Stromfluß auf den Brückenanschlußpunkt jl hin zuläßt. Der Überbrückungsgleichrichter Ti4 ist entgegengesetzt zu dem Reihengleichrichter D2 in demselben Zweig gepolt. Vorzugsweise sind die Gleichrichter-Halbleiterdioden mit hohem Wirkungsgrad, z. B. Siliziumdioden, und die Kondensatoren können polarisierte oder Elektrolytkondensatoren sein. Die Schaltung kann auch als eine Vollweg-Gleichrichterbrücke angesehen werden, bei der ein Paar von Kondensatoren zwischen die zugeordneten Ausgangspunkte und einen der Eingangspunkte angeschlossen sind.

Die Verbindungspunkte zwischen Reihendiode und Kondensator in jedem Zweig, nämlich J3 und j4, die als zugeordnete Abnahmspunkte bezeichnet sind, dienen zum Anschluß des Verbraucheroder Belastungskreisee. Der Belastungskreis enthält die eigent-

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liehe Belastung L, wahlweise eine mit ihr in Reihe geschaltete Impedanz zur Erzeugung einer geringen zusätzlichen Stromregulierung. Die Belastung L ist eine Entladungslampe, die im VoIl-Leitungszustand bekanntlich eine negative Impedanzcharakteristik hat. Da die Reihenimpedanz nur zur teilweisen Stromregulierung dient, ist es ohne weiteres möglich, für sie einen Wolfram-Glühfaden zu benutzen, der eine getrennte Glühlampe sein oder wahlweise einen Teil der Entladungslampeneinheit bilden kann.

Fig. 2a, 2b und 2c sind äquivalente Schaltungen, die die Verhältnisse in der Brückenschaltung der Fig. 1 während verschiedener Teile der Halbperiode illustrieren, bei der die der Klemme Sl zugeführte Wechselspannung positiv ist, wobei die Polarität in üblicher Weise durch den Pfeil angedeutet ist. Zu Beginn der Halbperiode leitet Dl in Vorwärtsrichtung, während D2, D3 und D4 gesperrt sind, und infolgedessen fließt der Strom durch C2. Es sei (V_c2)₀ die Restladung auf dem Kondensator C2 bei Beginn der positiven Halbwelle, V. die momentane Spannung an der Lampe L, i der augenblickliche Lampenstrom und E sin to t die augenblickliche zugeführte Spannung. Dann können die Verhältnisse durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden?

E sin <* t = iZ + V_d + £ P idt - (V_c2)₀

Während dieses Teiles der Halbperiode wird der Strom durch die Lampe durch den Kondensator C2 beeinflußt, d. h. durch den Kondensator in dem anderen Zweig.

Während des nächsten Teiles der Periode sind Dl und D4 leitend «ad D2 und D3 sind gesperrt. V, ist kleiner als E sin urt und die Verhältnisse können durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

E sin C#t - iZ + V_d

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Während dieses Teiles der Periode erhält die Lampe Energie direkt von dem Netz über zwei Gleichrichter, nämlich den Reihengleichrichter in dem einen Zweig und den Uberbrückungsgleichrichter in dem anderen Zweig. Nur während dieses Teiles der Periode ist die Vorschaltimpedanz Z, falls eine solche verwendet wird, wirksam.

In dem letzten Teil der Periode ist D4 leitend und Dl, D2 und D3 sind gesperrt. Es sei (V^j)₁ die Ladung an dem Kondensator Cl in dem Augenblick, wo V_d größer wird als E sinitft, und die Verhältnisse können dann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

