DE1589163B1

DE1589163B1 - Betriebsanordnung fuer elektrische entladungslampe

Info

Publication number: DE1589163B1
Application number: DE19671589163
Authority: DE
Inventors: Lake William Harold
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-02-01
Filing date: 1967-01-28
Publication date: 1970-12-23
Also published as: CH489176A; SE337627B; AT274139B; ES336104A1; JPS5324755B1; GB1099753A

Description

wird jedoch der Entladungslampe ein gleichgerichte- 15 der Netzspannung und der Lampenspannung verkleiter Strom mit einer sehr hohen Welligkeit zugeführt, nert ist, so daß die Vorschaltimpedanz kleiner bemesda der Lampenstrom eine sehr ausgeprägte Wechsel- sen werden kann. Da als Vorschaltimpedanz auch Stromkomponente mit einer Grundfrequenz von dop- ein ohmscher Widerstand einsetzbar ist, wird einerpelter Netzfrequenz aufweist, wobei die Wechsel- seits der Wirkungsgrad der Anordnung erhöht und Stromkomponente der Gleichstromkomponente über- 20 andererseits der Leistungsfaktor verbessert. Darüber lagert ist. Zur Glättung des gleichgerichteten Stromes hinaus ist eine bisher üblicherweise verwendete Glätwird der Entladungslampe eine Drossel vorgeschaltet. tungsdrossel überflüssig, und da die eingesetzten Kon-Ferner ist aus der österreichischen Patentschrift densatoren nicht periodisch mit Netzfrequenz umge-160 354 bekannt, die üblicherweise vor eine Ent- polt werden, sind Elektrolytkondensatoren verwendladungslampe geschaltete Stabilisierungsimpedanz als 35 bar, die sich durch geringen Raumbedarf, kleines Glühfaden auszuführen, der im Lampenkolben ange- Gewicht und günstigen Herstellerpreis auszeichnen, ordnet wird. Diese bekannte Anordnung besteht aus Die oben beschriebene Anordnung wird nun an

einer mit doppeltem Kolben versehenen Entladungs- Hand der folgenden Beschreibung und der Zeichnunlampe, die eine Hochdruck-Metalldampfröhre mit gen näher erläutert. In den Zeichnungen sind entinnerhalb des äußeren Kolbens zugänglichen Elek- 30 sprechende Elemente mit gleichen Bezugszahlen betroden sowie luftdicht in den äußeren Kolben einge- zeichnet.

Fig. 1 ist ein Schaltschema der oben beschriebenen Betriebsanordnung mit einer Hybrid-Gleichrichter-Kondensator-Brücke für den Betrieb einer Entladungslampe;

Fig. 2a, 2b und 2c sind Ersatzschaltbilder des Stromkreises der F i g. 1 während verschiedener Phasen der Wechselstromperiode;

F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform einer aus Hoch-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- 40 druck-Quecksilberdampf-Lampe und Betriebsanordlöst, daß in jedem Stromzweig zu dem Kondensator nung bestehenden Kombination mit teilweiser Widerstandsstrombegrenzung.

Der in Fig. 1 dargestellte Hybrid-Gleichrichter-Kondensator-Brückenkreis enthält zwei Zweige, von 45 denen jeder zwischen den Brückeneingangspunkten /1 und )2 einen Gleichrichter und einen damit in Reihe geschalteten Kondensator sowie einen Überbrückungsgleichrichter in Parallelschaltung zu dem Kondensator enthält. Die Gleichrichter in den beiden samtwirkungsgrad wird dabei trotzdem gleich oder 50 Zweigen sind für Stromleitung in entgegengesetzten oberhalb dessen gehalten, der mit üblichen Reaktanz- Richtungen gepolt. Der Überbrückungsgleichrichter

in jedem Zweig ist so gepolt, daß er in entgegengesetzter Richtung wie der Gleichrichter in demselben Zweig leitend ist. Wie dargestellt, ist die Wechsel-Stromnetzspannung an den Klemmen Sl und .52 den Eingangspunkten /1 und /2 zugeführt. Der eine Zweig enthält den Gleichrichter D1 und den Kondensator Ci, wobei Dl so gepolt ist, daß es Stromfluß von dem Einganiispunkt/'l zuläßt; der Überbrückungsgleichrichter D 3 ist entgegengesetzt zu dem Gleichrichter D1 gepolt. Der andere Brückenzweig enthält den Gleichrichter D 2 und den Kondensator C 2, wobei D 2 so gepolt ist, daß er Stromfluß auf den Brükkenanschlußpunkt /1 hin zuläßt; der Überbrtickungs-

