專利名稱：高壓燈在縱向模式中諧振運行的運行方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分所述的用于高壓燈在縱向模式中諧振運行的方法與系統(tǒng)。在此尤其涉及了具有長寬比優(yōu)選地至少為1.5的陶瓷放電室的高壓放電燈。
背景技術(shù)：
在專利WO 02/09480中已經(jīng)公開了一種用于高壓燈在縱向模式中諧振運行的方法與系統(tǒng)。它提供了一種方法來找到第二縱向聲諧振頻率。它是基于，在連續(xù)掃過包含縱向模式的頻率范圍時，可以通過出現(xiàn)一個相對的燈燃燒電壓增高來在垂直燃燒位置找到諧振頻率。這表明，采用該方法在垂直諧振中找到并隨后保持一個分開的電弧狀態(tài)的縱向頻率。然而，根據(jù)金屬鹵化物填充的填充成分和尋找過程的結(jié)束時間點，如此找到的這個頻率可能被確定得明顯太高，使得聲諧振的激勵在采用上述方法所發(fā)現(xiàn)的頻率時形成不充分的混合，并且沒有足夠好地消除分離。另外在電子鎮(zhèn)流器中進行實施也是費事的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的運行方法，其中該方法在垂直運行中也保證了最佳的混合。另一任務(wù)在于，保證在每種燃燒位置可靠地找到一個所需要的聲諧振。另一任務(wù)在于，提供一種與之相符的系統(tǒng)。
該任務(wù)通過權(quán)利要求1的特征部分而得到解決。尤其有利的實施方案參見從屬權(quán)利要求。
本發(fā)明的運行方法所針對的是，從一開始總是激勵在連續(xù)運行中的水平燃燒位置的第二縱向諧振，這是因為由此在非水平的燃燒位置也保證達到了填充成分、首先是金屬鹵化物的最佳混合。從而充分避免了色效應(yīng)和色散。這必須在遵循某個寬限時間之后延遲地被施加給該系統(tǒng)。前述方法能夠可靠地起振到最佳諧振、也即水平燃燒位置的第二縱向聲諧振f002中。該方法首先適用于具有至少1.5、優(yōu)選為2的長寬比(長直徑)的陶瓷高壓燈，且在HF掃描運行中適合于抑制分離和較好地混合金屬鹵化物-電弧-等離子體。
已經(jīng)表明，如果在非水平位置、尤其是在垂直位置，在預(yù)熱階段中首先在與水平燃燒位置中的諧振相同的諧振條件下進行激勵，那么就可實現(xiàn)最佳的混合。在后一情形中不可能出現(xiàn)分離。
本發(fā)明推薦了一種改善的、與專利WO 02/09480相比更可靠的方法，其中該方法在電子鎮(zhèn)流器內(nèi)可以更簡單而廉價地實現(xiàn)。
在水平燃燒位置中的諧振位置f002首先被獲得。它可以通過不同的方法預(yù)先地或在燈的運行期間在線地來進行，比如通過在燈運行期間采用注入的矩形波電流以及疊加正弦波信號來測量燈阻抗，其中該正弦信號具有正弦信號的頻率變化時的5-15％的正弦部分的振幅部分。
本發(fā)明假定，對于放電室的給定幾何形狀，其內(nèi)部長度存在一個很小的公差范圍。該內(nèi)部長度描述了決定第二縱向聲諧振的燈尺寸，其中對于電弧等離子體的最佳混合，該第二縱向聲諧振必須尤其在垂直燃燒位置的情況下被激勵。
在垂直燃燒位置中，由于分離而產(chǎn)生強烈變化的聲速，這導(dǎo)致在燈啟動之后第二縱向聲諧振(f002_vert)相對于水平燃燒位置(如f002_hor)明顯被偏移-主要向較高的頻率。在該時間過程中，在實現(xiàn)逐漸混合的正確的運行方式的情況下，該諧振頻率則發(fā)生變化，直到它再次等于在水平運行f002_hor下的那個頻率。
在此，由于首先在垂直運行中調(diào)定的分離，有效聲速的偏差與水平燃燒位置中的混合狀態(tài)相比最大為30％，一般為較高值的約10％至25％。比如在Hg/Ar緩沖混合氣體的情況下，聲速的偏差與混合運行相比約為15％至20％。具體的測量值相對于464m/s為550m/s。
