Zünd- und Betriebseinrichtung<B>in</B> Anlagen mit wechselstrombetriebenen Entladungslampen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Zünd- und Betriebseinrichtung in Anlagen mit elektrischen, wechselstrombetriebenen Entladungslampen, insbesondere langgestreck- ten Niederdruckleuchtröhren, bei der ein Kondensator und eine Drosselspule vorgese hen und deren Widerstandswerte so aufein ander und auf die Netzfrequenz abgestimmt sind, dass beim Einschalten Resonanzüber spannungen auftreten,
die die Zündung der Entladungslampen bewirken.
Im Gegensatz zu den bekannten Einrich tungen dieser Art werden nach .der Erfin dung zwei Drosselspulen vorgesehen, von denen die eine, Vorschaltdrossel genannt, der Entladungslampe vorgeschaltet ist, während die andere, Schwingdrossel genannt, in einer die Lampe überbrückenden Leitung liegt. Der auf die beiden Drosselspulen geeignet abge stimmte Kondensator kann dabei entweder der Entladungslampe vorgeschaltet sein oder in der Überbrückungsleitung liegen.
Bei einer solchen Einrichtung, bei der die Entladungslampe parallel zur Schwingdros sel liegt, führt die 'hohe, an der Schwing drossel beim Einschalten auftretende Reso nanzteilspannung, gegebenenfalls in Zusam menwirkung mit der Resonanzteilspannung des eventuell in die Überbrückungsleitung eingelegten Kondensators, die Zündung der Entladungslampe herbei.
Beim Zünden der Entladungslampe wird die Überbrückungs leitung durch die Entladung weitgehend kurzgeschlossen, wenn dafür Sorge getragen wird, .dass der elektrische ,Widerstand der Entladung wesentlich kleiner ist als der jenige der Überbrückungsleitung, in der sich die Schwingdrossel und gegebenenfalls auch der Kondensator befinden. Die Überbrük- kungsleitung wird dann also beim Zünden der Entladungslampe selbsttätig, ohne Zu- hilfenahme eines besonderen Sehalters prak tisch ausser Wirkung gesetzt.
Durch geeig nete Bemessung der Drosselspulen und des Kondensators lässt sich ohne weiteres errei chen, dass nach erfolgter Zündung der Ent ladungslampe in der Überbrückungsleitung nur eine Leistung von wenigen Watt, meist nur etwa 1 Watt, verbraucht wird. Dabei kann ohne Schwierigkeit jede in der Praxis erforderliche Zündspannung durch geeignete Bemessung der Elemente des Schwingkreises und mehr oder weniger weitgehende Annä herung an den Resonanzfall erzielt werden.
Von wesentlicher Bedeutung ist ferner, dass nach erfolgter Zündung der Entladungs lampe die Kondensatorentladung in jedem Fall durch eine Drosselspule gedämpft wird, und zwar durch die Vorschaltdrossel, wenn der Kondensator der Entladungslampe vor geschaltet ist, bezw. durch die Schwing drossel, wenn der Kondensator in der Über brückungsleitung liegt. Durch diese Dämp fung der Kondensatorentladung wird ins besondere eine Überbeanspruchung der Elek troden, infolge hoher Entladungsstromstösse, vermieden.
Die neue, einfach und billig herzustel lende Zünd- und Betriebseinrichtung arbeitet mit gutem Wirkungsgrad und mit grosser Zuverlässigkeit, auch bei erheblichen Schwankungen der Netzspannung.
Auf der Zeichnung sind in den Abb. 1 bis 13 verschiedene Ausführungsbeispiele von nach der Erfindung ausgebildeten Zünd- und Betriebseinrichtungen schematisch dargestellt.
Bei allen diesen Einrichtungen ist paral lel zur Entladungslampe 1 die zur Erzen g<B>01</B> ung der Zündspannung dienende Schwing drossel 2 geschaltet; während die den Be triebsstrom der Entladungslampe 1 begren zende Vorschaltdrossel 3 in der einen zum Netz führenden Lampenzuleitung liegt.
Die Abb. 1 bis 6 zeigen Einrichtungen, bei denen der Kondensator 4, der eine Ka pazität von etwa 3 Mikrofarad aufweist, der Entladungslampe vorgeschaltet ist; während nach den Abb. 7 bis 13 der Kondensator 4 in die Überbrückungsleitung, also parallel zur Entladungslampe gelegt ist.
Die Abb. 1, 2, 5, 7, 10, 11 und 12 zeigen Einrichtungen für Entladungslampen mit anfangs kalten und nur durch die Entladung geheizten Elektroden 5.