Hochdruck-Metalldampflampen mit einer Schutz- 65 gleichrichter D4 ist entgegengesetzt zu dem Gleichhülle, der Vorschaltwiderstand als Glühlampenfaden richterD2 in demselben Zweig gepolt. Die Gleichausgebildet und in dem Zwischenraum zwischen der richter sind Halbleiterdioden mit hohem Wirkungsgrad, inneren Entladungsröhre und der äußeren Schutz- z. B. Siliziumdioden, und die Kondensatoren kön-

führten Zuleitungsdrähten besitzt und bei der ein in dem äußeren Kolben angeordneter Glühfaden in Reihenschaltung mit der Entladungsröhre an die Zuleitungsdrähte angeschlossen ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Betriebsanordnung für Entladungslampen zu schaffen, die der Entladungslampe eine möglichst glatte Gleichspannung zuführt.

ein Überbrückungsgleichrichter parallel geschaltet ist, der jeweils so gepolt ist, daß er im Vergleich mit dem in demselben Zweig angeordneten Gleichrichter in umgekehrter Richtung leitend ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der oben beschriebenen Anordnung kann in dem Verbraucherkreis ein ohmscher Vorschaltwiderstand mit der Entladungslampe in Reihe geschaltet werden. Der Ge-

Vorschaltgeräten erzielt wird. Der ohmsche Widerstand des Glühlampenfadens ist im allgemeinen kleiner als ein Drittel des Ersatzwiderstandes der Entladungslampe entsprechend der Gleichung

W
wobei

R_eil — der äquivalente Widerstand, E = die Spannung an der Lampe, W — die in der Lampe verbrauchte Leistung ist.

Ferner kann bei gewissen Lampenarten, wie z. B.

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nen polarisierte oder elektrolytische Kondensate- Während dieses Teiles der Periode erhält die

ren sein. Der Stromkreis kann auch als eine Vollweg- Lampe ihre Energie aus dem Kondensator C1 in dem gleichrichterbrücke angesehen werden, bei der ein einen Zweig, wobei der Strom dann über den Über-Paar von Kondensatoren zwischen die zugeordneten brückungsgleichrichter D 4 in dem anderen Zweig Abnahmepunkte und einen der Eingangspunkte an- 5 verläuft. Für minimale Vorschaltgerätverluste und geschlossen sind. maximalen Wirkungsgrad ist es wünschenswert, mit

Die Verbindungspunkte zwischen Gleichrichter und einer Lampenspannung zu arbeiten, die nahe der Kondensator in jedem Zweig, nämlich /3 und /4, die Netzspannung liegt. Ein Teil des Stromes wird dann als zugeordnete Abnahmepunkte bezeichnet sind, die- direkt vom Netz abgenommen und fließt zur Lampe nen zum Anschluß des Verbraucher- oder Belastungs- io über den Gleichrichter in einem Zweig und gleichkreises. Der Belastungskreis enthält die eigentliche zeitig über den Überbrückungsgleichrichter in dem Belastung L und wahlweise einen mit ihr in Reihe anderen Zweig.

geschalteten ohmschen Vorschaltwiderstand Z zur Eine Beleuchtungseinheit, d. h. eine Kombination

