专利名称：高压灯在纵向模式中谐振运行的运行方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于高压灯在纵向模式中谐振运行的方法与系统。在此尤其涉及了具有长宽比优选地至少为1.5的陶瓷放电室的高压放电灯。
背景技术：
在专利WO 02/09480中已经公开了一种用于高压灯在纵向模式中谐振运行的方法与系统。它提供了一种方法来找到第二纵向声谐振频率。它是基于，在连续扫过包含纵向模式的频率范围时，可以通过出现一个相对的灯燃烧电压增高来在垂直燃烧位置找到谐振频率。这表明，采用该方法在垂直谐振中找到并随后保持一个分开的电弧状态的纵向频率。然而，根据金属卤化物填充的填充成分和寻找过程的结束时间点，如此找到的这个频率可能被确定得明显太高，使得声谐振的激励在采用上述方法所发现的频率时形成不充分的混合，并且没有足够好地消除分离。另外在电子镇流器中进行实施也是费事的。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种如权利要求1的前序部分所述的运行方法，其中该方法在垂直运行中也保证了最佳的混合。另一任务在于，保证在每种燃烧位置可靠地找到一个所需要的声谐振。另一任务在于，提供一种与之相符的系统。
该任务通过权利要求1的特征部分而得到解决。尤其有利的实施方案参见从属权利要求。
本发明的运行方法所针对的是，从一开始总是激励在连续运行中的水平燃烧位置的第二纵向谐振，这是因为由此在非水平的燃烧位置也保证达到了填充成分、首先是金属卤化物的最佳混合。从而充分避免了色效应和色散。这必须在遵循某个宽限时间之后延迟地被施加给该系统。前述方法能够可靠地起振到最佳谐振、也即水平燃烧位置的第二纵向声谐振f002中。该方法首先适用于具有至少1.5、优选为2的长宽比(长直径)的陶瓷高压灯，且在HF扫描运行中适合于抑制分离和较好地混合金属卤化物-电弧-等离子体。
已经表明，如果在非水平位置、尤其是在垂直位置，在预热阶段中首先在与水平燃烧位置中的谐振相同的谐振条件下进行激励，那么就可实现最佳的混合。在后一情形中不可能出现分离。
本发明推荐了一种改善的、与专利WO 02/09480相比更可靠的方法，其中该方法在电子镇流器内可以更简单而廉价地实现。
在水平燃烧位置中的谐振位置f002首先被获得。它可以通过不同的方法预先地或在灯的运行期间在线地来进行，比如通过在灯运行期间采用注入的矩形波电流以及叠加正弦波信号来测量灯阻抗，其中该正弦信号具有正弦信号的频率变化时的5-15％的正弦部分的振幅部分。
本发明假定，对于放电室的给定几何形状，其内部长度存在一个很小的公差范围。该内部长度描述了决定第二纵向声谐振的灯尺寸，其中对于电弧等离子体的最佳混合，该第二纵向声谐振必须尤其在垂直燃烧位置的情况下被激励。
在垂直燃烧位置中，由于分离而产生强烈变化的声速，这导致在灯启动之后第二纵向声谐振(f002_vert)相对于水平燃烧位置(如f002_hor)明显被偏移-主要向较高的频率。在该时间过程中，在实现逐渐混合的正确的运行方式的情况下，该谐振频率则发生变化，直到它再次等于在水平运行f002_hor下的那个频率。
在此，由于首先在垂直运行中调定的分离，有效声速的偏差与水平燃烧位置中的混合状态相比最大为30％，一般为较高值的约10％至25％。比如在Hg/Ar缓冲混合气体的情况下，声速的偏差与混合运行相比约为15％至20％。具体的测量值相对于464m/s为550m/s。
第i个纵向声谐振的声谐振频率通常由下式给出f00i＝i*c1/(2*L)；那么对于i＝2(第二声谐振)则得出f002＝c1/L。
集中地在第一方位声谐振与第一径向声谐振之间，扫描运行以典型的100s-1至1000s-1的扫描频率优选地呈斜坡形而随上升的频率来进行。
对于方位声谐振，管径R与有效(方位有效)声速caz之间适合以下关系fi00＝ai0caz/(2*□*R)，其中ai0i＝1，2，...贝塞尔系数a10＝1.84；a20＝3.05；a30＝4.2；等等。