^vd ^{+ iz +}^ Ί ^idt ~
c

Während dieses Teiles der Periode erhält die Lampe ihre Energie aus dem Kondensator Cl in dem einen Zweig, die dann über den Uberbrückungsgleichrichter D4 in dem anderen Zweig verläuft. Für minimale Vorschaltgerätverluste und maximalen Wirkungsgrad ist es wünschenswert, mit einer Lampenspannung zu arbeiten, die nahe der Netzspannung liegt. Ein Teil des Stromes wird dann direkt vom Netz abgenommen und fließt zur Lampe über den Reihengleichrichter in einem Zweig und gleichzeitig über den Uberbrückungsgleichrichter in dem anderen Zweig, und es ist nur eine kleine Vorschaltimpedanz erforderlich. Die Vorteile dieser Anordnung sind ein verbesserter Leistungsfaktor im Vergleich zu einem nur aus Kondensatoren bestehenden Vorschaltgerät, sowie ein verbesserter Wirkungsgrad im Vergleich mit den üblichen Impedanz-Vorschaltgeräten, insbesondere im Vergleich mit solchen Anordnungen, wo die übliche Impedanz durch einen Ohmschen Widerstand gebildet wird.

Der Vorteil des? Lwiwühl der Lampencharakteriatik in der Weise, daß der SpanrrangssMall über dem Bogen während einer Halbperiode der Wechselspannung der Netzversorgungsepannung so nahe wie möglich kommt, ist aus dem Vergleich der Kurven der Fig. 4 und 5 ersichtlich.

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- ίο -

Fig. 4 bezieht sich auf eine erfindungsgemäße Schaltung zum Betrieb einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe mit niedriger Leistung und den folgenden Systemcharakteristiken:

Netzspannung: 118 V Netzstrom: 0,85 A

Eingangs-Leistungsfaktor: 85 %

Kondensatoren:

Vorschalt-P widerstand:

12 ,um

37 Ohm

Spannungsabfall	108	V
des Bögens:	0,6	A
Lampenstrom:
Lampeneingangs-	66	Watt
leistung:
Gesamt-	70	%
Wirkungsgrad:

Die als voll ausgezogene Linie wiedergegebene Kurve V stellt die Ausgangsspannung an den Brückenanschlußpunkten mit Aue ohluß des Vorschaltwiderstandes dar, d. h. an den konjugierten .tankten j3 und j4. Die strichpunktierte Kurve V. stellt den an den Anschlußklemmen der Entladungsröhre gemessenen Spannungsabfall dar. Die gestrichelten Linientsile V_A sind die sinusförmigen Ver- -srtiiigen der AusgangEspannung V während des Anfangsteils Halbperiod® von äer Zeit t_Q bis t^ und während des Endteils der Halbperiode von der Zeit t„ bis t„. Während des mittleren Teils der Halbperiode von t~ bis t„ fällt die Brückenausgangsspannung V_Q mit der Netzspannung zusammen. In dem Zeitintervall von tg bis t₃ ergeben die rait V, kombinierten gestrichelten Teile der Kurve V. im Endeffekt die sinusförmige Wechselspannung des Netzes. Während des Zeitintervalle t„ bis tg erhält die Lampe Energie direkt aus dem Netz durch die beiden Gleichrichter. Während dieses Teils der Halbperiode nimmt der Voreehaltwiderstand die Differenz zwischen der augenblicklichen Netzspannung V und dem augenblicklichen Spannungsabfall am Bogen V. auf.. In der Schaltung, entsprechend Fig. 4, ist dieser Unterschied merklich; es wird ein Vorschaitwiderstand von 37 Ohm benötigt, um ihn aufzunehmen, und diea imt einen Qesamtwirkungsgrad von 70 % zur Folge. Während

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vails t- bis t« ist der Lampenstrom I, relativ hoch und das Produkt dieses Stroms mit dem Spannungsabfall V- an dem Bogen während dieser Zeit stellt die der Lampe unmittelbar durch die Gleichrichter aus den Netzanschlußpunkten zugeführte Energie dar.

Während des Anfangteils der Halbperiode von der Zeit t bis t.. sind die Spannungen V«- und V^₂ über den Kondensatoren in ihrer Wirkung additiv und gewährleisten ein schnelles Aufbauen der Ionisation in der Lampe. Während des Endteils der Halbperiode von t„ bis to liefert einer der Kondensatoren Strom, um die Rest-Ionisation aufrecht zu erhalten.

