DE3605266C2 - Vorrichtung zum Begrenzen von Stromstößen in einer mit Gleichstrom betriebenen Glühlampe, insb. zum Begrenzen des Bogenentladungsstromes - Google Patents
Vorrichtung zum Begrenzen von Stromstößen in einer mit Gleichstrom betriebenen Glühlampe, insb. zum Begrenzen des BogenentladungsstromesInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung
zum Begrenzen von Stromstößen, die in einem Stromkreis mit einer mit Gleichstrom
betriebenen Glühlampe auftreten können.
Diese Einrichtung dient zum Begrenzen eines Bogenentladungsstroms,
der z. B. in der mit Gleichstrom betriebenen Glühlampe beim Abreißen
des Glühfadens auftreten kann oder allgemein zum Begrenzen
eines Stromstoßes durch den Glühfaden der Lampe.
Wenn eine Glühlampe mit einem Gleichstrom betrieben wird,
um eine flackerfreie Beleuchtung mit großer Helligkeit
zu erreichen, tritt bei einem Abreißen des Glühfadens sofort
ein Lichtbogen auf, der einen verhältnismäßig hohen Entladungsstrom
in der Gasfüllung bewirkt.
Der Lichtbogen tritt fast unter einer Kurzschlußbedingung
auf, weil der Widerstand des Stromkreises während der Entladung
außerordentlich gering ist. Messungen haben
gezeigt, daß der entsprechende Entladungsstrom bis zu 200 Ampere betragen kann,
wenn der Glühfaden einer 60-Watt-Glühlampe während des Betreibens
mit einer Gleichspannung von 130 Volt abreißt. Der Bogenentladungsstrom
zerstört sofort Teile des Schaltkreises.
Die DE-OS 34 21 961 zeigt eine Schaltungsanordnung zur
Unterdrückung des Einschaltstroms in einem elektrischen
Stromkreis, der insbesondere eine Glühlampe enthält, die mit
Gleichstrom eines Diodengleichrichters betrieben wird, und
die so angeordnet ist, daß ein Wechselstrom nach dem Einschalten
des Netzschalters über einen Widerstand an die Last
während der Zeitdauer geführt wird, die durch ein Zeitkonstantenglied
bestimmt wird, und wobei der Betriebsstrom nach
dem Ende dieser Zeitdauer der Last zugeführt wird, wobei der
Thyristor den Glühlampen-Widerstand zunächst wirksam werden läßt und ihn
dann kurzschließt. Nachteilig bei dieser bekannten Schaltung
ist, daß eine Begrenzung des Entladungsstroms bei dem Abriß
einer Glühlampenwendel während des Betriebs der Lampe nicht
durchgeführt wird, so daß in diesem Fall mit einer Zerstörung
der Schaltung zu rechnen ist.
Die DE-AS 11 20 013 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Verringerung
des Anlaufstroms von Glühlampen, um den unterschiedlichen
Widerständen der Glühlampenwendel beim Übergang
vom kalten zum warmen Zustand gerecht zu werden. Dabei wird
ein der Last vorgeschalteter Widerstand nach Ablauf einer
vorbestimmten Zeit mittels eines Schaltrelais überbrückt, so
daß dann der volle Laststrom an der Last anliegt. Nachteilig
ist auch hier, daß kein Mittel zur Begrenzung eines Bogenentladungsstroms
vorgesehen ist, so daß beim Reißen einer Glühwendel
mit der Zerstörung der Schaltung zu rechnen ist.
Aus Tietze, U., Schenk, Ch.: Halbleiter-Schaltungstechnik,
Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1976, S. 29-
S. 49, sind diverse passive Stabilisierungsschaltungen für
Spannungen bekannt.
Der DE-PS 35 43 573 schließlich ist eine Vorrichtung zur Begrenzung des
Lichtbogenentladestroms einer Glühlampe zu entnehmen, die den
Stromkreis im Falle einer Bogenentladung mittels eines Thyristors
unterbricht.
Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Begrenzen des Bogenentladungsstroms
in einer mit Gleichstrom betriebenen
Glühlampe anzugeben, wobei diese Strombegrenzung selbsttätig
durchgeführt werden soll.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Eine derartige Vorrichtung zur Begrenzung von Stromstößen in
einem Stromkreis mit einer über eine Wechselspannungsquelle
nebst Diodengleichrichter mit Gleichstrom betriebenen
Glühlampe weist eine Einschaltbegrenzung auf, die aus einem
Glühlampenvorwiderstand und einer diesen nach einer vorgegebenen
Zeitspanne überbrückenden Schalteinrichtung besteht,
und weist weiterhin zur Begrenzung des Lichtbogen-Entladestroms
der Glühlampe einen Widerstand mit kleinem Widerstandswert
zwischen einem Wechselstromanschluß des Diodengleichrichters
und der Wechselspannungsquelle auf, wobei weiterhin
eine Spannungsregeldiode und ein Kondensator parallel
zu den beiden Wechselstromanschlüssen geschaltet sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert,
es zeigt
Fig. 1
ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 den Verlauf des Stromstoßes, der durch den
Glühfaden der Lampe fließt;
Fig. 3 die Kurve des Bogenentladungsstroms, der
in der Glühlampe auftreten kann, wenn der Glühfaden
reißt; und
Fig. 4
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In den zugehörigen Zeichnungen bezeichnet das Zeichen C
einen Kondensator; D eine Diode; L eine Glühlampe; R einen
Widerstand; Z eine Spannungsregelungsdiode; AC eine Gleichstromquelle;
und SCR einen Thyristor mit einer in
Rückwärtsrichtung sperrenden Triode (Triac).
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Schaltkreis steuert die Wechselstromquelle
AC eine Spannungsregelungsdiode Z, einen
Kondensator C₁ (der verwendet wird, um Spannungsimpulse
aufzunehmen), und einen Diodengleichrichter D über einen
Widerstand R₁ mit geringem Widerstandswert an, der dazu
dient, den Stromstoß in den Glättungskondensator C₁ zu begrenzen.
Die Ausgangsspannung des Diodengleichrichters D wird durch den Kondensator
C₂ (mit großer Kapazität)
geglättet. Die Spannungsregelungsdiode Z nimmt Überspannungen
auf, die in dem Stromversorgungsschaltkreis
auftreten können, während der Kondensator C₁ große Spannungsimpulse
aufnimmt, um den Diodengleichrichter D zu schützen.
Die Spannung, welche an dem Kondensator C₂ liegt, wird auch an die Glühlampe L
und den Widerstand R₄ angelegt, der in Serie mit der Glühlampe
L geschaltet ist, um den Spannungsstoß durch den
Glühfaden der Lampe zu begrenzen.
Da der Widerstand des Glühfadens der Lampe im allgemeinen
etwa 10 Ohm beträgt, wenn der Glühfaden der Lampe kalt
ist, bewirkt das Anlegen einer Gleichspannung von 130 Volt
an den Glühfaden einen Stromstoß von bis zu 13 Ampere,
der den Glühfaden zum Abreißen bringen kann. Unter der
Annahme, daß der Widerstand R₄ auf 100 Ohm festgelegt wird,
ergibt sich ein zusammengesetzter Widerstand von 110 Ohm
(=100 Ohm+10 Ohm). Das Anlegen der Gleichspannung von
130 Volt an den zusammengesetzten Widerstand bewirkt das
Fließen eines Einschaltstroms in dem Glühfaden von nur
1,2 Ampere. Somit wird der Glühfaden der Lampe aufgeheizt,
ohne daß die Gefahr des Abreißens besteht.
Die Spannung an dem Widerstand R₄ steuert gleichzeitig
einen Thyristor SCR mit einer in Rückwärtsrichtung sperrenden
Triode (Triac), einen Widerstand R₃ und einen Kondensator C₃
an. Der Widerstand R₂ legt entsprechend der Zeitkonstante,
die durch den Widerstand R₃ und den Kondensator C₃ bestimmt
wird, eine Auslösespannung an die Steuerelektrode des Thyristors
SCR mit der in Rückwärtsrichtung sperrenden Triode
an. Der angesteuerte Thyristor SCR schließt dann den Widerstand
R₄ kurz, und die volle Ausgangsspannung des Kondensators
C₂ liegt damit an der Glühlampe L an. Die Glühlampe L wird
auf diese Weise mit einem Gleichstrom betrieben.
Der Stromstoß durch den Glühfaden der Lampe hat einen Verlauf,
wie es in Fig. 2 dargestellt ist.
Wenn der
Leistungsschalter S zu einem Zeitpunkt t₀ geschlossen wird,
erreicht der Einschaltstrom in dem Glühfaden (ohne R₄) bis zu 13
Ampere, wie es durch die gestrichelte Linie gezeigt ist,
da der Widerstand des kalten Glühfadens verhältnismäßig klein
ist. Der Einschaltstrom des Glühfadens kann durch das Einfügen
des Widerstands R₄ (100 Ohm) auf einen sicheren Wert
von 1,2 Ampere begrenzt werden.
Da der Bogenentladungsstrom in der Glühlampe L ohne Schutzmaßnahme bei
einem Abreißen des Glühfadens plötzlich 200 Ampere erreichen könnte,
begrenzt das Einsetzen des Widerstands R₁ (2 Ohm) den Entladestrom auf 50 Ampere (=100 Volt/2 Ohm). Somit
können ohne Gefahr der Zerstörung allgemein verfügbare
Dioden und Thyristoren mit einem zulässigen Spitzenstrom
von 50 Ampere verwendet werden.