Alle übrigen Einrichtungen dienen für Entladungslampen, deren Elektroden 6 zwei Stromzuführungen aufweisen und entweder durch den über die Schwingdrossel 2 fliessen den Strom oder mittels besonderer, auf die Schwingdrossel 2 aufgesetzter Heizwicklun- gen 7 vorgeheizt werden. Zur Erleichterung der Zündung empfiehlt es sich, die Elektro den 6, 5 in bekannter Weise mit stark elek tronenemittierenden Stoffen zu versehen.
Die verwendeten Entladungslampen 1 sind sogenannte Leuchtstoffröhren zum An schluss an ein Wechselstromnetz von 115 Volt und 60 Perioden. Diese bekannten Leucht- stoffröhren bestehen aus einer Glasröhre von etwa 50 cm Länge und 2,5 cm Durchmesser, die eine Gasfüllung von niedrigem Druck und in der Regel auch eine kleine Menge eines verdampfbaren Metalles, vorzugsweise Quecksilber, enthält. Die Innenwandung der Glasröhre ist mit Leuchtstoffen überzogen, die beispielsweise durch die ultraviolette Strahlung der Niederdruck-Quecksilberent- ladung zur Lichtausstrahlung angeregt wer den.
Selbstverständlich können mit den dar gestellten Einrichtungen auch Entladungs lampen anderer Art, z. B. Natriumdampf- lampen oder Quecksilberhochdrucklampen gezündet und betrieben werden.
Bei der Einrichtung nach Abb. 1 sind eine Schwingdrossel 2 von etwa 1,4 Flenry und eine Vorschaltdrossel 3 von etwa 1,2 Henry verwendet. Die beiden Drosselspulen 3, 4 sind derart auf den Kondensator 4 von etwa 3 Mikrofarad und auf die Netzfrequenz abgestimmt, dass beim Schliessen des nicht dargestellten Netzschalters an der Schwing drossel 2 und damit an den Elektroden 5 der Entladungslampe 1 eine Spannung auftritt, die wesentlich höher ist als die Netzspan nung, beispielsweise 400 Volt erreicht und die Zündung der Entladungslampe herbei- führt.
Nach erfolgter Zündung stellt sich eine Entladungsbrennspannung von etwa 65 Volt ein. Die Entladung zwischen den Elek troden 5 stellt bis zu einem gewissen Grad einen Kurzschluss für die Schwingdrossel 2 dar, da der Widerstand der gezündeten Lampe wesentlich kleiner ist als derjenige der Schwingdrossel 2. Infolgedessen ist der Stromverbrauch der Schwingdrossel 2 im Betrieb der Lampe sehr gering. Er bedingt beispielsweise nur einen Verlust von etwa 1 Watt. Da der Widerstand des Konden sators 4 grösser ist als der Widerstand der Drosselspule 3 eilt der Entladungsstrom der Netzspannung vor;
es ergibt sich also eine günstige voreilende Blindlast. Die dämpfende Wirkung der Vorschaltdrossel 3 verhindert das Auftreten von heftigen Stromstössen, die leicht eine Beschädigung der Elektroden 5 herbeiführen können.
Bei der Einrichtung nach Abb. 2 ist die Überbrückungsleitung an die Verbindungs- leitung zwischen dem Kondensator 4 und der Vorschaltdrossel 3 angeschlossen. In diesem Falle werden beide Drosselspulen 3, 2 zu etwa 2,6 Henry bemessen.. Beim Schliessen des Netzschalters treten Resonanzschwingun gen zwischen der Schwingdrossel 2 und dem Kondensator 4 auf, wobei an der Schwing drossel 2 hohe Spannungen entstehen, die über die Vorschaltdrossel 3 auf die Elektro den 5 der Lampe wirken.
Nach Abb. 3 werden eine Vorschaltdros- sel 3 von etwa 1,2 Henry und eine Schwing drossel von etwa 1,3 Henry benutzt. Die Überbrückungsleitung schliesst hier den Heiz- kreis der vorheizbaren Elektroden 6.
Beim Schliessen des Netzschalters fliesst der im Schwingkreis entstehende Strom auch über die Elektroden 6, die dadurch vorgeheizt werden, bis die Zündung der Lampe infolge der an der Schwingdrossel 2 auftretenden hohen Resonanzteilspannung erfolgt. Nach der Zündung ist die Schwingdrossel 2 durch die Entladung in der Lampe 1 praktisch kurzgeschlossen. Die Weiterheizung der Elektroden 6 erfolgt vorwiegend durch die Entladung selbst. Abb. 4 zeigt eine ähnliche Einrichtung wie Abb. 1.