Fig. 5 bezieht sich auf eine andere erfindungsgemäße Schaltung zum Betrieb einer Hochdruck-Quecksilber-Dampflampe mit hoher Leistung und den folgenden Charakteristiken:

Netzspannung:	118	V	Spannungsabfal1	125	V
Netzstrom:	4,3	A	des Bogens:	3	A
Eingangs-			Lampe ns t r om:
Leistungsfaktort	85	%	Lampeneingangs-	404	Watt
Kondensatoren:	90	/UF	leistung:
Vorschalt-			Gesamt-	90	%
widerstand:	3	Ohm	wirkungsgrad:

Die bessere Anpassung zwischen der Brückenausgangsspannung V und dem Spannungsabfall V. an dem Lampenbogen in dem Zeitintervall t- und t„ ist augenscheinlich. Da der Vorschaltwideretand nur die sehr kleine verbleibende Spannungsdifferenz hand'η ben

ist
muß, in diesem Fall ein Widerstand von 3 Ohm ausreichena und gewährleistet eine Stabilität des Betriebes, welche einen Gesamtwirkungsgrad des Vorschaltgerätes von 90 % zur Folge hat. Der Strom I. während des Zeitintervalls von t- bis t„ ist hoch im Vergleich mit dem Strom in den übrigen Teilen der Periode,

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so daß sehr viel mehr als IO % der Eingangsenergie der Lampe unmittelbar aus den Netzanschlußpunkten durch die Gleichrichter während dieses Zeitintervalles übertragen werden.

In der Schaltung der Fig. 5 ist der durch V, dargestellte Spannungsabfall am Bogen derjenige, der nach dem Anheizen der Bogenentladungsröhre und nachdem die Metallfüllung (Quecksilber) ihren maximalen Dampfdruck entwickelt hat, vorhanden ist. In Hochdruckmetalldampflampen existiert jedoch sofort nach dem Einschalten und während des AnneVorganges ein viel geringerer Wert des Spannungsabfalls am Bogen. Es muß eine größere Vorschaltimpedanz vorgesehen werden, um während dieses Zeitintervalls die Stabilität zu gewährleisten; sie kann jedoch kurzgeschlossen werden, nachdem die Lampe eine Temperatur erreicht hat, wie es in der zu beschreibenden Kombination von Lampe und Vorschaltwiderstand gemäß den Fig. 3 und 3a geschieht.

Die wesentliche Funktion der Vorschaltimpedanz besteht darin, den Strom durch die Lampe zu begrenzen, wenn der Strom aus dem Netz unmittelbar durch die Gleichrichter zu der Lampe fließt. Ihr Platz in der Schaltung ist nicht kritisch,solange sie nur diese Funktion erfüllt. Daher kann die Vorschaltimpedanz ein Widerstand sein, der in Reihe mit der Lampe in der Verbraucherschaltung über die zugeordneten Punkte J3, j4 der Brückenschaltung nach Fig. 1 geschaltet ist. Wahlweise kann der Vorschaltwiderstand in Reihe mit den Brückeneingangspunkten jl, j2 über die Netzanschlußpunkte Sl, S2 geschaltet werden. Im letztere¹ ^aIIe beschränkt der Vorschaltwiderstand den Strom zu der . ,. ■-<> in im wesentlichen der gleichen Weise während des Zeit-Intervalls t- bis tg_? indem der Strom direkt durch die Gleichrichter fließt. Der Wirkungsgrad würde jedoch geringfügig verringert werden, da der Stromfluß au den Kondensatoren während der Zeitintervalle t_Q bis tj und t„ bis t_g ebenfalls gezwungen wäre, durch den Vorschaltwiderstand zu fließen. Es gibt jedoch Schaltungsanwendungen, wo die größere Bequemlichkeit einer solchen Verbindung den geringen Verlust des Wirkungsgrades mehr als ausgleicht.