Weiterhin beendet der Spannungsabfall im Widerstand R₁
selbsttätig den Lichtbogen, um den sich aus dem Lichtbogen
ergebenden Entladungsstrom zu begrenzen. Nach dem Beenden
des Lichtbogens wird dieser ca. selbst dann nicht wieder erzeugt,
wenn der Leistungsschalter geschlossen wird, da
der Glühfaden der Lampe hinreichend zerstört ist. Wenn trotzdem
ein Lichtbogen wieder auftritt, vergrößert dieser die Funkenstrecke
an dem Glühfaden, worauf das Beenden durch den
Widerstand R₁ folgt. Somit wird der Lichtbogen innerhalb
einer kurzen Zeit beendet.
Da die Einrichtung augenblicklich und
selbsttätig auf diese Weise den Bogenentladungsstrom begrenzt,
wird verhindert, daß die Teile des Schaltkreises,
wie der Thyristor und die Dioden, beschädigt oder zerstört
werden.
Der Bogenentladungsstrom ist in Fig. 3 gezeigt: Die gestrichelte
Linie zeigt den herkömmlichen Fall und die durchgezogene
Linie zeigt den Fall, bei dem eine Einrichtung gemäß
der Erfindung verwendet wird.
Die Fig. 4 zeigt einen Schaltkreis zum Schützen der Diodengleichrichter
gegen hohe Spannungsimpulse, die in dem Stromversorgungsschaltkreis
auftreten können, wobei Kondensatoren
C₄, C₅, C₆ und C₇ parallel zu entsprechenden Dioden D₁,
D₂, D₃ und D₄ geschaltet sind, um die Spannungsimpulse
aufzunehmen.
Wie oben beschrieben wurde, verlängert diese Einrichtung
die Lebensdauer der Lampe außerordentlich,
da die Einrichtung den Stromstoß, der beim Einschalten
des Leistungsschalters auftritt, begrenzt
und zusätzlich
sehr schnell und selbsttätig den Bogenentladungsstrom
begrenzt.
Die beschriebene Einrichtung kann in vorteilhafter Weise in Beleuchtungseinrichtungen
verwendet werden, bei denen die Glühlampe
mit einem Gleichstrom betrieben wird, um eine Beleuchtung
mit großer Helligkeit zu erreichen, z. B. in Beleuchtungsgeräten,
wie solchen, die in Fahrzeugen, einem Mikroskop
und photographischen Geräten verwendet werden.
Claims (3)
1. Vorrichtung zur Begrenzung von Stromstößen in einem
Stromkreis mit einer über eine Wechselspannungsquelle (AC) nebst
Diodengleichrichter (D) mit Gleichstrom betriebene Glühlampe
(L),
mit einer Einschaltbegrenzung, die aus einem Glühlampenvorwiderstand (R4) und einer diesen nach einer vorgegebenen Zeitspanne überbrückenden Schalteinrichtung (SCR) besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Begrenzung des Lichtbogen-Entladestroms der Glühlampe (L) ein Widerstand (R₁) mit kleinem Widerstandswert zwischen einen Wechselstromanschluß des Diodengleichrichters (D) und die Wechselspannungsquelle (AC) geschaltet ist und
daß eine Spannungsregeldiode (Z) und ein Kondensator (C₁) parallel zu den beiden Wechselstromanschlüssen geschaltet sind.
mit einer Einschaltbegrenzung, die aus einem Glühlampenvorwiderstand (R4) und einer diesen nach einer vorgegebenen Zeitspanne überbrückenden Schalteinrichtung (SCR) besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Begrenzung des Lichtbogen-Entladestroms der Glühlampe (L) ein Widerstand (R₁) mit kleinem Widerstandswert zwischen einen Wechselstromanschluß des Diodengleichrichters (D) und die Wechselspannungsquelle (AC) geschaltet ist und
daß eine Spannungsregeldiode (Z) und ein Kondensator (C₁) parallel zu den beiden Wechselstromanschlüssen geschaltet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die vorgegebene Zeitspanne, nach der der Glühlampenvorwiderstand
(R₄) überbrückt wird, von einem Schaltkreis (R₃, C₃)
bestimmt wird, der mit einer RC-Zeitkonstanten ausgebildet
ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schalteinrichtung (SCR) als ein Thyristor mit einer in
Rückwärtsrichtung sperrenden Triode (Triac) ausgebildet ist.
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DE1956231C3 (de) | Schaltungsanordnung zur Herabsetzung der Spannungsbeanspruchung einer zerhackergesteuerten Schaltung |
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Date | Code | Title | Description |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
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