CH492378A - Electric discharge lamp - Google Patents

Electric discharge lamp

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CH492378A
CH492378A CH281769A CH281769A CH492378A CH 492378 A CH492378 A CH 492378A CH 281769 A CH281769 A CH 281769A CH 281769 A CH281769 A CH 281769A CH 492378 A CH492378 A CH 492378A
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CH
Switzerland
Prior art keywords
lamp
series
discharge lamp
sep
rectifier
Prior art date
Application number
CH281769A
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German (de)
Inventor
Harold Lake William
Original Assignee
Gen Electric
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/16Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies
    • H05B41/20Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies having no starting switch
    • H05B41/23Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies having no starting switch for lamps not having an auxiliary starting electrode
    • H05B41/232Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies having no starting switch for lamps not having an auxiliary starting electrode for low-pressure lamps

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

  

  Elektrische Entladungslampe    Die Erfindung betrifft eine elektrische Entladungs  lampe mit einem     Serie-Ballastwiderstand,    die über eine       wechselstromgespeiste        Gleichrichter-Kondensatorbrücke     ihren Betriebsstrom erhält. Eine solche Lampe ist erfin  dungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass der äquiva  lente     Widerstandswert    des     Serie-Ballastwiderstandes    we  niger als 1     3a    desjenigen der Entladungslampe beträgt.

    Hierbei ist der äquivalente Widerstand einer Entla  dungslampe durch folgende Beziehung gegeben:  
EMI0001.0007     
    wobei       R,    = äquivalenter Widerstand  E = Spannung über der Lampe  W =     Lampenleistung     Bei gewissen Arten von Lampen, z. B. ummantelten       HOClldruckmetallda        mpflampen,    kann der erforderliche  Widerstand durch einen Glühfaden gebildet sein, der im  Zwischenraum zwischen dem Entladungsrohr und der  äusseren Hülle angeordnet ist; in solchen Fällen erzeugt  der Glühfaden sofort nach Einschalten der Lampe Licht  und beschleunigt ausserdem das Aufheizen der Lampe.

    Bei Lampen, welche während des     Aufheizens    einen gros  sen Spannungsabfall über der Entladungsstrecke aufwei  sen, kann während des Normalbetriebs ein Teil oder  auch der ganze     Vorschaltwiderstand    überbrückt werden.  



  Die     erfindungsgemässe    Entladungslampe eignet sich  insbesondere für den Betrieb mit einer nicht zu der vor  liegenden Erfindung gehörenden, aber für ihr Verständ  nis nützlichen Schaltungsanordnung, welche dadurch ge  kennzeichnet ist, dass zwischen die     Wechselstrom-Ein-          gangsklemmen    der Schaltungsanordnung eine Brücken  schaltung geschaltet ist, welche zwei Zweige aufweist,    die je einen Gleichrichter und einen Kondensator in  Serie enthalten, wobei die Gleichrichter in den beiden  Zweigen für entgegengesetzte Stromrichtung gepolt sind,  dass jeder Kondensator mit einem     Nebenschlussgleich-          richter        überbrückt    ist,

   der entgegengesetzt zum Serie  gleichrichter im selben Zweig gepolt ist, und dass die  Verbindungspunkte des     Seriegleichrichters    und des     Kon-          densators    in jedem Zweig die Anschlusspunkte für einen  die Entladungslampe enthaltenden Laststromkreis bil  den, das Ganze derart, dass der Laststromkreis jeweils  während eines Teils der Periodendauer des Betriebs  wechselstromes Energie von den Eingangsklemmen di  rekt über die Gleichrichter erhält.  



  Bei einer     Gleichrichter-Kondensatorbrücke    der Ge  nannten Art wird der Laststromkreis mit der Entla  dungslampe mit gleichgerichtetem Strom von sehr     gros-          ser    Welligkeit betrieben. Der Stromfluss durch die  Lampe resultiert nicht nur aus der Entladung, sondern  ebenso aus der Ladung der Kondensatoren in der     Brük-          kenschaltung.    Der Lampenstrom hat eine der Gleich  stromkomponente überlagerte, ausgeprägte Wechsel  komponente, deren Grundfrequenz das Zweifache der  Netzfrequenz     beträgt.    Diese Betriebsweise ist möglich,  weil die Entladungslampe eine Belastung darstellt,

   die  zwei verschiedene     Impedanzzustände    bei spannungsab  hängigem Übergangspunkt annehmen kann, woraus sich  eine Energiezufuhr nach der Lampe bei hohem Wir  kungsgrad ergibt.  