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BADORlGINAt

Eine Beleuchtungseinheit, d. h. eine Kombination von Vorschaltgerät und Lampe, unter Verwendung der Erfindung und mit den Vorteilen eines hohen Wirkungsgrades, niedriger Kosten, geringen Gewichts und kleiner Abmessungen, ist in Fig. 3 dargestellt. Die eigentliche Lampe 1 entspricht im allgemeinen einer 400 Watt Hochdruck-Quecksilberdampflampe, und die SchaItverbindungen sind aus Fig.3a ersichtlich, in der die eigentliche Lampe in dem gestrichelten Rechteck enthalten ist. Sie enthält ein Schutzgehäuse, das aus dem äußeren eiförmigen Kolben 2 aus Weichglas besteht. Der Hals 3 des äußeren Kolbens ist durch einen üblichen umgebördelten Röhrenfuß abgeschlossen, in dem verhältnismäßig steife Zuleitungsdrähte 4 und 5 eingeschmolzen sind, von denen der eine mit dem isolierten Mittelkontakt 6 und der andere mit dem Schraubgewinde 7 des Sockels verbunden ist, der eine der üblichen Schraubkonstruktionen sein kann. Die innere Entladungsröhre 11 aus Quarz hat an gegenüberliegenden Enden Hauptentladungselektroden 12 and 13, deren bandförmige Zuführungen in die abgeflachten Enden der Röhre hermetisch eingepreßt sind. Jede Elektrode hat eine doppelte Wolframdrahtwendel, die mit einer Elektronen abgebenden Mischung von Erdalkalioxiden aktiviert ist. Eine Zündelektrode ist auf dem Sockelende der Entladungsröhre angeordnet und mit der Hauptelektrode 13 am anderen Ende der Röhre über den üblichen Strombegrenzungswiderstand 15 verbunden. Die Entladungsröhre wird innerhalb des äußeren Kolbens mittels eines eine durchge-

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hende Seitenstange/enthaltenden Gestells getragen, das sich von dem Zuleitungsdraht 4 zu einer Einbuchtung des Kolbens 17 an dem freien Ende des äußeren Lampenkolbens erstreckt und an der Einbuchtung durch eine Federklemme 18 gehalten wird. Die Entladungsröhre wird in dem Gestell dadurch gehalten, daß ihre abgeflachten Enden zwischen Metallbändern19 und 20 eingeklemmt sind, die sich von der durchgehenden Seitenstange 16 zu entsprechenden abgebogenen Enden 21, 22 der Seitenstange 16 erstrecken» Die SQitenstange 16 dient als elektrische Verbindung zwischen ά®ί* Ifö up SsIaIt tr ode 13 und dem Zuleitungsdraht 4, der seinerseits di© Verbindung mit dem Mittelkontakt 6 des Lampensockels herstellt. Die Entladungsröhre 11 enthält einen üblichen Quecksil barvorrat und ein neutrales Gas, zum Beispiel Argon, bei

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einem Druck von weniger als 100 mm Quecksilbersäule.

Wie dargestellt, sitzt die Lampe 1 in einer üblichen, mit Schraubgewinde versehenen Fassung 24 mit einem Fußteil 25, auf dessen oberer Fläche die Einzelteile der Gleichrichter-Kondensatorbrücke 26 montiert sind. Um den Vergleich mit Fig. 1 zu erleichtern, sind die Teile und Verbindungspunkte der Brücke in Fig. 3 mit denselben Bezugszeichen versehen wie in dem schematischen Diagramm der Fig. 1. Die Einzelteile sind dicht zusammen auf der Oberseite des Fußteils 25 montiert, so daß die gesamte Gerätegruppe 26 sich leicht in einen üblichen elektrischen,- schematisch als 27 dargestellten, Verteilerkasten einsetzen läßt.

Jeder der Kondensatoren Cl, C2 besteht aus einem Paar von Elektrolytkondensatoren, die nebeneinander ganz außen auf dem Fußteil 25 montiert sind. Die Halbleiterdioden Dl und D4 tnd in der Mitte zwischen den Kondensatoren zusammengefaßt.