对于径向声谐振，管径R与有效径向声速cr之间适合以下关系f0i0＝a0icr/(2*□*R)，其中a0ii＝1，2，...贝塞尔系数a01＝3.83；a02＝7.016；等。
为了在封闭的、近似柱形的灯泡中激励该声谐振，所形成的电功率波动是决定性的。也即，在用频率为f1的正弦电流波形激励的过程中，功率频率fp具有频率fp＝2*f1。
第二纵向谐振的谐振频率由此通过f002＝c1/L得出，其中c1＝(R*k*T/M)1/2所述声速具有R一般气体常数，k压缩系数，T平均等离子体温度，M等离子体的平均摩尔量，L＝放电室的轴向长度。
本发明涉及一种载波频率，其中该载波频率位于典型应用于灯的、作为FM调制而被施加了扫描频率的HF范围，诸如50kHz，其值在从第一方位谐振至第一径向谐振之间的区域中选择。优选的是位于两个谐振之间的接近平均值的、尤其是直接位于平均值处的一个值。停止点即为偏离载波频率10％的扫描。该扫描频率典型位于100至1000Hz的范围内。其在推迟一个宽限时间(灯预热)之后被施加了调幅，其中该调幅的基频为水平燃烧位置中的第二纵向谐振f002。
已经表明，此处的谐振频率在这里所采用的灯内部尺寸(典型值为12至24mm)的情况下相对于水平的以及混合的条件而偏移了最多5kHz。前述的方法可靠地产生所期望的运行方式。
更多的实施方案是作为用于可靠地调节最佳灯电弧等离子体的混合以及用于进一步消除分离的解决方案。更多的运行方法在下文中被给出，以用于优选在约0.9至1.1×(f100+f010)/2的扫描运行中调节在任意燃烧位置中的最有效的第二水平纵向谐振f002处的混合。该扫描范围对应于大约5kHz(～10％×(f100+f010)/2)上下的一个窗口。
其前提条件是首先在实际总是已经被混合的水平燃烧位置中确定并存储第二纵向谐振频率f002的位置。为了用该频率来调节基本运行，必需根据声谐振表征和研究几何形状/缓冲气体-组合，如此使得除了第二纵向声谐振f002外，还已知第一方位谐振f100和第一径向谐振f010以及它们的平均值。
已经表明，在第一实施方案中实现一个过程以起振到最佳混合的运行状态中，其方式是在点燃电弧放电之后，推迟30至80秒、优选约60秒的预热阶段(至时间点t1)，并在约＞60秒至约150秒的施加阶段中，调幅AM的基频fAM被调节到频率f002_hor的1.15至1.25倍的一个值。此前，AM可以任意选择，但优选的是先调节f002_hor。AM程度也可以首先在0至25％的范围中被任意调节。在施加阶段中提高基频的时间点上-在此优选的是相对于f002_hor提高18-20％的频率，AM程度被调节到15至30％。在此优选的是调幅被调节到约15~25％的调幅程度。
在施加阶段的随后的过程中对基频进行连续的频率偏移，在保持相同的或与连续运行条件相匹配的AM程度(18~30％，优选为20~25％)的情况下，基频朝向在水平燃烧位置中所产生的激励频率而回到f002_hor。基频的频率偏移速度为0.5至15kHz，优选地为典型的1kHz/秒并且不快于10kHz/秒。
根据另一实施方案，在优选约75-150秒的预热阶段之后，在基频固定保持在频率点f002_hor的情况下，通过把AM调制程度逐级或连续提高到45％，水平燃烧位置的谐振也被迫使进入垂直燃烧位置中。AM程度的提高速度应当不超过一个确定的升高速度(典型的为＜40％/秒)。
在AM程度被提高时的约＞20-60秒的一个施加阶段之后，该AM程度可以多少陡然地被调节到连续运行状态的状态，也即约20-25％。AM程度的调节不再服从于速度的限制。AM程度从而可以迅速地(在0.1秒内)或者以较高的变化速度进行变化(优选是减少)。
通过该过程同样促使达到了第二水平纵向谐振。
本发明也包含这两种方法的组合以及该方法在镇流器中的实现。上述过程(也即有效地改变频率和AM程度)开始之前的时间范围通过镇流器的功率耦合输入而在启动阶段中来确定。所规定的时间范围可以在提高功率输入的情况下在电弧放电开始之后被缩短最多50％。在使用具有较高热容的燃烧室的情况下，该时间范围还可以被增加至200％。另外，频率和AM程度的变化周期可以被经过多次。
