(57)【要約】  ランプを流れる電流を信号に変換する第１電流測定装置と第１電流測定装置を流れる変位電流と同じ振幅特性および位相特性の電流を流す第２電流測定装置とを有する放電ランプ電流測定装置であって、第１電流測定装置の信号と第２電流測定装置の信号は合成信号内で変位電流成分が消えるよう相互に接続される装置。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプを流れる電流を信号に変換する第１の電流測定装置を有する放電ランプ（Ｌ）の電流測定装置であって、
この装置が第２の電流測定装置を含み、
この第２電流測定装置を流れる電流が、第１電流測定装置を流れる変位電流と同じ振幅特性および位相特性を有し、第１電流測定装置の信号と第２電流測定装置の信号が合成信号において変位電流成分が消去されるべく相互に接続された放電ランプの電流測定装置。
【請求項２】
第１および／または第２電流測定装置が、電流電圧変換器として低抵抗の抵抗器を含む請求項１記載の放電ランプの電流測定装置。
【請求項３】
第１および／または第２電流測定装置が、終端抵抗器を備えたコイルを電流電圧変換器として含む請求項１記載の放電ランプの電流測定装置。
【請求項４】
第２電流電圧変換器の電圧を整合するための回路が、抵抗分割器を含む請求項１から３のいずれか１つに記載の放電ランプの電流測定装置。
【請求項５】
第２電流電圧変換器の電圧を整合するための回路が、電圧制御増幅器を含む請求項１、２または３のいずれか１つに記載の放電ランプの電流測定装置。
【請求項６】
無効電流補償回路が、減算器または差動増幅器を含む請求項１、４または５記載の放電ランプの電流測定装置。
【請求項７】
放電ランプに至る結合導線の長さ、熱伝導率および直径が、放電ランプから伝達される熱が測定装置内の電子装置の顕著な温度上昇をもたらさないようになされている請求項１記載の放電ランプの電流測定装置。
【請求項８】
温度センサを含む請求項１から７のいずれか１つに記載の放電ランプの電流測定装置。
【請求項９】
付加的にランプ電圧測定装置を含む請求項１から８のいずれか１つに記載の放電ランプの電流測定装置。
【請求項１０】
抵抗分圧器を利用する請求項９記載の放電ランプの電流測定装置。
【請求項１１】
ケーブルを介して電圧信号を伝達するためにインピーダンス変換器を含む請求項９または１０記載の放電ランプの電流測定装置。
【請求項１２】
ランプの近傍に取付けられる請求項１から１１のいずれか１つに記載の放電ランプの電流測定装置。
【請求項１３】
ランプソケットの一部である請求項１から１２のいずれか１つに記載の放電ランプの電流測定装置。
【請求項１４】
電子安定器の一部である請求項１から１３のいずれか１つに記載の放電ランプの電流測定装置。
【請求項１５】
始動器の一部である請求項１から１４のいずれか１つに記載の放電ランプの電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に始動過程中および高周波動作時に放電ランプ、特に高圧放電ランプの電流を測定するための装置に関する。無効電流によって乱された電流信号を補償するためにコンデンサで無効電流が生成され、この無効電流が第２の電流測定装置で電圧に変換され、この電圧が電流信号から減算される。
【背景技術】
【０００２】
電流を制限するために放電ランプＬが安定器ＢＡを介して電圧ＵＮ（例えば、２４０Ｖ）の電源に接続される（図１）。放電ランプ始動のために始動器ＩＧが接続され、この始動器が振幅（例えば、５ｋＶ）と短い立上り時間（例えば、１００ｎｓ）とを有する一連の高電圧パルスを生成する。この高電圧パルスの特性を把握するために電気測定が行なわれ、電圧測定のために普通、高電圧プローブＶＰ（例えば、Tektronix社製「P6015」、分圧比１／１０００）が利用される。電流測定のために一般に電流プローブＣＰ（例えば、Tektronix社製「TCM202」）が利用される。電圧信号ＵUと電流信号ＵIは、例えばオシロスコープで測定され、適切に計算され、こうしてランプ電圧ＵL（ｔ）と電流Ｉ（ｔ）が得られる。
【０００３】
図２に４００Ｗ高圧ナトリウムランプについて始動器によって生成される電圧ＵL（ｔ）と電流Ｉ（ｔ）が示してある。第１電圧パルスＵL（ｔ）の上昇後、直ちに電流信号Ｉ（ｔ）が上昇するが、この時点では放電がまだ点弧しておらず、従ってランプ電流を流すことができない。測定される電流は、往路導体と復路導体との間に存在する約１５ｐＦオーダーの容量とこの時点の大きな電圧変化とによって生じる変位電流ＩD（ｔ）である。
【０００４】
変位電流ＩD（ｔ）は、
ＩD（ｔ）＝ＣN（ｄＵL（ｔ）／ｄｔ）      （１）