  Eine besondere Eigenschaft dieser Schaltung besteht  darin, dass das Ausmass des zusätzlichen Ballastes bzw.  der teilweisen Stromregulierung. die mit einer     Serieimpe-          danz    zur Lampe im Laststromkreis erreicht werden  kann, relativ gering ist. Die in einer solchen Impedanz  umgesetzte Energie kann hier im allgemeinen weniger als  einen Drittel der in der Lampe umgesetzten Energie be  tragen.

   Deshalb ist es durchaus angezeigt, hierfür einen       ohmschen    Widerstand, insbesondere einen Glühfaden,  zu verwenden, wobei trotzdem der Gesamtwirkungsgrad  gleich oder besser ist als bei Anwendung einer üblichen,  reaktiven     Ballast-Impedenz.         Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstan  des wird nachstehend im Zusammenhang mit der Zeich  nung näher erläutert. Einander entsprechende Teile sind  in den verschiedenen     Filzuren    mit gleichen     Bezu-szahlen     bezeichnet.  



       Fiz.    1 ist das Schaltschema einer Ballastschaltung in  Verbindung mit einer     Entladungslampe,          Fig.    2a, b und c sind Ersatzschaltbilder für die Schal  tung nach     Fig.    1 während verschiedener Abschnitte des       Wechselstromzvklus,    und       Fig.    3     veranschaulicht    ein Beispiel einer     Hochdruck-          Quecksilberdampflampe    in     Verbindung    mit der Ballast  schaltun:; und mit     teilneuem    Widerstandsballast.  



  Die ausgleichende oder hybride     Gleichrichter-Kon-          densator-Brücke    nach     Fiu.    1 besteht aus zwei Zweigen,  von denen jeder einen Gleichrichter in Serie mit einem  Kondensator zwischen den     Eingangspunkten        j1,    j2 und  einen dem Kondensator überbrückenden Nebenschluss  gleichrichter enthält. In den beiden Zweigen sind die       Serie-Gleichrichter    mit entgegengesetzter     Durchlassrich-          tung    gepolt. Der     Nebenschlussgleichrichter    in jedem  Zweigs ist entgegengesetzt zum     @Serie-Gleichrichter    im  gleichen Zweig gepolt.

   Wie     dargestellt,    sind die Klem  men     S1,    S2 des Wechselstromnetzes mit den Eingangs  punkten     j1,    j2 verbunden. Der eine     Zweig    enthält den  Gleichrichter D1 in Serie zum Kondensator C1, wobei  D1 so gepolt ist. dass er den Strom vom Punkt     j1    ablei  tet; der     Nebenschlussgleichrichter    D3 ist entgegengesetzt  zum     Serie-Gleichrichter    D1 gepolt.

   Der andere     Zweig     enthält den Gleichrichter D2 in Serie zum Kondensator  C2, wobei D2 für den Stromfluss zum Punkt     j1    hin ge  polt ist; der     Nebenschlussgleichrichter    D4 ist entgegen  gesetzt zum     Serie-Gleichrichter    D2 im gleichen Zweig  gepolt. Die Gleichrichter sind vorzugsweise durch Halb  leiterdioden mit gutem Wirkungsgrad, beispielsweise       Siliziumdioden,    gebildet, und als Kondensatoren können  Elektrolytkondensatoren verwendet werden. Die Schal  tung kann auch als     Vollweg-Gleichrichterbrücke    be  zeichnet werden, bei welcher je ein Kondensator zwi  schen jeder Ausgangsklemme und einer der Eingangs  klemmen angeschlossen ist.  



  Die     Verbindungspunkte    j3 und j4 zwischen     Serie-          Diode    und Kondensator in jedem Zweig bilden die Aus  gangspunkte, zwischen denen der Laststromkreis ange  schlossen ist. Der Laststromkreis enthält die eigentliche  Belastung L und in Serie zu dieser gegebenenfalls eine       Ballast-Impedanz    Z zur Erzielung einer gewissen zu  sätzlichen     Stromreguli rung.    Die eigentliche Belastung L  wird durch eine Entladungslampe gebildet, welche im       12ez:indeten    Zustand bekanntlich negative     Impe-          danzcharakteristik    aufweist.

   Da die     Serie-Impedanz    Z  lediglich eine partielle Stromregulierung übernehmen  muss, kann diese ohne weiteres durch einen Wolfram  draht gebildet sein, beispielsweise in Form einer separa  ten Glühlampe oder auch als Bestandteil der     Entla-          dungslampeneinheit.     