第i個縱向聲諧振的聲諧振頻率通常由下式給出f00i＝i*c1/(2*L)；那么對于i＝2(第二聲諧振)則得出f002＝c1/L。
集中地在第一方位聲諧振與第一徑向聲諧振之間，掃描運行以典型的100s-1至1000s-1的掃描頻率優(yōu)選地呈斜坡形而隨上升的頻率來進行。
對于方位聲諧振，管徑R與有效(方位有效)聲速caz之間適合以下關(guān)系fi00＝ai0caz/(2*□*R)，其中ai0i＝1，2，...貝塞爾系數(shù)a10＝1.84；a20＝3.05；a30＝4.2；等等。
對于徑向聲諧振，管徑R與有效徑向聲速cr之間適合以下關(guān)系f0i0＝a0icr/(2*□*R)，其中a0ii＝1，2，...貝塞爾系數(shù)a01＝3.83；a02＝7.016；等。
為了在封閉的、近似柱形的燈泡中激勵該聲諧振，所形成的電功率波動是決定性的。也即，在用頻率為f1的正弦電流波形激勵的過程中，功率頻率fp具有頻率fp＝2*f1。
第二縱向諧振的諧振頻率由此通過f002＝c1/L得出，其中c1＝(R*k*T/M)1/2所述聲速具有R一般氣體常數(shù)，k壓縮系數(shù)，T平均等離子體溫度，M等離子體的平均摩爾量，L＝放電室的軸向長度。
本發(fā)明涉及一種載波頻率，其中該載波頻率位于典型應(yīng)用于燈的、作為FM調(diào)制而被施加了掃描頻率的HF范圍，諸如50kHz，其值在從第一方位諧振至第一徑向諧振之間的區(qū)域中選擇。優(yōu)選的是位于兩個諧振之間的接近平均值的、尤其是直接位于平均值處的一個值。停止點即為偏離載波頻率10％的掃描。該掃描頻率典型位于100至1000Hz的范圍內(nèi)。其在推遲一個寬限時間(燈預(yù)熱)之后被施加了調(diào)幅，其中該調(diào)幅的基頻為水平燃燒位置中的第二縱向諧振f002。
已經(jīng)表明，此處的諧振頻率在這里所采用的燈內(nèi)部尺寸(典型值為12至24mm)的情況下相對于水平的以及混合的條件而偏移了最多5kHz。前述的方法可靠地產(chǎn)生所期望的運行方式。
更多的實施方案是作為用于可靠地調(diào)節(jié)最佳燈電弧等離子體的混合以及用于進一步消除分離的解決方案。更多的運行方法在下文中被給出，以用于優(yōu)選在約0.9至1.1×(f100+f010)/2的掃描運行中調(diào)節(jié)在任意燃燒位置中的最有效的第二水平縱向諧振f002處的混合。該掃描范圍對應(yīng)于大約5kHz(～10％×(f100+f010)/2)上下的一個窗口。
其前提條件是首先在實際總是已經(jīng)被混合的水平燃燒位置中確定并存儲第二縱向諧振頻率f002的位置。為了用該頻率來調(diào)節(jié)基本運行，必需根據(jù)聲諧振表征和研究幾何形狀/緩沖氣體-組合，如此使得除了第二縱向聲諧振f002外，還已知第一方位諧振f100和第一徑向諧振f010以及它們的平均值。
已經(jīng)表明，在第一實施方案中實現(xiàn)一個過程以起振到最佳混合的運行狀態(tài)中，其方式是在點燃電弧放電之后，推遲30至80秒、優(yōu)選約60秒的預(yù)熱階段(至?xí)r間點t1)，并在約＞60秒至約150秒的施加階段中，調(diào)幅AM的基頻fAM被調(diào)節(jié)到頻率f002_hor的1.15至1.25倍的一個值。此前，AM可以任意選擇，但優(yōu)選的是先調(diào)節(jié)f002_hor。AM程度也可以首先在0至25％的范圍中被任意調(diào)節(jié)。在施加階段中提高基頻的時間點上-在此優(yōu)選的是相對于f002_hor提高18-20％的頻率，AM程度被調(diào)節(jié)到15至30％。在此優(yōu)選的是調(diào)幅被調(diào)節(jié)到約15~25％的調(diào)幅程度。