Erzeugung einer geringen zusätzlichen Stromregulie- von Vorschaltgerät und Lampe, unter Verwendung rung. Die Belastung L ist eine Entladungslampe, die 15 der oben beschriebenen Anordnung mit den Vorteiim Voll-Leitungszustand bekanntlich eine negative len eines hohen Wirkungsgrads, niedriger Kosten, Impedanzcharakteristik hat. Da der Vorschaltwider- geringen Gewichts und kleiner Abmessungen ist in stand nur zur teilweisen Stromregulierung dient, ist Fig. 3 dargestellt. Die eigentliche Lampe 1 entspricht es ohne weiteres möglich, für ihn einen Wolfram- im allgemeinen einer 400-Watt-Hocndruck-Queck-Glühfaden zu benutzen, der eine getrennte Glüh- ao silberdampf-Lampe. Sie enthält ein Schutzgehäuse, lampe sein oder wahlweise einen Teil der Entladungs- das aus dem äußeren eiförmigen Kolben 2 aus Weichlampeneinheit bilden kann. glas besteht. Der Hals 3 des äußeren Kolbens ist Fig. 2a, 2b und 2c sind Ersatzstromkreise, die durch einen üblichen umgebördelten Röhrenfuß abdie Verhältnisse in dem Brückenkreis der Fig. 1 geschlossen, in dem verhältnismäßig steife Zuleitungswährend verschiedener Phasen einer Halbwelle wie- 35 drähte 4 und 5 eingeschmolzen sind, von denen der dergeben, bei der die der Klemme 51 zugeführte eine mit dem isolierten Mittelkontakt 6 und der Wechselspannung positiv ist, wobei die Polarität in andere mit dem Schraubgewinde 7 des Sockels verüblicher Weise durch den Pfeil angedeutet ist. Zu bunden ist, der von üblicher Schraubkonstruktion Beginn der Halbwelle leitet Dl in Vorwärtsrichtung, sein kann. Die innere Entladungsröhre 11 aus Quarz während D 2, D 3 und D 4 gesperrt sind, und infolge- 30 hat an gegenüberliegenden Enden Hauptentladungsdessen fließt der Strom durch Cl. Es sei (F_c„)₀ die elektroden 12 und 13, deren bandförmige Zuführun-Restspannung auf dem Kondensator C 2 bei Beginn gen in die abgeflachten Enden der Röhre hermetisch der positiven Halbwelle, V₁ die Spannung an der eingepreßt sind. Jede Elektrode hat eine doppelte Lampe L, / der augenblickliche Lampenstrom und Wolframdrahtspiraie, die mit Elektronen emittieren- E sin ω / die augenblickliche zugeführte Spannung; 35 den Mischungen von Erdalkalioxyden aktiviert ist. dann können die Verhältnisse durch die folgende Eine Zündelektrode 14 ist auf dem Sockelende der Gleichung ausgedrückt werden: Entladungsröhre angeordnet und mit der Hauptelek-

„ trode 13 am anderen Ende der Röhre über einen

E sin ω ί = /Z + V_L + -~-fidt — (C ,) Strombegrenzungswiderstand 15 verbunden. Die Ent-

CJ '' °' 40 ladungsröhre 11 ist innerhalb des äußeren Kolbens

mittels eines eine durchgehende Seitenstange enthal-

Während dieses Teiles der Halbwelle wird der tenden Gestells 16 getragen, das sich von dem Zu-Strom durch die Lampe durch den Kondensator C 2 leitungsdraht 4 zu einer Einbuchtung des Kolbens 17 beeinflußt, d. h. durch den Kondensator in dem an- an dem freien Ende des äußeren Lampenkolbens erderen Zweig. 45 streckt und an der Einbuchtung durch eine Feder-

Während des nächsten Teiles der Periode sind D1 klemme 18 gehalten wird. Die Entladungsröhre ist und /K- leitend, und D 2 und D 3 sind gesperrt. V_L an dem Gestell dadurch gehalten, daß seine abgeflachist kleiner als E sin ω t, und die Verhältnisse können ten Enden zwischen Metallbändern 19 und 20 eingedurch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: klemmt sind, die sich von der durchgehenden Seiten-

50 stange auf entsprechende abgebogene Enden 21, 22

E sin wt = iZ + V_L . der Seitenstange 16 erstrecken. Die Seitenstange 16

dient als elektrische Verbindung zwischen der Haupt-

Während dieses Teiles der Periode erhält die elektrode 13 und dem Zuleitungsdraht 4, der seiner-Lampe Energie direkt von dem Netz über zwei seits die Verbindung mit dem Mittelkontakt 6 des Gleichrichter, nämlich den Reihengleichrichter in 55 Lampensockels herstellt. Die Entladungsröhre 11 entdem einen Zweig und den Überbrückungsgleichrich- hält einen üblichen Quecksilbervorrat und ein neuter in dem anderen Zweig. Nur während dieses Teiles trales Gas, ζ. B. Argon, bei einem Druck von weniger der Periode ist der Vorschaltwiderstand Z, falls er als 100 mm Quecksilbersäule, verwendet wird, wirksam. Wie dargestellt, sitzt die Lampe 1 in einer üblichen