  Die     Fig.2a,    2b und 2c stellen     Ersatzschaltbilder     dar, welche den Zustand der Brückenschaltung nach       Fig.    1 während verschiedener Abschnitte der Wechsel  stromhalbwelle veranschaulichen, in welcher der Mo  mentanwert der Wechselspannung an der Klemme S1  positiv ist (die Polarität ist in üblicher Weise durch den  Pfeil zwischen den Eingangsklemmen angedeutet). Wäh  rend eines ersten Teils der Halbwelle sind D1 in     Durch-          lassrichtung    und D2, D3 und D4 in     Sperrichtung    vor  gespannt, und ein Strom     fliesst    durch C2.

   Wird die zu  Beginn der positiven Halbwelle an C2 herrschende    Spannung mit     (VC2)"    die Spannung über der Lampe L  mit     VL,    der     Momentanwert    des Lampenstromes mit i  und der     Momentanwert    der angelegten Spannung mit  E -     sin        cut    bezeichnet, so gilt die Beziehung:  
EMI0002.0061     
    Während dieses Intervalls der Halbwelle wird der Strom  durch die Lampe durch den Kondensator C2, d. h. den  Kondensator im andern Zweig bestimmt.  



  Im nächsten Abschnitt der Halbwelle sind Dl und  D4 in     Durchlassrichtung,    D2 und D3 hingegen in     Sperr-          richtung    vorgespannt;     VL    ist kleiner als E -     sin        oot,    und es  gilt die folgende Beziehung:

    E -     sin        asst    =     'Z        -_        VL     Während dieses Abschnitts der Halbwelle erhält die  Lampe direkt über zwei Gleichrichter Energie aus dem  Netz, nämlich über den     Serie-Gleichrichter    im einen  Zweig und den     Nebenschlussgleichrichter    im     andern     Zweig. Nur während dieses     Zeitabschnitts    der Halb  welle ist die     Ballast-Impedanz,    falls vorhanden, wirksam.  



  Im Schlussabschnitt der Halbwelle sind D4 in     Durch-          lassrichtung    und Dl, D2 und D3 in     Sperrichtung'vorge-          spannt.    Bezeichnet man mit     (V.1)1    die Spannung an     C1     mit dem Augenblick, da     VL    besser wird als E -     sin        cot,    so  wird die Situation durch die folgende Gleichung darge  stellt:  
EMI0002.0087     
    Während dieses Teils der Halbwelle wird die Energie  der Lampe aus dem Kondensator C1 im einen Zweig  bezogen und fliesst über den     Nebenschlussgleichrichter     D4 im andern Zweig ab.  



  Im Interesse geringer     Ballast-Verluste    und eines ho  hen Wirkungsgrades ist es zweckmässig, die Lampen  spannung nahe der Speisespannung zu wählen. Der  Strom wird dann teilweise direkt aus dem Netz der  Lampe zugeleitet, wobei er über den     Serie-Gleichrichter     im einen Zweig und den     Nebenschlussgleichrichter    im  andern Zweig fliesst und nur     eine    kleine     Ballast-Impe-          danz    erforderlich ist.

   Die Vorteile eines solchen Betrie  bes sind ein verbesserter Leistungsfaktor gegenüber dem  Betrieb mit     kapazitivem    Ballastmund ein höherer Wir  kungsgrad, verglichen mit der Anwendung üblicher     Bal-          last-Impedanzen,    insbesondere verglichen mit dem Fall,  bei dem die     Ballast-Impedanz    durch einen Widerstand  gebildet ist.  



  In     Fig.    3 ist eine Lampeneinheit, d. h. die Kombina  tion einer Lampe mit einer     Ballast-Schaltung    der be  schriebenen Art dargestellt, welche Einheit besonders im  Hinblick auf hohen Wirkungsgrad,     geringe    Kosten. nied  riges Gewicht und geringen Raumbedarf gestaltet ist.  Die eigentliche Lampe 1 entspricht im allgemeinen einer       400-Watt-Hoclldruck-Quecksilberdampflampe    mit der  Handelsbezeichnung     E400A33-1.    Die Lampe weist eine  äussere, eiförmige Hülle 2 aus     Weichglas    auf.

   Der Hals 3      der Hülle ist in üblicher     \''eise    durch einen eingestülpten  Stempel abgeschlossen, durch welchen sich die Durch  führungsdrähte 4 und 5 erstrecken, von denen der er  stere mit dem isolierten Mittelkontakt 6 und der letztere  mit der Gewindehülse 7 des Sockels, beispielsweise eines  üblichen     Schraubsockels,    verbunden ist. Das innere Ent  ladungsrohr 11 aus Quarz enthält an den gegenüberlie  genden Enden die     Haupt-Entladungselektroden    12 und  13. die auf     bandförmi,.yen        Durchführun,len    angeordnet  sind, welche in den abgeflachten, gequetschten Enden  des Rohres eingeschmolzen sind.

