高压灯在纵向模式中谐振运行的运行方法与系统

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到谐振频率。这表 明，采用该方法在垂直谐振中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过程的结束 时间点，如此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地燃烧位置 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 免了效应和散。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ai0 i＝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a0i i＝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。

附图说明

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