Die Vorsehaltimpedanz Z ist als Wolfram-Glühfaden 28 als ein Teil der eigentlichen Larcp*?- ausgebildet, der in dem Lampenraum fiWiseLan des äußeren Kolben 2 und der inneren Entladungsröhre angeordnet let« Tier C?lühfaden besteht aus zwei Teilen 28a, 28b, die dauernd miteinander in Reihenschaltung zwischen einer Verlängerung 29 der Zuführung 5 und,- mittels eines Bandes 31 - , der Zuführung zu der Hauptelektrode 12 liegen. Beim Zünden und während der Aufwärmzeit liegen beide Abschnitte 28a und 28b in Reihe mit der Lampe an den zugeordneten Abnahmepunkten j3 und j4 der Brücke. Auf diese Weise wird der Strom wirksam begrenzt, und gleichzeitig wird von dem Glühfaden nutzbares Licht abgegeben und die Aufwärmzeit der Entladungsröhre verkürzt. Mit fortschreitender Aufheizung und mit Zunahme des Dampfdruckes in der Entladungsröhre ist es erwünscht, einen Teil des Glühfadens auezuschalten. Dies erfolgt mittels eines U-förmigeu Bimetallstreifens 32, der an der Zuleitung zur Elektrode 12 montiert ist und dessen freies Ende bei Erwärmung den Leiter 23

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berührt, der elektrisch mit der Verbindungsstelle der Glühfadehteile 28a und 28b verbunden ist. Auf diese Weise wird der Abschnitt 28b kurzgeschlossen, und nur der Abschnitt 28a bleibt wirksam in Reihe mit der Entladungsröhre 11 während des normalen Betriebes der Lampe. Glasperlen 34 dienen zur Isolierung der Träger für die beiden Glühfadenabschnitte.

Die Bemessungswerte und die Leistungscharakteristiken der Beleuchtungseinheit nach Figur 3 bei Betrieb mit 117,5 V und 60 Hz Wechselstrom sind in der folgenden Tabelle enthalten.

Lampenspannung: 130 Volt Nennspannung

Lampenstrom: 2,8 Amp. Gleichstrom-Mittelwert

Kondensatoren: 2 je 50/uF/150 V

Dioden: 4 - IN4142

Vorschaltglühfaden: entspricht einer lOOO Watt

115 - 120 Volt Lampe

Birnetu -!schalter: 20 V, 3 A

Wirkungsgrad des

VorschaItgerätes: 95 %

Leistungsfaktor: 88 %

Volumen: 32,8 cm (2 Kubikzoll)

Gewicht: 142 g (5 Unzen)

Der äquivalente Widerstand der Entladungsröhre ist etwa 40 Ohm und der äquivalente Widerstand des Glühfadens etwa 12 Ohm wenn beide Abschnitte in Reihe arbeiten. Der verbleibende Widerstand des Abschnittes 28a, wenn der Abschnitt 28b kurzgeschlossen wird, beträgt etwa 3 Ohm bei der Betriebstemperatur. Obwohl ein Ohmscher Vorschaltwiderstand für *ii& Beleuchtungseinheit der Fig., 3 vorgesehen ist, ist im ¥ ·-- gleich mit dem Stromregeleinfluß der eigentlichen Hybrid-Brücke von sekundärer Bedeutung. Dies ist der Grund, warum ein Wirkungsgrad von 95 % erreicht wird, der Innerhalb ^r3es Wirkungsgradbereiches üblicher reaktiver Vorschaltwiderstände liegt. Die bisher gebrauchten Mischleuchten mit Quecksilber-Entladungslampe und Glühlampen hatten Vorschaltgerät-Wirkungs-

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grade im Bereich von 50 %. Infolgedessen sind die Anordnungen nach der vorliegenden Erfindung in einer vollständig anderen Klasse.

Die Lampe nach Fig. 3, die einen wirksamen Glühfadenwiderstand von weniger als einem Drittel des äquivalenten Entladungsröhren-Widerstands hat, ist besonders für Betrieb mittels einer Hybrid-Gleichrichter-KondensatorenbrUcke bemessen. Die Lampe würde wahrscheinlich an der üblichen 115 - 120 V Netzwechselspannung nicht zünden. Würde diese Lampe an ein Netz angeschlossen, dessen Spannung genügend hoch ist, um die Entladung zu zünden, so würde der Glühfaden sofort durchbrennen. Selbstverständlich kann die dargestellte Lampe mit Vorschaltgerät auch als physikalische Einheit ausgebildet werden, um sie wie eine Glühlampe direkt an ein 115-120 V, 60 Hz Wechselstromnetz anschließen zu können.