   Jede Elektrode weist  einen Doppelwendel aus     Wolfram-Draht    auf, der mit  einer die Elektronenmission erleichternden Mischung  von     Erdalkali-Owden    aktiviert ist. Eine     Zünd-    oder  Hilfselektrode     14J    befindet sich am     sockelseitigen    Ende  des Entladungsrohres und ist über einen     Strombegren-          zunL,swiderstand        U    mit der Hauptelektrode 13 am     2e-          genüberlie2enden    Ende des Entladungsrohrs verbunden.

    Das Entladungsrohr ist im Aussenkolben durch einen  einseitigen,     stabförmigen    Bügel 16 zentriert, welcher  sich von der Durchführung 4 zu einer Einbuchtung 17  im Scheitel der Aussenhülle erstreckt und diese mit einer  federnden Klemme 18 umfasst. Das Entladungsrohr ist  mit dem Bügel 16 dadurch verbunden, dass die flachge  quetschten Rohrenden zwischen     :Metallbänder    19 und  20 eingespannt sind, welche sich zwischen dem seitlichen  Stab 16 und gegenüberliegenden Enden 21, 22 des Sta  bes erstrecken. Der Stab 16 dient auch als leitende Ver  bindung der Hauptelektrode 13 mit der Durchführung  4, welcher ihrerseits an den Mittelkontakt 6 des Sockels  angeschlossen ist.

   Das Entladungsrohr enthält Quecksil  ber und ein     inertes    Gas, beispielsweise Argon, bei einem  Druck von weniger als 100 mm     Hg.     



  Die Lampe ist in einer Schraubfassung 24 von her  kömmlicher Form eingesetzt, deren Fussteil 25 auf der  Oberseite die Bestandteile der gemischten     Gleichrichter-          Kondensator-Brücke    26 enthält. Die Bestandteile und  Verbindungspunkte der Brücke sind in der     Fig.    3 gleich  bezeichnet wie im Schema nach     Fig.    1. Die Komponen  ten der Brücke sind in einer Vertiefung des Fussteils 25  untergebracht, so dass die gesamte :Anordnung 26 in  einer üblichen Anschlussdose 27 Platz findet.

   Die Kapa  zitäten     C1,    C2 sind durch je zwei     Hochspannunas-Elek-          trolvt-Kondensatoren    gebildet, welche paarweise seitlich  im Fussteil 25 angeordnet sind; die Halbleiterdioden D1  bis     D4    sind im mittleren Raum zwischen den Konden  satoren gruppiert.  



  Die     Ballast-Impedanz    Z ist in Form eines     Wolfram-          Glühfadens    28 vorhanden, der im Raum innerhalb der  Aussenhülle 3, jedoch ausserhalb des Entladungsrohrs  11 montiert ist. Der Glühfaden ist in zwei Abschnitte  28a, 28b aufgeteilt, die in Serie mit Hilfe eines Leiter  bandes 31 zwischen einer Verlängerung 29 der Durch  führung 5 und dem Durchführungsdraht der Hauptelek  trode 12 angeschlossen sind. Beim Start und während  der     Aufheizung    der Lampe sind beide     Glühfadenab-          schnitte    28a und 28b in Serie mit der Lampe zwischen  den Ausgangspunkten j3 und j4 der Brückenschaltung  angeschlossen.

   Dadurch wird der Strom wirksam be  grenzt, und gleichzeitig erzeugt der Glühfaden bereits  Nutzlicht und beschleunigt die     Aufheizung    des Entla  dungsrohres. Mit zunehmender Erwärmung und anstei  gendem Druck im Entladungsrohr ist es zweckmässig,  einen Teil des Glühfadens kurzzuschliessen. Dies erfolgt  durch einen U-förmigen     Bimetallstreifen    32, welcher auf  dem Zuführungsdraht zur Hauptelektrode 12 befestigt  ist und dessen freies Ende mit einem Leiter 33 zusam-         menwirkt,    um bei Erwärmung des Bimetalls einen Kon  takt zur Verbindungsstelle zwischen den     Glühfadenab-          schnitten    28a und 28b herzustellen.

