DE1080227B - Schaltungsanordnung fuer elektrische Entladungslampen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für elektrische Entladungslampen mit vorgeheizten und von Heizstromwicklungen im Transformator eines resonanzabgestimmten LC-Vorschaltgerätes gespeisten Elektroden mit Kaltleiterwiderstand,. Mit solchen Schaltungen können Entladungslampen ohne magnetische Relais, thermische Unterbrecher oder Glimmzünder betrieben werden.

Resonanz-Zündschaltungen sind an sich bekannt. Bei allen diesen Zündschaltungen steigt die Spannung über der Entladungslampe bzw. den -lampen abhängig von dem den Resonanzkreis durchfließenden Strom. Der Resonanzstrom durchfließt direkt oder indirekt über Heizstromwicklungen auch die Elektroden der Entladungslampe bzw. der -lampen und ist durch die elektrischen Werte des Resonanzkreises, wie Induktivität, Kapazität und ohmschen Widerstand, bestimmt, die gemeinsam auf der Resonanzkurve den Arbeitspunkt der Anordnung bestimmen.

So arbeitet eine bekannte Anordnung mit einer hohen und ein Vielfaches der Betriebsspannung betragenden und beim Einschalten sofort auftretenden Resonanzspannung. Bei einer anderen wird die Spannungserhöhung durch einen die Anlage komplizierenden Streutransformator erzeugt.

Schließlich ist es noch bekannt, die Resonanzverschiebung durch das Zünden der Lampe und den damit verbundenen Fortfall der Kernsättigung hervorzurufen.

Bei allen bekannten Anordnungen wird entweder eine weit über der Zündspannung liegende Überspannung erzeugt, oder die Zündspannung läßt sich nicht innerhalb eines bestimmten Bereichs steuern. Im ersten Fall bringt der Betrieb erhebliche Gefahren mit sich. Im zweiten Fall ist wegen des vorzeitigen, unerwünschten Kaltstarts der Lampen ein sicherer Dauerbetrieb erschwert und die Lebensdauer der Lampen vermindert. Wählt man andererseits die Resonanzspannung so niedrig, daß kein Kaltstart zu befürchten ist, z. B. 265 V, zündet die Entladungslampe nicht mit Sicherheit unter allen Umständen.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung hat gegenüber den bekannten Schaltungen den Vorteil, daß sowohl eine sichere Zündung als auch eine lange Lebensdauer der Entladungslampe erhalten und dazu mit einer begrenzten und gesteuerten Spannungserhöhung gearbeitet wird. Die neue Schaltungsanordnung ist bestimmt für elektrische Entladungslampen mit vorheizbaren und einen von der Glühtemperatur abhängigen Widerstand aufweisenden Elektroden, die von den Heizstromwicklungen in einem Transformatorteil eines resonanzabgestimmten induktivkapazitiven Gerätes für den Betrieb der Entladungslampe oder -lampen gespeist werden. Das Wesen der Schaltungsanordnung
für elektrische Entladungslampen

Anmelder:
Lumalanipan Aktiebolag, Stockholm

Vertreter: Dipl.-Ing. J, Gilliard, Patentanwalt,
München 9, Lindenstr. 21

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 21. Dezember 1955

Dr. phil. Gosta Siljeholm, Bromma

und Äke Björkman, Älvsjö (Schweden),

sind als Erfinder genannt worden

Schaltungsanordnung nach der Erfindung liegt darin, daß die Heizstromwicklungen mit der Primärwicklung elektrisch und magnetisch fest mit solcher Übersetzung gekoppelt sind, daß die transformierte Widerstandsänderung der Elektroden den Resonanzkreis so verstimmt, daß die der Entladungslampe und -lampen zugeführte Resonanzspannung durch die Resonanzverstimmung von einem während der Vorheizung den Kaltstart verhindernden, niedrigen Wert auf die Zündspannung erhöht wird.