Die Entladungslampe ist jedoch hier mit vorheizbaren Elektroden 6 versehen, die von den Heizwicklungen 7 gespeist wer den. Diese Heizwicklungen 7 sind auf der Schwingdrossel 2 angeordnet, die zusammen mit den Heizwicklungen 7 einen Streufeld transformator bildet.
Die als Primärwick lung wirkende Schwingdrossel 2 erhält eine Induktivität von etwa 1,4 Henry. Nach er folgter Zündung geht der Strom zurück; da für aber setzt nunmehr die Heizung der Elektroden 6' durch die Entladung ein..
Die Abb. 5 und 6 zeigen Einrich- tungen für zwei in Reihe geschaltete Ent ladungslampen 1, wobei zu jeder der beiden Entladungslampen eine Schwingdrossel 2 von etwa 0,7 Henry parallel geschaltet ist. Im übrigen entsprechen diese beiden Einrichtun gen denjenigen nach Abb. 1 bezw. 3.
Die Einrichtungen nach den Abb. 7, 8, 9 unterscheiden sich von den Einrichtungen nach den Abb. 1, 3 und 4 nur dadurch, dass der Kondensator 4 nicht vor die Entladungs lampe 1 geschaltet ist, sondern in der Über- brückungsleitung liegt. Die Schwingdrossel 2 und die Vorschaltdrossel 3 weisen bei den Einrichtungen nach den Abb. 7 und 8 etwa 1,1 Henry auf.
Bei der Einrichtung nach Abb. 8 ergibt sich ein über die Elektroden 6 fliessender Vorheizstrom, der ungefähr zweimal so gross ist wie der Betriebsentla- dungsstrom.
Der Kondensator 4 der Einrichtung nach Abb. 9 weist etwa 2 Mikrofarad auf, die Vorschaltdrossel etwa 0,9 Henry und die auch als Primärwicklung für die Heizwick lungen 7 dienende Schwingdrossel 2 etwa 1,7 Henry.
Abb. 10 stellt eine ähnliche Einrichtung wie Abb. 7 dar; jedoch ist nunmehr die den Kondensator 4 von etwa 3 Mikrofarad und die Schwingdrossel 2 von etwa 1,45 Henry enthaltende Überbrückungsleitung an eine mittlere Anzapfung 8 der Vorschaltdrossel 3 von etwa 1,3 Henry angeschlossen.
Die Vor schaltdrossel wirkt hier beim Zündvorgang als Autotransformator, wobei die linke Hälfte als Primärwicklung lind die rechte Hälfte zusammen mit der linken Hälfte als Sekundärwicklung dient.
Beim Schliessen des Netzschalters induziert der in der Überbrük- kungsleitung und in der linken Hälfte der Vorschaltdrossel 3 fliessende, gegenüber der Netzspannung voreilende Strom in der rech ten Hälfte der Vorschaltdrossel 3 eine Span nung, die sich mit der Netzspannung und der Spannung in der linken Hälfte der Vor schaltdrossel 3 vektoriell zusammensetzt und die Zündung der Lampe bewirkt. Nach er folgter Zündung sinkt der Strom in der Über brückungsleitung auf einen geringen Wert ab. Der verbleibende, voreilende Reststrom wirkt sich in günstiger Weise durch Ver besserung des Leistungsfaktors der Einrich tung aus.
In Verbesserung der Einrichtung nach Abb. 10 wird nach Abb. 11 das eine Ende der Überbrückungsleitung mit einer vorheizbaren Elektrode 6 der Entladungs lampe 1 in Reihe geschaltet und dadurch be reits vor dem Zünden der Lampe eine Ruf heizung dieser Elektrode bewirkt.
In den Abb. 12 und 13 sind Einrichtun gen veranschaulicht, bei denen die Schal tungen nach den Abb. 7 und 8 für den Be trieb von zwei hintereinandergeschalteten Entladungslampen verwendet sind. Selbstver ständlich können in der dargestellten Weise auch mehr als zwei Entladungslampen in Hintereinanderschaltung gezündet und be trieben werden.
Mit nach der Erfindung ausgebildeten Einrichtungen können Entladungslampen mit Sicherheit gezündet und betrieben werden, deren Brennspannungen weitgehend der zur Verfügung stehenden Netzspannung angenä hert sind, wodurch sich günstige Lichtaus beuten ergeben. Beim Betrieb von zwei oder mehr hintereinandergeschalteten Entladungs lampen kann die Summenbrennspannung fast gleich der Netzspannung sein.