   Dabei wird der Ab  schnitt 28b kurzgeschlossen, und es bleibt während des  Normalbetriebs der Lampe nur der Abschnitt 28a des  Glühfadens in Serie zum Entladungsrohr. Glasperlen 34  bilden isolierende Versteifungen zwischen den Halteorga  nen für die     Glühfadenabschnitte.    Nachstehend sind bei  spielsweise die Betriebsdaten einer Lampeneinheit nach       Fig.3    bei Betrieb an einem Wechselstromnetz von  117,5 V, 60 Hz angegeben:

    
EMI0003.0041     
  
    Lampen-Nennspannung: <SEP> 130 <SEP> V
<tb>  Lampenstrom: <SEP> 2,8 <SEP> A <SEP> (Gleichstrom  mittelwert)
<tb>  Kapazitäten: <SEP> 2 <SEP> v <SEP> 50 <SEP> ,eiF/150 <SEP> V
<tb>  Dioden: <SEP> 4 <SEP> X <SEP> IN4142
<tb>  Ballast-Glühfaden: <SEP> Entsprechend <SEP> einer <SEP> Lampe
<tb>  von <SEP> 1000 <SEP> W, <SEP> 115-120 <SEP> V
<tb>  Bimetallschalter: <SEP> 20 <SEP> V, <SEP> 3A
<tb>  Ballastwirkungsgrad: <SEP> 95 <SEP> 0!o
<tb>  Leistungsfaktor: <SEP> 88 <SEP> 0!o
<tb>  Volumen: <SEP> 32,8 <SEP> cmo
<tb>  Gewicht: <SEP> 142 <SEP> g       Der äquivalente     Xt'iderstand    des Entladungsrohrs be  trägt etwa 40 Ohm und derjenige des Glühfadens etwa  12 Ohm, wenn beide Abschnitte in Serie eingeschaltet  sind.

   Der Widerstand des Abschnittes 28a, bei kurzge  schlossenem Abschnitt 28b, beträgt etwa 3 Ohm bei  Betriebstemperatur. Obschon die Lampeneinheit nach       Fig.    3 mit einem Ballastwiderstand versehen ist, tritt des  sen     Stromre2ulier < virkun(y    gegenüber der Wirkung der  eigentlichen     Ausgleichsbrücke    zurück.

   Dieser Umstand  ermöglicht     einenVWirkuci,.zsUrad    von 95     0'0,    also in der  Grössenordnung von     bekannten    Schaltungen mit reakti  ver     Ballast-Impedanz.        Hingegen        ergaben    die bis anhin  bekannten Kombinationen von     Quecksiiberdampf-Ent-          ladungslampe    und     Ballast-Glühlampe    nur einen     Ballast-          Wirkungsorad    in der     Grössenordnung    von 50 0.,'o, wes  halb die hier beschriebene Anordnung eine vollständig  neue Klasse begründet.  



  Die Lampe nach     FiQ.    3 ist speziell gebaut mit einem  wirksamen     Glühdraht-@V'iderstand    von     weniger    als     1%3     des äquivalenten Widerstandes der Entladungsstrecke  und zum Betrieb mit einer ausgleichenden, gemischten       Gleichrichter-Kondensator-Brücke.    Würde diese Lampe  an einer Netzspannung betrieben, die zur     Ingangsetzung     der Entladung ausreichen würde, so würde der Glühfa  den sofort durchbrennen. Selbstverständlich kann die  dargestellte Lampe mit der     Ballast-SchaltunR    auch zu  einer konstruktiven Einheit verbunden werden, die wie  eine Glühlampe direkt an einem Wechselstromnetz von  z.

   B. 115 bis 120 V, 60 Hz betrieben werden kann.



  Electric Discharge Lamp The invention relates to an electric discharge lamp with a series ballast resistor, which receives its operating current via an AC-fed rectifier-capacitor bridge. According to the invention, such a lamp is characterized in that the equivalent resistance value of the series ballast resistor is less than 1 3a of that of the discharge lamp.

    The equivalent resistance of a discharge lamp is given by the following relationship:
EMI0001.0007
    where R, = equivalent resistance E = voltage across the lamp W = lamp power For certain types of lamps, e.g. B. encased HOClldruckmetallda mpflampen, the required resistance can be formed by a filament which is arranged in the space between the discharge tube and the outer shell; in such cases the filament produces light immediately after switching on the lamp and also accelerates the heating of the lamp.

    In the case of lamps which have a large voltage drop across the discharge path during heating, part or all of the series resistor can be bridged during normal operation.



  The discharge lamp according to the invention is particularly suitable for operation with a circuit arrangement which does not belong to the present invention but is useful for understanding it, which is characterized in that a bridge circuit is connected between the AC input terminals of the circuit arrangement has two branches, each containing a rectifier and a capacitor in series, the rectifiers in the two branches being polarized for opposite current directions, so that each capacitor is bridged with a shunt rectifier,

   polarized opposite to the series rectifier in the same branch, and that the connection points of the series rectifier and the capacitor in each branch form the connection points for a load circuit containing the discharge lamp, the whole thing in such a way that the load circuit is in each case during part of the period of the Operating AC power is received from the input terminals directly through the rectifier.