通过自动测量灯的燃烧电压和阻抗，可以预定地调节待运行的高压灯类型的启动以及中断标准。
除方法之外本发明还包含在其中实现上述过程的镇流器。
下面借助多个实施例对本发明进行详细解释。其中附图1示出了高压灯启动过程的图示；附图2示出了图示过程的另一实施例；附图3示出了原理控制电路的一种实施例。
具体实施例方式
在附图1中示出了用于在正常燃烧位置以及尤其在垂直燃烧位置的情况下在启动阶段中借助AM频率偏移来对一种改善的混合状态进行调节的运行过程的图示。在此示出了在灯打开之后调幅的频率fAM与时间的关系。在第一实施方案中可以实施一种过程来起振到最佳混合的运行状态，其方式是在点燃电弧放电(t＝0)之后开始一个预热阶段(至时间点t1)。该预热阶段持续最大75至150s，优选为约60秒。在随后具有约1至2分钟时间的施加阶段(从t1至t2)中，调幅AM的基频fAM被调节到频率f002_hor的1.15至1.25倍的一个值。此前在预热阶段中，频率fAM可以任意选择，然而优选的是被预先调节到f002_hor。AM程度也可以在预热阶段中在0至25％的范围内被任意调节。由此基频在时间点t1被突然提高，在此优选的是一个相对于f002_hor被提高18-20％的频率。在施加阶段中基频提高的时间点处，AM程度被调节到15至30％。在此优选的是调幅被调节到约15-25％的振幅调节程度，优选为20至25％。
在施加阶段的随后的过程中，在保持相同的或与连续运行条件相匹配的AM程度(18~30％，优选为20~25％)的情况下，基频fAM朝向在水平燃烧位置所产生的激励频率而连续下降返回到f002_hor。基频的频率偏移程度(Δf/dt)为0.5至15kHz/秒，优选地为典型的1kHz/秒并且不快于10kHz/秒。
在附图2中示出了用于在正常燃烧位置以及尤其在垂直燃烧位置的情况下借助在启动阶段中改变AM调制程度来对一种改善的混合状态进行调节的运行过程的选择方案图。在预热阶段之后至时间点t1(优选为约75-150秒)，在基频保持固定的情况下，在频率点f002_hor具有小于30％的AM程度(或者完全没有调幅)，通过逐级或连续地把AM调制程度提高至45％，促使水平燃烧位置的谐振也进入垂直燃烧位置。AM指数的增加速度应当不超过15％/秒的上升率(典型为10％/秒)。
在AM程度被提高时的总共20至60秒的施加阶段之后，AM程度可以或多或少陡然地被调节到连续运行状态，也即约20-25％。AM程度的调节不再服从于速度限制。AM程度从而可以迅速地(在0.1秒内)或者以较高的变化速度进行变化(优选是减少)。
通过该过程同样可靠地促使达到了第二水平纵向谐振。
在第一实施例中，所述的灯具有一个陶瓷放电室，该放电室具有总量为5mg的、比例为NaI∶CeI3∶CeI2＝70∶10∶20mol-％的碘化钠、铈和钙以及4.5mg的Hg填充成分。
该放电室具有IL＝19.2mm的内部长度和ID＝4mm的内部直径，并且基本呈圆柱形地跨过电极间距EA＝15mm。该灯的驱动功率为70W。在垂直运行中，该灯在点燃90秒之后在45-55kHz之间且具有85Hz的扫描率的扫描运行中运行。在预热阶段之后，在约30kHz的频率下进行约20％AM程度的调幅。在随后的时间段中，该频率以约1kHz/秒的变化率在调幅程度保持不变的情况下被偏移到先前在水平燃烧位置中所确定的、24.4kHz的第二纵向声本振的谐振频率。该过程时间约为5.6秒。对于其他的运行，调幅的频率点和调制程度保持不变。在把灯光输出从95改变到125 1m/W的情况下，混合使色温从4370K变化至3150K。
如实施例1那样的灯在第二实施例中被不同地调谐到第二纵向谐振。在再次90秒的预热阶段之后，在水平燃烧位置中重要的24.4kHz的第二纵向谐振频率所用的某个频率点上，AM程度以5％的步长且以每秒约5％的值在8秒内被逐步地提高到增加到40％的AM程度级，并且在那里典型地保持约15-20秒。在该阶段之后AM程度陡然地(在约0.1秒之内)下降到20％。该过程时间约为23-28秒。