In dem letzten Teil der Periode ist D 4 leitend und 60 mit Schraubgewinde versehenen Fassung 24 mit einem Dl, Dl und D 3 sind gesperrt. Es sei (V^)₁ die Fußteil 25, auf dessen oberer Seite die Einzelteile der Spannung an dem Kondensator CI in dem Augen- Gleichrichter-Kondensatorbrücke 26 montiert sind, blick, wo V,_ größer wird als Esinwf, und die Ver- Um den Vergleich mit Fig. 1 zu erleichtern, sind die hältnisse können dann durch die folgende Gleichung Teile und Verbindungspunkte der Brücke in Fig. 3 dargestellt werden: 65 mit denselben Bezugszeichen versehen wie in dem

j * Schaltschema der Fig. 1. Die Einzelteile sind dicht

Vi\iZ-\- //d/ -(Ff₁), ---(). zusammen auf der Oberseite des Fußteils 25 mon-

C J tiert, so daß die gesamte Gerätegruppe 26 sich leicht

Claims

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in einen üblichen elektrischen, schematisch dargestell- schaltgerät-Wirkungsgrade im Bereich von 50 %. Inten Verteilerkasten 27 einsetzen läßt. folgedessen sind die oben beschriebenen Anordnun-

Jeder der Kondensatoren Cl, C2 besteht aus gen in einer vollständig anderen Klasse, einem Paar von elektrolytischen Kondensatoren, die Die Lampe nach Fig. 3, die einen wirksamen nebeneinander ganz außen auf dem Fußteil 25 mon- 5 Glühfadenwiderstand von weniger als einem Drittel tiert sind. Die Halbleiterdioden D1 bis D 4 sind in des Ersatzwiderstandes der Entladungsröhre hat, ist der Mitte zwischen den Kondensatoren zusammenge- besonders für Betrieb mittels einer Hybrid-Gleichfaßt. richter-Kondensator-Brücke bemessen. Würde diese Der Vorschaltwiderstand Z ist als Wolfram-Glüh- Lampe an ein Netz angeschlossen, dessen Spannung faden 28 ausgebildet, der in dem Lampenraum zwi- io genügend hoch ist, um die Entladung zu zünden, so sehen dem äußeren Kolben 2 und der inneren Ent- würde der Glühfaden sofort ausbrennen. Selbstverladungsröhre 11 angeordnet ist. Der Glühfaden be- ständlich kann die dargestellte Lampe mit Vorschaltsteht aus zwei Teilen 28 a, 28 6, die dauernd mitein- gerät auch als Einheit ausgebildet werden, um sie ander in Reihenschaltung zwischen einer Verlange- wie eine Glühlampe direkt an ein 115- bis 120-Voltrung 29 der Zuführung 5 und — mittels eines Ban- 15 60-Hz-Wechselstromnetz anschließen zu können, des 31 — der Zuführung zu der Hauptelektrode 12
liegen. Beim Zünden und während der Aufwärmzeit

liegen beide Abschnitte 28 a und 28 & in Reihe mit Patentansprüche: der Lampe an den zugeordneten Abnahmepunkten

/3 und /4 der Brücke. Auf diese Weise ist der Strom 30 1. Betriebsanordnung für eine elektrische Entwirksam begrenzt, und gleichzeitig wird von dem ladungslampe mit einer Gleichrichter-Konden-Glühfaden nutzbares Licht abgegeben und die Auf- sator-Brücke aus zwei Stromzweigen, von denen wärmzeit der Entladungsröhre verkürzt. Beim Auf- jeder einen Gleichrichter und einen Kondensator wärmen und mit Zunahme des Dampfdruckes in der in Reihenschaltung zwischen Wechselstromein-Entladungsröhre ist es erwünscht, einen Teil des as gangsklemmen aufweist, wobei die Gleichrichter Glühfadens auszuschalten. Dies erfolgt mittels eines so gepolt sind, daß sie in den zwei Stromzweigen U-förmigen Bimetallstreifens 32, der an der Zuleitung in entgegengesetzter Richtung leitend sind, bei zur Elektrode 12 montiert ist und dessen freies Ende der ein Verbraucherkreis mit der elektrischen bei Erwärmung den Leiter 33 berührt, der elektrisch Entladungslampe an zwei Verbindungspunkte anmit der Verbindungsstelle der Glühfadenteile 28 a 30 schließbar ist, die je auf einem der zwei Strom- und 28 & verbunden ist. Auf diese Weise wird der zweige jeweils zwischen dem Gleichrichter und Abschnitt 28b kurzgeschlossen, und nur der Ab- dem Kondensator liegen, dadurch gekennschnitt 28a bleibt wirksam in Reihe mit der Ent- zeichnet, daß in jedem Stromzweig zu dem ladungsröhre 11 während des normalen Betriebes der Kondensator (Cl, C2) ein Überbrückungsgleich-Lampe. Glasperlen 34 dienen zur Isolierung der Trä- 35 richter (D 3, D 4) parallel geschaltet ist, der jeweils ger für die beiden Glühfadenabschnitte. so gepolt ist, daß er im Vergleich mit dem in Die Bemessungswerte und die Leistungscharakte- demselben Zweig angeordneten Gleichrichter ristiken der Beleuchtungseinheit nach Fi g. 3 bei Be- (Dl, D 2) in umgekehrter Richtung leitend ist. trieb mit 117,5 Volt und 60 Hz Wechselstrom sind in 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch geder folgenden Tabelle enthalten. 40 kennzeichnet, daß in dem Verbraucherkreis in *™-.r , ^r Reihe mit der Entladungslampe (L) ein ohmscher