  In the case of a rectifier-capacitor bridge of the type mentioned, the load circuit with the discharge lamp is operated with a rectified current with a very large ripple. The current flow through the lamp results not only from the discharge, but also from the charging of the capacitors in the bridge circuit. The lamp current has a pronounced alternating component superimposed on the direct current component, the base frequency of which is twice the mains frequency. This mode of operation is possible because the discharge lamp is a load,

   which can assume two different impedance states at a voltage-dependent transition point, which results in an energy supply after the lamp with a high degree of efficiency.



  A special feature of this circuit is that the amount of additional ballast or the partial current regulation. which can be achieved with a series impedance to the lamp in the load circuit is relatively low. The energy converted in such an impedance can generally be less than a third of the energy converted in the lamp.

   It is therefore entirely advisable to use an ohmic resistor, in particular a filament, for this purpose, although the overall efficiency is the same or better than when using a conventional, reactive ballast impedance. An embodiment of the subject matter of the invention is explained in more detail below in connection with the drawing. Corresponding parts are labeled with the same reference numbers in the different felts.



       Fiz. 1 is the circuit diagram of a ballast circuit in connection with a discharge lamp, Fig. 2a, b and c are equivalent circuit diagrams for the circuit of Fig. 1 during different sections of the AC cycle, and Fig. 3 illustrates an example of a high pressure mercury vapor lamp in connection with the Ballast switching :; and with partly new resistance ballast.



  The equalizing or hybrid rectifier-capacitor bridge according to Fiu. 1 consists of two branches, each of which contains a rectifier in series with a capacitor between the input points j1, j2 and a shunt rectifier bridging the capacitor. In the two branches, the series rectifiers are polarized with opposite forward direction. The shunt rectifier in each branch is polarized opposite to the @serial rectifier in the same branch.

   As shown, the terminals S1, S2 of the AC network are connected to the input points j1, j2. One branch contains the rectifier D1 in series with the capacitor C1, D1 being polarized in this way. that it derives the current from point j1; the shunt rectifier D3 is polarized opposite to the series rectifier D1.

   The other branch contains the rectifier D2 in series with the capacitor C2, D2 being polarized for the current flow to the point j1; the shunt rectifier D4 is polarized opposite to the series rectifier D2 in the same branch. The rectifiers are preferably formed by semi-conductor diodes with good efficiency, for example silicon diodes, and electrolytic capacitors can be used as capacitors. The circuit can also be described as a full-wave rectifier bridge, in which a capacitor is connected between each output terminal and one of the input terminals.



  The connection points j3 and j4 between the series diode and capacitor in each branch form the output points between which the load circuit is connected. The load circuit contains the actual load L and in series with this possibly a ballast impedance Z to achieve a certain additional current regulation. The actual load L is formed by a discharge lamp which, as is known, has negative impedance characteristics in the 12ez: indeten state.

   Since the series impedance Z only has to take over a partial current regulation, this can easily be formed by a tungsten wire, for example in the form of a separate incandescent lamp or also as part of the discharge lamp unit.



  2a, 2b and 2c represent equivalent circuit diagrams which illustrate the state of the bridge circuit according to FIG. 1 during different sections of the alternating current half-wave, in which the Mo mentanwert of the alternating voltage at terminal S1 is positive (the polarity is through in the usual way indicated by the arrow between the input terminals). During a first part of the half-wave, D1 is biased in the forward direction and D2, D3 and D4 in the reverse direction, and a current flows through C2.

   If the voltage prevailing at C2 at the beginning of the positive half-cycle is denoted by (VC2) "the voltage across the lamp L is denoted by VL, the instantaneous value of the lamp current is denoted by i and the instantaneous value of the applied voltage is denoted by E - sin cut, then the relation applies
EMI0002.0061
    During this interval of the half cycle, the current through the lamp is passed through the capacitor C2, i. H. determines the capacitor in the other branch.



  In the next section of the half-wave, D1 and D4 are biased in the forward direction, while D2 and D3 are biased in the reverse direction; VL is less than E - sin oot, and the following relationship holds:

    E - sin asst = 'Z -_ VL During this section of the half-wave, the lamp receives energy from the network directly via two rectifiers, namely via the series rectifier in one branch and the shunt rectifier in the other branch. The ballast impedance, if any, is only effective during this time segment of the half-wave.