Bei Einrichtungen mit vorheizbaren Elek troden 6 kann gegebenenfalls die Heizung der Elektroden auch mittels einer besonderen Hilfsstromquelle herbeigeführt werden. Es können auch Entladungslampen mit mittel bar geheizten Elektroden verwendet und deren Heizwicklungen so geschaltet werden, wie es in den Abbildungen für die Elektro den selbst angegeben ist.
Ignition and operating equipment <B> in </B> systems with alternating current operated discharge lamps. The invention relates to an ignition and operating device in systems with electrical, alternating current-operated discharge lamps, in particular elongated low-pressure fluorescent tubes, in which a capacitor and a choke coil are provided and their resistance values are matched to one another and to the mains frequency in such a way that they resonate when switched on tensions arise,
which cause the discharge lamps to ignite.
In contrast to the known Einrich lines of this type, two choke coils are provided according to the inven tion, one of which, called ballast choke, is connected upstream of the discharge lamp, while the other, called oscillating choke, is located in a line bridging the lamp. The capacitor suitably matched to the two inductors can either be connected upstream of the discharge lamp or be in the bypass line.
In such a device, in which the discharge lamp is parallel to the oscillating throttle, the high partial resonance voltage that occurs at the oscillating throttle when switched on, possibly in conjunction with the partial resonance voltage of the capacitor possibly inserted in the bypass line, causes the discharge lamp to ignite .
When the discharge lamp is ignited, the bypass line is largely short-circuited by the discharge, if care is taken to ensure that the electrical resistance of the discharge is significantly lower than that of the bypass line in which the oscillating throttle and possibly also the capacitor are located. The bridging line is then automatically put out of action when the discharge lamp is ignited, without the aid of a special holder.
Appropriate dimensioning of the choke coils and the capacitor makes it easy to achieve that after the discharge lamp has been ignited in the bypass line, only a few watts of power, usually only about 1 watt, is consumed. Any ignition voltage required in practice can be achieved without difficulty by appropriately dimensioning the elements of the resonant circuit and more or less approximation to the resonance case.
It is also essential that after the discharge lamp has been ignited, the capacitor discharge is dampened in each case by a choke coil, namely by the series choke when the capacitor of the discharge lamp is connected before, respectively. through the vibrating throttle when the capacitor is in the bridging line. This damping of the capacitor discharge prevents overstressing of the electrodes as a result of high discharge currents.
The new, easy and cheap to produce ignition and operating device works with good efficiency and great reliability, even with significant fluctuations in the mains voltage.
In the drawing, various exemplary embodiments of ignition and operating devices designed according to the invention are shown schematically in FIGS. 1 to 13.
In all of these devices, the oscillating throttle 2, which is used to generate the ignition voltage, is connected in parallel to the discharge lamp 1; while the loading current of the discharge lamp 1 is limiting the ballast reactor 3 in the one leading to the mains lamp lead.
Figs. 1 to 6 show devices in which the capacitor 4, which has a capacity of about 3 microfarads, the discharge lamp is connected upstream; while according to Figs. 7 to 13, the capacitor 4 is placed in the bridging line, that is, parallel to the discharge lamp.
Figs. 1, 2, 5, 7, 10, 11 and 12 show devices for discharge lamps with initially cold electrodes 5 that are only heated by the discharge.
All other devices are used for discharge lamps, the electrodes 6 of which have two power supply lines and are preheated either by the current flowing through the oscillating throttle 2 or by means of special heating windings 7 placed on the oscillating throttle 2. To facilitate the ignition, it is advisable to provide the electric 6, 5 in a known manner with highly electron-emitting substances.
The discharge lamps 1 used are so-called fluorescent tubes for connection to an alternating current network of 115 volts and 60 periods. These known fluorescent tubes consist of a glass tube approximately 50 cm long and 2.5 cm in diameter, which contains a gas filling at low pressure and usually also a small amount of a vaporizable metal, preferably mercury. The inner wall of the glass tube is coated with luminescent substances which, for example, are stimulated to emit light by the ultraviolet radiation of the low-pressure mercury discharge.
Of course, with the facilities provided is also discharge lamps of other types, for. B. sodium vapor lamps or high pressure mercury lamps can be ignited and operated.
In the device according to Fig. 1, an oscillating throttle 2 of about 1.4 Flenry and a series throttle 3 of about 1.2 Henry are used. The two choke coils 3, 4 are matched to the capacitor 4 of about 3 microfarads and to the mains frequency that when the mains switch, not shown, is closed on the oscillating throttle 2 and thus on the electrodes 5 of the discharge lamp 1, a voltage that is significantly higher occurs is reached as the mains voltage, for example 400 volts, and causes the discharge lamp to ignite.