在施加階段的隨后的過程中對基頻進行連續(xù)的頻率偏移，在保持相同的或與連續(xù)運行條件相匹配的AM程度(18~30％，優(yōu)選為20~25％)的情況下，基頻朝向在水平燃燒位置中所產(chǎn)生的激勵頻率而回到f002_hor?；l的頻率偏移速度為0.5至15kHz，優(yōu)選地為典型的1kHz/秒并且不快于10kHz/秒。
根據(jù)另一實施方案，在優(yōu)選約75-150秒的預(yù)熱階段之后，在基頻固定保持在頻率點f002_hor的情況下，通過把AM調(diào)制程度逐級或連續(xù)提高到45％，水平燃燒位置的諧振也被迫使進入垂直燃燒位置中。AM程度的提高速度應(yīng)當(dāng)不超過一個確定的升高速度(典型的為＜40％/秒)。
在AM程度被提高時的約＞20-60秒的一個施加階段之后，該AM程度可以多少陡然地被調(diào)節(jié)到連續(xù)運行狀態(tài)的狀態(tài)，也即約20-25％。AM程度的調(diào)節(jié)不再服從于速度的限制。AM程度從而可以迅速地(在0.1秒內(nèi))或者以較高的變化速度進行變化(優(yōu)選是減少)。
通過該過程同樣促使達到了第二水平縱向諧振。
本發(fā)明也包含這兩種方法的組合以及該方法在鎮(zhèn)流器中的實現(xiàn)。上述過程(也即有效地改變頻率和AM程度)開始之前的時間范圍通過鎮(zhèn)流器的功率耦合輸入而在啟動階段中來確定。所規(guī)定的時間范圍可以在提高功率輸入的情況下在電弧放電開始之后被縮短最多50％。在使用具有較高熱容的燃燒室的情況下，該時間范圍還可以被增加至200％。另外，頻率和AM程度的變化周期可以被經(jīng)過多次。
通過自動測量燈的燃燒電壓和阻抗，可以預(yù)定地調(diào)節(jié)待運行的高壓燈類型的啟動以及中斷標準。
除方法之外本發(fā)明還包含在其中實現(xiàn)上述過程的鎮(zhèn)流器。


下面借助多個實施例對本發(fā)明進行詳細解釋。其中附圖1示出了高壓燈啟動過程的圖示；附圖2示出了圖示過程的另一實施例；附圖3示出了原理控制電路的一種實施例。
具體實施例方式
在附圖1中示出了用于在正常燃燒位置以及尤其在垂直燃燒位置的情況下在啟動階段中借助AM頻率偏移來對一種改善的混合狀態(tài)進行調(diào)節(jié)的運行過程的圖示。在此示出了在燈打開之后調(diào)幅的頻率fAM與時間的關(guān)系。在第一實施方案中可以實施一種過程來起振到最佳混合的運行狀態(tài)，其方式是在點燃電弧放電(t＝0)之后開始一個預(yù)熱階段(至?xí)r間點t1)。該預(yù)熱階段持續(xù)最大75至150s，優(yōu)選為約60秒。在隨后具有約1至2分鐘時間的施加階段(從t1至t2)中，調(diào)幅AM的基頻fAM被調(diào)節(jié)到頻率f002_hor的1.15至1.25倍的一個值。此前在預(yù)熱階段中，頻率fAM可以任意選擇，然而優(yōu)選的是被預(yù)先調(diào)節(jié)到f002_hor。AM程度也可以在預(yù)熱階段中在0至25％的范圍內(nèi)被任意調(diào)節(jié)。由此基頻在時間點t1被突然提高，在此優(yōu)選的是一個相對于f002_hor被提高18-20％的頻率。在施加階段中基頻提高的時間點處，AM程度被調(diào)節(jié)到15至30％。在此優(yōu)選的是調(diào)幅被調(diào)節(jié)到約15-25％的振幅調(diào)節(jié)程度，優(yōu)選為20至25％。
在施加階段的隨后的過程中，在保持相同的或與連續(xù)運行條件相匹配的AM程度(18~30％，優(yōu)選為20~25％)的情況下，基頻fAM朝向在水平燃燒位置所產(chǎn)生的激勵頻率而連續(xù)下降返回到f002_hor。基頻的頻率偏移程度(Δf/dt)為0.5至15kHz/秒，優(yōu)選地為典型的1kHz/秒并且不快于10kHz/秒。