  In the final section of the half-wave, D4 are biased in the forward direction and D1, D2 and D3 in the reverse direction. If (V.1) 1 denotes the voltage at C1 at the moment when VL becomes better than E - sin cot, the situation is represented by the following equation:
EMI0002.0087
    During this part of the half-cycle, the energy of the lamp is drawn from the capacitor C1 in one branch and flows away via the shunt rectifier D4 in the other branch.



  In the interest of low ballast losses and a high efficiency, it is useful to choose the lamp voltage close to the supply voltage. The current is then partly fed directly from the mains to the lamp, flowing via the series rectifier in one branch and the shunt rectifier in the other branch and only a small ballast impedance is required.

   The advantages of such an operation are an improved power factor compared to operation with a capacitive ballast mouth and a higher degree of efficiency compared with the use of conventional ballast impedances, especially compared with the case in which the ballast impedance is formed by a resistor.



  In Fig. 3, a lamp unit, i. H. the combina tion of a lamp with a ballast circuit of the type described be shown, which unit, especially in terms of high efficiency, low cost. low weight and small footprint is designed. The actual lamp 1 generally corresponds to a 400 watt high pressure mercury vapor lamp with the trade name E400A33-1. The lamp has an outer, egg-shaped shell 2 made of soft glass.

   The neck 3 of the shell is completed in the usual \ `` ice by an inverted punch through which the lead wires 4 and 5 extend, of which he stere with the isolated center contact 6 and the latter with the threaded sleeve 7 of the base, for example a conventional screw base. The inner discharge tube 11 made of quartz contains at the opposite ends the main discharge electrodes 12 and 13, which are arranged on band-shaped, .yen bushings, which are fused in the flattened, pinched ends of the tube.

   Each electrode has a double helix made of tungsten wire, which is activated with a mixture of alkaline earth metal owden, which facilitates electron emission. An ignition or auxiliary electrode 14J is located at the end of the discharge tube on the base side and is connected to the main electrode 13 at the opposite end of the discharge tube via a current limiting resistor U.

    The discharge tube is centered in the outer bulb by a one-sided, rod-shaped bracket 16 which extends from the passage 4 to an indentation 17 in the apex of the outer shell and surrounds it with a resilient clamp 18. The discharge tube is connected to the bracket 16 in that the flattened tube ends are clamped between: metal strips 19 and 20 which extend between the lateral rod 16 and opposite ends 21, 22 of the rod. The rod 16 also serves as a conductive connection between the main electrode 13 and the bushing 4, which in turn is connected to the center contact 6 of the base.

   The discharge tube contains mercury and an inert gas, such as argon, at a pressure of less than 100 mm Hg.



  The lamp is inserted in a screw socket 24 of conventional form, the base part 25 of which contains the components of the mixed rectifier-capacitor bridge 26 on the upper side. The components and connection points of the bridge are identified in FIG. 3 in the same way as in the diagram of FIG. 1. The components of the bridge are housed in a recess in the base part 25, so that the entire arrangement 26 can be accommodated in a conventional junction box 27 .

   The capacities C1, C2 are each formed by two high-voltage electrical capacitors, which are arranged in pairs on the side of the base part 25; the semiconductor diodes D1 to D4 are grouped in the central space between the capacitors.



  The ballast impedance Z is present in the form of a tungsten filament 28, which is mounted in the space inside the outer shell 3, but outside the discharge tube 11. The filament is divided into two sections 28a, 28b, which are connected in series with the aid of a conductor strip 31 between an extension 29 of the implementation 5 and the leadthrough wire of the main electrode 12. When the lamp is started and while it is heating up, the two filament sections 28a and 28b are connected in series with the lamp between the starting points j3 and j4 of the bridge circuit.

   This effectively limits the current, and at the same time the filament already generates useful light and accelerates the heating of the discharge tube. With increasing heating and rising pressure in the discharge tube, it is useful to short-circuit part of the filament. This is done by means of a U-shaped bimetal strip 32 which is attached to the lead wire to the main electrode 12 and whose free end interacts with a conductor 33 in order to establish contact with the connection point between the filament sections 28a and 28b when the bimetal is heated .