After ignition has taken place, a discharge voltage of around 65 volts is established. The discharge between the electrodes 5 represents, to a certain extent, a short circuit for the oscillating throttle 2, since the resistance of the ignited lamp is much smaller than that of the oscillating throttle 2. As a result, the power consumption of the oscillating throttle 2 is very low when the lamp is operating. For example, it only causes a loss of around 1 watt. Since the resistance of the capacitor 4 is greater than the resistance of the inductor 3, the discharge current leads the line voltage;
a favorable leading reactive load thus results. The damping effect of the series reactor 3 prevents violent current surges from occurring, which can easily damage the electrodes 5.
In the device according to Fig. 2, the bridging line is connected to the connecting line between the capacitor 4 and the series choke 3. In this case, both choke coils 3, 2 are dimensioned to about 2.6 Henry. When the power switch is closed, resonance oscillations occur between the oscillating choke 2 and the capacitor 4, with high voltages occurring at the oscillating choke 2, which are generated via the series choke 3 act on the electric 5 of the lamp.
According to Fig. 3, a series throttle 3 of around 1.2 Henry and a swing throttle of around 1.3 Henry are used. The bridging line here closes the heating circuit of the preheatable electrodes 6.
When the mains switch is closed, the current generated in the oscillating circuit also flows through the electrodes 6, which are thereby preheated until the lamp is ignited as a result of the high partial resonance voltage occurring at the oscillating choke 2. After ignition, the oscillating throttle 2 is practically short-circuited by the discharge in the lamp 1. The further heating of the electrodes 6 takes place predominantly through the discharge itself. FIG. 4 shows a device similar to FIG. 1.
The discharge lamp is provided here with preheatable electrodes 6, which are fed by the heating windings 7 who the. These heating windings 7 are arranged on the oscillating throttle 2, which together with the heating windings 7 forms a stray field transformer.
The vibrating throttle 2 acting as the primary winding receives an inductance of about 1.4 Henry. After the ignition, the current goes down; but there is now the heating of the electrodes 6 'by the discharge ..
Figs. 5 and 6 show devices for two discharge lamps 1 connected in series, with an oscillating throttle 2 of approximately 0.7 Henry being connected in parallel to each of the two discharge lamps. Otherwise, these two Einrichtun conditions correspond to those of Fig. 1 BEZW. 3.
The devices according to FIGS. 7, 8, 9 differ from the devices according to FIGS. 1, 3 and 4 only in that the capacitor 4 is not connected upstream of the discharge lamp 1, but is in the bridging line. The oscillating throttle 2 and the series throttle 3 have about 1.1 Henry in the devices according to Figs. 7 and 8.
The device according to FIG. 8 results in a preheating current flowing over the electrodes 6 which is approximately twice as large as the operating discharge current.
The capacitor 4 of the device according to Fig. 9 has about 2 microfarads, the series choke about 0.9 henry and the resonant choke 2 also serving as the primary winding for the Heizwick lungs 7 about 1.7 henry.
Fig. 10 shows a device similar to Fig. 7; however, the bridging line containing the capacitor 4 of approximately 3 microfarads and the oscillating inductor 2 of approximately 1.45 henry is now connected to a central tap 8 of the series choke 3 of approximately 1.3 henry.
During the ignition process, the switching choke acts as an autotransformer, with the left half serving as the primary winding and the right half together with the left half serving as the secondary winding.
When the mains switch is closed, the current flowing in the bypass line and in the left half of the series choke 3, which leads the line voltage, induces a voltage in the right half of the series choke 3 that is equal to the line voltage and the voltage in the left half the before switching choke 3 vectorially composed and causes the ignition of the lamp. After ignition, the current in the bridging line drops to a low value. The remaining, leading residual current has a beneficial effect by improving the power factor of the device.
In an improvement of the device according to Fig. 10, one end of the bridging line is connected in series with a preheatable electrode 6 of the discharge lamp 1 according to Fig. 11 and this causes this electrode to be heated before the lamp is ignited.
In Figs. 12 and 13 Einrichtun conditions are illustrated in which the circuits according to Figs. 7 and 8 are used for the operation of two discharge lamps connected in series. Of course, more than two discharge lamps connected in series can be ignited and operated in the manner shown.
With devices designed according to the invention, discharge lamps can be ignited and operated with certainty, the operating voltages of which are largely approximated to the available mains voltage, which results in favorable light output. When operating two or more discharge lamps connected in series, the total operating voltage can be almost the same as the mains voltage.
In devices with preheatable electrodes 6, the electrodes can also be heated by means of a special auxiliary power source. It can also discharge lamps with medium bar heated electrodes used and their heating windings are switched as it is indicated in the images for the electric itself.