Lampenspannung 130 Volt Neuspannung Vorschaltwiderstand (Z; 28 a, 28 6) angeordnet ist.

Lampenstrom 2,8 Amp. Gleichstrom- 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge-

Mittelwert kennzeichnet, daß der Ersatzwiderstand des VorKondensatoren 2 Stck. je 50 μΡ/150 V 45 Schaltwiderstandes (Z; 28 α, 286) kleiner als ein

Vorschaltglühfäden ... entspricht einer 1000-Watt- Drittel des Ersatzwiderstandes der Entladungs-

115- bis-120-Volt-Lampe lampe (L; 11) ist.

Bimetallschalter 20 Volt, 3 Amp. . ⁴· Anordnung nach Anspruch 2, dadurchι ge-

„,. , jjx, kennzeichnet, daß der Ersatzwiderstand des VorWirkungsgrad des Vor- ₅₀ schaltwiderstandes (Z; 28 a, 28 6) kleiner als un-

scnaltgerates ys /0 _{gefähr ein Ze}fintel des Ersatzwiderstandes der

Leistungsfaktor 88 % Entladungslampe (L; 11) ist.

Volumen 32,8 cm³ 5. Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1

Gewicht 142 g bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dop- '

55 poltern Kolben versehene Entladungslampe (1)

Der Ersatzwiderstand der Entladungsröhre ist etwa eine Hochdruck-Metalldampf röhre (11) mit in-

40 Ohm und der Ersatzwiderstand des Glühfadens nerhalb des äußeren Kolbens (2) zugänglichen

etwa 12 Ohm, wenn beide Abschnitte in Reihe arbei- Elektroden (12,13) sowie luftdicht in den äuße-

ten. Der verbleibende Widerstand des Abschnittes ren Kolben eingeführten Zuleitungsdrähten (4,5)

a, wenn der Abschnitt 286 kurzgeschlossen ist, 60 besitzt und daß ein in dem äußeren Kolben (2)

beträgt etwa 3 Ohm bei Betriebstemperatur. Obwohl angeordneter Glühfaden (28 a, 28 b) als Vorschalt-

ein ohmsches Vorschaltgerät für die Beleuchtungs- widerstand in Reihenschaltung mit der Entla-

einheit der Fig. 3 vorgesehen ist, ist dies für den dungsröhre (U) an die Zuleitungsdrähte (4,5) an-

Stromregeleinfluß auf die eigentliche Hybridbrücke geschlossen ist.

von sekundärer Bedeutung. Dies ist der Grund, 65 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gewarum ein Wirkungsgrad von 95% erreicht wird. kennzeichnet, daß ein Teil (28 b) des Glühfadens Die bisher gebrauchten Mischleuchten mit Queck- (28 a, 286) bei Betrieb der Lampe und einer vorsilber-Entladungslampe und Glühlampen hatten Vor- gebbaren Betriebstemperatur automatisch (32,33)

kurzschließbar ist und der verbleibende Teil (28 a) bei Betriebstemperatur einen Ersatzwiderstand von etwa 3 Ohm bei einem Ersatzwiderstand einer Entladungsröhre von etwa 40 Ohm besitzt.

7. Beleuchtungseinheit unter Verwendung der Anordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenanordnung räumlich mit dem Lampenhalter oder -sockel vereinigt ist (F i g. 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 522/171