   From the section 28b is short-circuited, and only the section 28a of the filament in series with the discharge tube remains during normal operation of the lamp. Glass beads 34 form insulating stiffeners between the holding organs for the filament sections. For example, the operating data of a lamp unit according to Fig. 3 for operation on an alternating current network of 117.5 V, 60 Hz are given below:

    
EMI0003.0041
  
    Nominal lamp voltage: <SEP> 130 <SEP> V
<tb> lamp current: <SEP> 2.8 <SEP> A <SEP> (average direct current)
<tb> Capacities: <SEP> 2 <SEP> v <SEP> 50 <SEP>, eiF / 150 <SEP> V
<tb> Diodes: <SEP> 4 <SEP> X <SEP> IN4142
<tb> Ballast filament: <SEP> Corresponding to <SEP> of a <SEP> lamp
<tb> from <SEP> 1000 <SEP> W, <SEP> 115-120 <SEP> V
<tb> Bimetal switch: <SEP> 20 <SEP> V, <SEP> 3A
<tb> Ballast efficiency: <SEP> 95 <SEP> 0! o
<tb> Power factor: <SEP> 88 <SEP> 0! o
<tb> Volume: <SEP> 32.8 <SEP> cmo
<tb> Weight: <SEP> 142 <SEP> g The equivalent Xt 'resistance of the discharge tube is about 40 ohms and that of the filament is about 12 ohms when both sections are connected in series.

   The resistance of section 28a, with short-circuited section 28b, is about 3 ohms at operating temperature. Although the lamp unit according to FIG. 3 is provided with a ballast resistor, its current regulator is less than the effect of the actual equalizing bridge.

   This circumstance enables a VKI, .zsUrad of 95 0'0, i.e. in the order of magnitude of known circuits with reactive ballast impedance. In contrast, the combinations of mercury vapor discharge lamp and ballast incandescent lamp known to date only resulted in a ballast effect wheel in the order of magnitude of 50%, which is why the arrangement described here constitutes a completely new class.



  The lamp according to FiQ. 3 is specially built with an effective filament @ V 'resistance of less than 1% 3 of the equivalent resistance of the discharge path and for operation with a compensating, mixed rectifier-capacitor bridge. If this lamp were operated on a mains voltage that would be sufficient to start the discharge, the incandescent filament would burn out immediately. Of course, the lamp shown can also be connected to the ballast circuit to form a structural unit which, like an incandescent lamp, is directly connected to an alternating current network of e.g.

   B. 115 to 120 V, 60 Hz can be operated.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Elektrische Entladungslampe mit einem Serie-Bal- lastwiderstand, die über eine wechselstromgespeiste Gleichrichter-Kondensator-Brücke ihren Betriebsstrom erhält, dadurch gekennzeichnet, dass der äquivalente Widerstandswert des Serie-Ballastwiderstandes (Z) weni ger als ' 3 desjenigen der Entladungslampe (L) beträgt. UNTERANSPRÜCHE 1. PATENT CLAIM Electric discharge lamp with a series ballast resistor which receives its operating current via an AC-fed rectifier-capacitor bridge, characterized in that the equivalent resistance value of the series ballast resistor (Z) is less than 3 of that of the discharge lamp (L) . SUBCLAIMS 1. Entladungslampe mit Ballastwiderstand nach Pa tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der äquiva lente Widerstandswert des Serie-Ballastwiderstandes (Z) weniger als 'ho desjenigen der Entladungslampe (L) be- träst. 2. Discharge lamp with ballast resistor according to patent claim, characterized in that the equivalent resistance value of the series ballast resistor (Z) is less than that of the discharge lamp (L). 2. Entladungslampe mit Ballastwiderstand nach Pa tentanspruch oder Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch eine Doppelhülle, bei welcher in einer Aussenhülle (2) ein Hochdruck-Metalldampf-Entladungsrohr (11) angeordnet ist, dessen Ausschlüsse (4, 5) durch die Aus senhülle hindurchìeftihrt sind, und bei welcher die Aus- senhülle ferner im Raum zwischen ihr und dem Entla dungsrohr einen Widerstands-Glühdraht (28) enthält, der in Serie zum Entladungsrohr (11) zwischen dessen Anschlüssen (4, 5) geschaltet ist. 3. Discharge lamp with ballast resistor according to claim or dependent claim 1, characterized by a double envelope in which a high-pressure metal vapor discharge tube (11) is arranged in an outer envelope (2), the exclusions (4, 5) of which are guided through the outer envelope, and in which the outer shell also contains a resistance filament (28) in the space between it and the discharge tube, which is connected in series with the discharge tube (11) between its connections (4, 5). 3. Entladungslampe mit Ballastwiderstand nach Un teranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wider standswert des Glühdrahtes (28) bei Betriebstemperatur weniger als 's des äquivalenten Widerstandswertes des Entladungsrohres (11) beträgt. Discharge lamp with ballast resistor according to claim 2, characterized in that the resistance value of the glow wire (28) at operating temperature is less than the equivalent resistance value of the discharge tube (11).
CH281769A 1966-02-01 1967-01-27 Electric discharge lamp CH492378A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0011508A1 (en) * 1978-11-20 1980-05-28 Pracdes Pty. Limited A method for determining the values of components for a control circuit for a gas discharge lamp

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