によって記述される。式中、ＵL（ｔ）はランプ電圧、ＣNは高電圧導体と復路導体との間の漂遊容量または結合容量である。測定された電流信号Ｉ（ｔ）から変位電流ＩD（ｔ）が減算され、こうしてランプ電流ＩL（ｔ）が得られる：
ＩL（ｔ）＝Ｉ（ｔ）−ＩD（ｔ）            （２）
最新のオシロスコープを使って、式１と式２とでランプ電流ＩL（ｔ）を計算することが可能である。こうしてランプ電圧ＵL（ｔ）もランプ電流ＩL（ｔ）も直接測定することができる。その際、漂遊容量ＣNはベースライン測定によって算定される。このベースライン測定のために始動器の電圧はランプ放電が起き得ないように調整される。その際、漂遊容量ＣNの値は式２で計算されたランプ電流が消えるように選択される（ＩL（ｔ）＝０）。
【０００５】
放電ランプを点灯させるために、ＭＨｚ範囲内までの高い動作周波数を有する電子安定器が利用される。放電の特性を把握するためにこの放電ランプでも電流が測定される。高い動作周波数とそこの漂遊容量とのゆえに、測定された電流に変位電流が重畳する。式１と式２とでもってランプ電圧ＵL（ｔ）と漂遊容量ＣNとからランプ電流ＩL（ｔ）を計算することができる。放電が点弧しないベースライン測定によって漂遊容量ＣNの値は、合成されたランプ電流が消えるように選択される（ＩL（ｔ）＝０）。
【０００６】
その際、漂遊容量はランプの漂遊容量ＣLと、電流測定装置とランプとの間の導線の漂遊容量ＣTとから成る。
ＣN＝ＣL＋ＣT                            （３）
ランプの漂遊容量ＣLは５ｐＦ〜３０ｐＦの範囲内である。結合導線の容量ＣTは長さ当り５０ｐＦ／ｍ〜１００ｐＦ／ｍである。大きな電圧変化（例えば、４ｋＶ／μｓ）または高周波数の電圧のゆえに、障害となる変位電流ＩD（ｔ）の振幅はランプ電流ＩL（ｔ）と同じオーダーとなることがあり（図２）、またはそれよりも大きくなることさえある。式１と式２に関して数値補償するとき、もはや無視できないシステム誤差が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、その信号が変位電流によって乱されない放電ランプの電流測定装置を提供することである。この装置の機能は以下の２つの実施例で詳しく説明される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
放電ランプのランプ電流を測定するための固定装置を提供することが提案される。この装置は、なかんずくランプ電流を測定するための計器用変成器と、測定アセンブリに対して校正される整合された補償用変流器とを含む。変成器、変流器の両方の出力が測定用増幅器に達し、実際のランプ電流に達するために、この測定用増幅器において測定電流から補償電流が減算される。この測定アセンブリはランプ電圧も一緒に測定されるまで拡張することができ、こうしてランプ電流およびランプ電圧用の２つのアナログ信号が装置の出力端子に現れる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】先行技術による高圧放電ランプにおいて電圧プローブないし電流プローブを有する電圧・電流測定を示す。
【図２】例示的な電圧電流信号およびそれから計算されたランプ電流を示す。
【図３】放電ランプで補償電流測定するための本発明に係る装置を示す。
【図４】放電ランプの電圧・電流を補償測定するための他の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図３では電源電圧ＵNが、安定器ＢＡ、始動器ＩＧ、測定装置ＣＰＣを介して放電ランプＬＡに接続される。ランプを流れる電流Ｉ（ｔ）は、計器用変成器または変流器ＴMの一次巻線を流れる。
【００１１】
この変流器ＴMは、一次側を1ターンの巻線もしくは貫通導線で構成し、二次側は磁性コア、例えば磁粉環状コアに巻かれる例えば１５ターンのコイルで構成することができる。二次コイルにこの巻数比に応じた電流が誘起され、この電流が抵抗器ＲM（例えば、厚膜抵抗器、１５Ω）を介して電圧ＵIMに変換され、例えば１Ｖ／Ａの電流電圧変換比が生じる。計器用変流器ＴMはこのコイル内への干渉電圧の容量性干渉を小さく抑えるために、好ましくはランプから戻る線路に接続される。アースに結合されたシールドＳＭによって、コイル内への干渉電圧の容量性干渉はさらに減らすことができる。
【００１２】
ランプの漂遊容量ＣLと結合導線の漂遊容量ＣTとによって式１、式３による容量性変位電流ＩD（ｔ）が生成され、この変位電流はランプ電流ＩL（ｔ）および電流信号ＵIMに重畳される。この変位電流ＩD（ｔ）を補償するために、計器用変成器すなわち変圧器ＴCの一次巻線を流れる容量性変位電流ＩV（ｔ）が調整可能なコンデンサＣKで生成される。この計器用変成器は一次側を１ターン、二次側は複数のターン数（例えば、１５ターン）を有する１つのコイルで構成することができる。このコイルは磁性コア（例えば、磁粉環状コア）に巻かれており、抵抗器ＲC（例えば、厚膜抵抗器、１５Ω）を介して電圧ＵICを生成する。シールドＳＣが高電圧導線に対してコイルの良好な絶縁を実現する。