在连续运行中的灯特性与实施例2不会不同。
在附图3中示出了所属EVG的原理图。它具有下列主要部件计时器/序列发生器这里进行时间表控制，以控制预热阶段的时间长度和在对高压灯点燃和起弧之后开始所述的施加阶段。这里还为灯电弧的稳定而进行扫描率的控制。
功率级(功率末级)具有限流元件和典型频率特性的全桥或半桥。它通过一个供电母线(450V DC)连接到电源上。
反馈环对灯进行运行识别，可能反馈诸如灯电流和灯电压的灯参数以调节控制参数和确定预热阶段以及施加阶段，或者以其他的调谐参数重复所述的施加阶段。
灯高压放电灯(HID灯)FM调制器大功率频率调制器AM调制器模拟大功率调制器，能对频率以及AM程度IAM进行调制AM信号发生器数字或压控振荡器FM信号发生器数字或压控振荡器电源轨道电压发生器控制器所有单元的中央控制器
权利要求
1.高压灯在纵向模式中谐振运行的运行方法和系统，采用一种借助扫描信号发生器进行频率调制的高频载波频率，其中所述扫描信号的频率由第一方位和径向模式导出并同时进行调幅，其中一个控制器调节AM信号的基频，其中AM的基频由第二纵向模式导出，其特征在于，在灯点燃之后依次执行以下三个运行状态a)预热阶段，用于把f002_hor选择作为AM的基频或者放弃AM；b)施加阶段，其特点是随时间变化的以及与连续运行的条件不同的AM，该AM具有不等于零的AM程度；c)具有AM恒定条件的连续运行，其中到达了所述作为AM基频的f002_hor，并且AM程度处于20至25％。
2.如权利要求1所述的运行方法，其特征在于，所述扫描频率在运行中保持恒定，并且位于所述第一方位和径向模式之间的范围中。
3.如权利要求1所述的运行方法，其特征在于，所述预热阶段延续约30至80秒，而所述施加阶段延续约60至150秒。
4.如权利要求1所述的运行方法，其特征在于，在所述施加阶段中，AM的基频陡然增加15至25％，并且然后以0.5至15kHz/秒的变化率连续地被返回到初始值f002_hor。
5.如权利要求4所述的运行方法，其特征在于，所述AM程度在15至30％的范围内调节。
6.如权利要求5所述的运行方法，其特征在于，所述基频和AM程度的变化率被选择得相等。
7.如权利要求1所述的运行方法，其特征在于，在施加阶段中，所述AM程度相对于连续运行的AM程度以每秒最大15％的变化率增加50至150％，随后保持所选择的最大值直到施加阶段结束，而所述基频尤其保持不变。
8.如权利要求7所述的运行方法，其特征在于，所述的保持阶段延续约20至40秒。
9.如权利要求7所述的运行方法，其特征在于，紧接着陡然地、优选地在0.1秒内过渡进入到连续运行中。
10.由高压放电灯和EVG组成的系统，具有一个含有金属卤化物的放电室，其特征在于，所述放电室的长宽比大于1.5，其中所述EVG适用于实现如权利要求1所述的运行方法。
11.用于高压放电灯高频运行的EVG，具有一个扫描信号发生器、一个振幅信号发生器、一个用于所述两个发生器的混合器以及必要时的一个控制器用于调节调幅信号的基频，其特征在于，所述发生器适用于在灯运行中提供如权利要求1所述的一个预热阶段、一个施加阶段和一个连续运行。
全文摘要
本运行方法是基于FM和AM的同时应用，并且特点是实施三个运行状态，也即一个预热阶段、一个施加阶段和连续运行。在所述预热阶段中，f002_hor被选作为AM的基频或放弃AM。所述施加阶段的特点是随时间变化的以及与连续运行的条件不同的AM，该AM具有不等于零的AM程度。在连续运行中的特点是AM具有恒定的条件，其中达到了所述被作为AM基频的f002_hor，并且AM程度处于20至25％。
文档编号H05B41/292GK1503612SQ200310116330
公开日2004年6月9日 申请日期2003年11月19日 优先权日2002年11月19日
发明者H·凯斯特勒, H 凯斯特勒, K·施托克瓦尔德, 锌送叨 申请人:电灯专利信托有限公司