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Claims

ANSPRÜCHE

1. Betriebs- und Vorschaltanordnung für eine elektrische Entladungslampe unter Verwendung von Gleichrichtern, bei der nach DPB (Az.: 15 89 163.1-33) eine Gleichrichter-

Kondensatorbrücke Verwendung findet, die zwei Zweige hat, von denen jeder einen Gleichrichter (Dl bzw. D2) und einen Kondensator (Cl bzw. C2) in Reihenschaltung zwischen Wechselstromeingangsklemmen (Jl, j2) hat, wobei die Gleichrichter (Dl und D2) so gepolt sind, daß sie in den beiden Zweigen in entgegengesetzter Richtung leitend sind und wobei zu jedem Kondensator (Cl bzw. C2) ein Überbrückungsgleichrichter (D3 bzw. D4) parallel geschaltet ist, der jeweils so gepolt ist, daß er im Vergleich mit dem in dem Zweig angeordneten Reihengleichrichter (Dl bzw. D2) in umgekehrter Richtung leitend ist und daß ein Verbraucherkreis mit elaer elektrischen Entladungslampe (L) an BrückenverbinduEigspunkten (j3, j4) angeschlossen ist, die zwischen dem Reihengleichrichter und dem Kondensator in jedem Stromzweig liegen und eine Vorschaltimpedanz in Reihe zwischen den Netzanschlußpunkten und der Lampe angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Lampe (L) eine Strom-Spannungscharakteristik aufweist, bei der der augenblickliche Spannungsabfall über dem Bogen der Lampe kleiner ist als die augenblickliche Netzspannung während eines Teils der Netzspannungsperiode, der groß genug ist, so daß mindestens 10 % der Eingangsenergie für die Lampe unmittelbar aus den Netzanschlußpunkten durch die Gleichrichter während dieses Teils der Periode fließen, und daß die Kondensatoren einen ausreichend großen Wert haben, um genug Strom an die Entladungsstrecke zu liefern, so daß während des Intervalls in jeder Halbperiode, in dem die Netzspannung unter die für die Aufrechterhaltung des Bogens benötigte Spannung fällt, die Restionisation in der Lampe aufreehtorhaltbar ist, wobei die Vorschaltimpedanz unter Berücksichtigung der Netzspannung und des durchschnittlichen Spannungsabfalls am Bogen der Lampe so bemessen ist, daß die Lampe die geforderte Leistung erhält und die Verluste nicht 1/3 der Gesamteingangsleistung übersteigen.

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2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die VorschaItimpedanz (Z) in Reihe mit der elektrischen Entladungslampe (L) über die gemeinsamen Verbindungspunkte (j3, j4) des Reihengleichrichters (Dl bzw. D2) und des Kondensators (Cl bzw. C2) in den beiden Zweigen geschaltet sind.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschaltimpedanz (Z) ein Widerstand ist, der einen Wert von weniger als ein Drittel des äquivalenten Widerstandes der Bogenentladungslampe aufweist.

4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die VorschaItimpedanz (Z) ein Widerstand ist, der einen Wert von nicht mehr als ein Zehntel des äquivalenten Widerstandes der Entladungslampe aufweist.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennz e lehnet , daß die Entladungslampe (L) eine Lampe mit doppelter Hülle ist, die eine Hochdruckmetalldampf-Fntladungsröhre (11) mit dicht eingeführten Elektroden (12, 13} und ©in© äußere Hülle (2) umfaßt, in der die Entladungsröhre gehaltert ist und daß die VorschaItimpedanz in dem Raum zwischen den beiden Hüllen angeordnet ist.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die VorschaItimpedanz ein in dem Raum zwischen den beiden Hüllen (1, 2) angebrachter Glühfaden (28, 28b) ist.

009841/10(H

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