在附圖2中示出了用于在正常燃燒位置以及尤其在垂直燃燒位置的情況下借助在啟動階段中改變AM調(diào)制程度來對一種改善的混合狀態(tài)進行調(diào)節(jié)的運行過程的選擇方案圖。在預(yù)熱階段之后至?xí)r間點t1(優(yōu)選為約75-150秒)，在基頻保持固定的情況下，在頻率點f002_hor具有小于30％的AM程度(或者完全沒有調(diào)幅)，通過逐級或連續(xù)地把AM調(diào)制程度提高至45％，促使水平燃燒位置的諧振也進入垂直燃燒位置。AM指數(shù)的增加速度應(yīng)當(dāng)不超過15％/秒的上升率(典型為10％/秒)。
在AM程度被提高時的總共20至60秒的施加階段之后，AM程度可以或多或少陡然地被調(diào)節(jié)到連續(xù)運行狀態(tài)，也即約20-25％。AM程度的調(diào)節(jié)不再服從于速度限制。AM程度從而可以迅速地(在0.1秒內(nèi))或者以較高的變化速度進行變化(優(yōu)選是減少)。
通過該過程同樣可靠地促使達到了第二水平縱向諧振。
在第一實施例中，所述的燈具有一個陶瓷放電室，該放電室具有總量為5mg的、比例為NaI∶CeI3∶CeI2＝70∶10∶20mol-％的碘化鈉、鈰和鈣以及4.5mg的Hg填充成分。
該放電室具有IL＝19.2mm的內(nèi)部長度和ID＝4mm的內(nèi)部直徑，并且基本呈圓柱形地跨過電極間距EA＝15mm。該燈的驅(qū)動功率為70W。在垂直運行中，該燈在點燃90秒之后在45-55kHz之間且具有85Hz的掃描率的掃描運行中運行。在預(yù)熱階段之后，在約30kHz的頻率下進行約20％AM程度的調(diào)幅。在隨后的時間段中，該頻率以約1kHz/秒的變化率在調(diào)幅程度保持不變的情況下被偏移到先前在水平燃燒位置中所確定的、24.4kHz的第二縱向聲本振的諧振頻率。該過程時間約為5.6秒。對于其他的運行，調(diào)幅的頻率點和調(diào)制程度保持不變。在把燈光輸出從95改變到125 1m/W的情況下，混合使色溫從4370K變化至3150K。
如實施例1那樣的燈在第二實施例中被不同地調(diào)諧到第二縱向諧振。在再次90秒的預(yù)熱階段之后，在水平燃燒位置中重要的24.4kHz的第二縱向諧振頻率所用的某個頻率點上，AM程度以5％的步長且以每秒約5％的值在8秒內(nèi)被逐步地提高到增加到40％的AM程度級，并且在那里典型地保持約15-20秒。在該階段之后AM程度陡然地(在約0.1秒之內(nèi))下降到20％。該過程時間約為23-28秒。
在連續(xù)運行中的燈特性與實施例2不會不同。
在附圖3中示出了所屬EVG的原理圖。它具有下列主要部件計時器/序列發(fā)生器這里進行時間表控制，以控制預(yù)熱階段的時間長度和在對高壓燈點燃和起弧之后開始所述的施加階段。這里還為燈電弧的穩(wěn)定而進行掃描率的控制。
功率級(功率末級)具有限流元件和典型頻率特性的全橋或半橋。它通過一個供電母線(450V DC)連接到電源上。
反饋環(huán)對燈進行運行識別，可能反饋諸如燈電流和燈電壓的燈參數(shù)以調(diào)節(jié)控制參數(shù)和確定預(yù)熱階段以及施加階段，或者以其他的調(diào)諧參數(shù)重復(fù)所述的施加階段。
燈高壓放電燈(HID燈)FM調(diào)制器大功率頻率調(diào)制器AM調(diào)制器模擬大功率調(diào)制器，能對頻率以及AM程度IAM進行調(diào)制AM信號發(fā)生器數(shù)字或壓控振蕩器FM信號發(fā)生器數(shù)字或壓控振蕩器電源軌道電壓發(fā)生器控制器所有單元的中央控制器