【００１３】
補償用変流器は、測定用変流器と同じ振幅特性、位相特性を有するように構成しておくべきであろう。このことは好ましくは同じ部品を選択することによって達成することができる。例えば高周波点灯時に正弦波干渉電圧のみが存在する場合には、補償用変流器はその動作周波数についてのみ測定用変流器と同じ位相を持てばよく、こうして補償用変流器は著しく簡素な構造としておくことができる。
【００１４】
演算増幅器ＯＰでもって電流信号ＵIMと補償信号ＵICは減算され適切に増幅され、ケーブルと終端抵抗器を駆動する。そこに発生する電流信号ＵIは例えばオシロスコープで測定される。ランプ放電なしにベースライン測定するときコンデンサＣKは、電流信号が消えるように調整される（ＵI＝０）。調整可能コンデンサの平均値は、ＣK＝ＣL＋ＣTとなるよう選択することができる。その調整範囲はランプ容量ＣLの選択された範囲と、測定装置とランプソケットとの間の導線の長さおよび種類の選択された範囲とによって決まる。測定装置の負荷容量を減らすために、ＣKの平均値を小さく選択し、例えばＣK＝０．５（ＣL＋ＣT）とし、発生した補償信号ＵICを後続の回路内で増幅しもしくは適切に誘起することも可能である。
【００１５】
調整可能なコンデンサの代わりに固定コンデンサを選択し、調整可能な増幅器で電圧の整合を行うことが同様に可能である。同様に、変流器で構成される回路を、調整可能な抵抗分割器で整合することも可能である。
【００１６】
より小さな電流電圧変換比（例えば、０．１Ｖ／Ａ）を選択することによって、より大きな帯域幅を得ることができる。後続の演算増幅器ＯＰは、再び選択された電流電圧変換率（例えば、１Ｖ／Ａ）が存在するように信号を増幅することができる。二次コイルにとって有意義なターン数は２≦ＮM≦５０ターンであり、抵抗値は０．０１Ω≦ＲM≦１００Ωの範囲内とすることができる。同様のことが補償用変流器にあてはまる。
【００１７】
この装置でもって有利なことに、始動過程中または高周波点灯時に、障害となる変位電流なしにランプ電流を測定することが可能である。
【００１８】
図４にこの測定装置の別の実施形態が示してある。この測定装置では抵抗器ＲM、ＲCを有する変成器ＴM、ＴCの代わりに、抵抗器ＲM、ＲCのみが電流電圧変換器として利用される。得られる両方の電圧信号は演算増幅器ＯＰで、ケーブルおよび終端抵抗器を駆動できるように、再び減算され増幅される。補償信号の整合がここでは、加減抵抗器ＲC1を有する抵抗分割器で行われる。抵抗器ＲM、ＲCの値は０．０１Ω〜１０Ωの範囲内である。
【００１９】
一般に始動時または高周波点灯時の測定では、相互に固定された位相関係を有する電流信号と電圧信号が必要とされる。それゆえ、電圧を測定するための測定装置が電流を測定するための測定装置に一体化されると有利である。この電圧測定装置は、２つの抵抗器ＲV1、ＲV2から成る１つの分圧器（例えば、１／１０００）で構成することができる。導線および測定抵抗器（例えば、５０Ω）を駆動するためにインピーダンス変換器ＯＰ２を利用することができる。
【００２０】
この電流測定装置は電子安定器または電子始動器に一体化することができ、始動の制御ならびに特に高周波点灯時の定常状態を制御するために適切な信号を提供することができる。
【００２１】
放電ランプの電流測定装置は、結合導線の障害となる変位電流が小さく、この装置がランプ近傍に組付けられるとき、最良で最も正確な電流信号を提供する。放電ランプの点灯時にはランプが暖まり、一般にソケットも暖まる。測定誤差を引き起こすような測定装置の著しい加熱を防止するために、ランプソケットと測定装置内の結合部との間の結合導線は、伝達される熱が小さくなるように長さ、直径および材料が選択される。この測定装置は、さらに一定の熱も放射できるように構成される。
【００２２】
測定装置をランプソケットに一体化することは多くの応用にとって興味あるものである。その場合測定装置の加熱は不可避となる。発生する測定誤差を最小にするために付加的に温度センサ（例えば、ＰＴ１００）が測定装置に組み込まれる。測定された温度上昇は電流信号の振幅および位相を補正するのに利用することができ、例えば線形の温度・位相モデルおよび温度・振幅モデルが利用される。
【符号の説明】
【００２３】
Ｌ  放電ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2010520582.tif 000009
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