權(quán)利要求
1.高壓燈在縱向模式中諧振運行的運行方法和系統(tǒng)，采用一種借助掃描信號發(fā)生器進行頻率調(diào)制的高頻載波頻率，其中所述掃描信號的頻率由第一方位和徑向模式導(dǎo)出并同時進行調(diào)幅，其中一個控制器調(diào)節(jié)AM信號的基頻，其中AM的基頻由第二縱向模式導(dǎo)出，其特征在于，在燈點燃之后依次執(zhí)行以下三個運行狀態(tài)a)預(yù)熱階段，用于把f002_hor選擇作為AM的基頻或者放棄AM；b)施加階段，其特點是隨時間變化的以及與連續(xù)運行的條件不同的AM，該AM具有不等于零的AM程度；c)具有AM恒定條件的連續(xù)運行，其中到達了所述作為AM基頻的f002_hor，并且AM程度處于20至25％。
2.如權(quán)利要求1所述的運行方法，其特征在于，所述掃描頻率在運行中保持恒定，并且位于所述第一方位和徑向模式之間的范圍中。
3.如權(quán)利要求1所述的運行方法，其特征在于，所述預(yù)熱階段延續(xù)約30至80秒，而所述施加階段延續(xù)約60至150秒。
4.如權(quán)利要求1所述的運行方法，其特征在于，在所述施加階段中，AM的基頻陡然增加15至25％，并且然后以0.5至15kHz/秒的變化率連續(xù)地被返回到初始值f002_hor。
5.如權(quán)利要求4所述的運行方法，其特征在于，所述AM程度在15至30％的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求5所述的運行方法，其特征在于，所述基頻和AM程度的變化率被選擇得相等。
7.如權(quán)利要求1所述的運行方法，其特征在于，在施加階段中，所述AM程度相對于連續(xù)運行的AM程度以每秒最大15％的變化率增加50至150％，隨后保持所選擇的最大值直到施加階段結(jié)束，而所述基頻尤其保持不變。
8.如權(quán)利要求7所述的運行方法，其特征在于，所述的保持階段延續(xù)約20至40秒。
9.如權(quán)利要求7所述的運行方法，其特征在于，緊接著陡然地、優(yōu)選地在0.1秒內(nèi)過渡進入到連續(xù)運行中。
10.由高壓放電燈和EVG組成的系統(tǒng)，具有一個含有金屬鹵化物的放電室，其特征在于，所述放電室的長寬比大于1.5，其中所述EVG適用于實現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的運行方法。
11.用于高壓放電燈高頻運行的EVG，具有一個掃描信號發(fā)生器、一個振幅信號發(fā)生器、一個用于所述兩個發(fā)生器的混合器以及必要時的一個控制器用于調(diào)節(jié)調(diào)幅信號的基頻，其特征在于，所述發(fā)生器適用于在燈運行中提供如權(quán)利要求1所述的一個預(yù)熱階段、一個施加階段和一個連續(xù)運行。
全文摘要
本運行方法是基于FM和AM的同時應(yīng)用，并且特點是實施三個運行狀態(tài)，也即一個預(yù)熱階段、一個施加階段和連續(xù)運行。在所述預(yù)熱階段中，f002_hor被選作為AM的基頻或放棄AM。所述施加階段的特點是隨時間變化的以及與連續(xù)運行的條件不同的AM，該AM具有不等于零的AM程度。在連續(xù)運行中的特點是AM具有恒定的條件，其中達到了所述被作為AM基頻的f002_hor，并且AM程度處于20至25％。
文檔編號H05B41/292GK1503612SQ200310116330
公開日2004年6月9日 申請日期2003年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月19日
發(fā)明者H·凱斯特勒, H 凱斯特勒, K·施托克瓦爾德, 鋅送叨 申請人:電燈專利信托有限公司