Dazu ist zweckmäßig eine Drossel mit der Entladungslampe in Reihe geschaltet, die mit einer als Transformator ausgeführten, mit dem Kondensator in Reihe geschalteten Schwingdrossel überbrückt ist. Der Transformator hat zwei Heizstromwicklungen für jede für sich heizbare Elektrode. Hierdurch wird es möglich, den Stromkreis derart zu dimensionieren, daß die Spannung über der Entladungslampe kurz nach dem Einschalten einen genügend niedrigen Wert hat, und, sobald die Elektroden heiß werden, auf einen erst dann zulässigen, höheren Wert steigt, der unter allen äußeren Verhältnissen eine sichere Zündung gewährleistet, weil die Veränderung des Widerstandes der Elektroden vom kalten Anfangszustand bis zum heißen Endzustand ausgenutzt wird. Es kann dabei eine ungefähr zehnfache Erhöhung des Widerstandes bei Elektroden üblicher Art erfolgen. Die Widerstandsänderung beeinflußt über die Heizstromwicklungen den elektrischen Vorgang in der Schwingdrossel so, daß deren Impedanz von einem niedrigeren Werte bei kalten Elektroden auf einen höheren Wert bei heißen Elektroden steigt.

9Oi 787/175

Der Erfindung und allen veranschaulichten Ausführungsbeispielen ist die Tatsache gemeinsam, daß die Resonanz des Schwingkreises (Resonanzkreises) beim Einschalten mit kalten Glühelektroden nach der kapazitiven Seite der Resonanz für Netzfrequenz verschoben ist und daß sich bei steigendem Elektrodenwiderstand die Resonanz des Schwingkreises der Resonanz für Netzfrequenz nähert, diese aber nicht überschreitet.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird durch die Beschreibung einiger in den Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispielen genauer erklärt.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zum Betrieb einer Entladungslampe, zu der in

Fig. 2 ein schematisches Diagramm einiger Daten im Vergleich zu den entsprechenden Daten der bekannten oben beschriebenen Schaltungen angegeben ist;

Fig. 3 zeigt eine Anordnung gemäß der Erfindung zum Betrieb von zwei Entladungslampen;

Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm der Anordnung gemäß Fig. 3;

Fig. 5 zeigt eine andere Anordnung gemäß der Erfindung zum Betrieb von zwei Entladungslampen.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 für eine wechselstromgespeiste Entladungslampe 1 sind ein Kondensator 2 und die Impedanzen 3 und 4 einander und der Netzfrequenz so angepaßt, daß eine vom Elektrodenwiderstand abhängige Resonanzspannung über die Lampe auftritt und sie zündet. Die Drosselspule 3 liegt in Reihe mit der Lampe, der eine Schwingdrossel 4 in Reihe mit dem Kondensator 2 parallel geschaltet ist. Die Schwingdrossel ist als Transformator ausgeführt und trägt zwei Heizstromwicklungen 5, 6 zur Speisung der vorheizbaren Elektroden 7, 8 der Röhre 1.

Durch die feste Kopplung zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators 4 in Verbindung mit dem Kondensator in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators können unabhängig von der Höhe der Netzspannung eine für die Entladungslampe geeignete Zündspannung gewählt und die Phasen der Teilströme so weit kompensiert werden, daß der Strom durch die Entladungslampe und der Strom durch die Drossel gleich groß werden.

Im folgenden wird angenommen, daß die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung entsprechend der Fig. 1 für den Betrieb einer 40-W-Leuchtstofflampe vorgesehen ist. Aus diesem Beispiel können die erforderlichen Schlüsse auch für die Anwendung der Anordnung nach der Erfindung in anderen Fällen gezogen werden.

Wenn an die Anschlußklemmen eine 220-V-Spannung angelegt wird, wird durch die Drossel 3, den Kondensator 2 und den Transformator 4, 5, 6 ein der Größe nach von der geometrischen Summe der Widerstände der betreffenden Elemente bestimmter Strom fließen. Wenn die Drossel eine für 40-W-Lampen übliche ist, werden der Kondensator und der Transformator zwecks Resonanz so dimensioniert, daß höchstens 200 mA den Kreis passieren können und der Spannungsabfall über diesen beiden im Zustand kalten Elektroden, also die Spannung über der Lampe, beim Einschalten 260 V beträgt. Die Heizstromwicklungen des Transformators sind so bemessen, daß hierbei eine Heizspannung von 10 V an der jeweiligen Elektrode liegt. Der gesamte Kaltwiderstand der Elektroden ist dann 2 · 2,5 Ohm. Im glühenden Zustand haben sie einen gesamten Widerstand von 2 · 25 Ohm, und die Spannung über der Lampe wächst auf etwa 300 V. Die Transformatorwicklungen können beispielsweise aus einer Primärwicklung von 2000 Windungen aus 0,22-mm-Draht und zwei Sekundärwicklungen von 120 Windungen aus 0,43-mm-Draht auf einem 20-W-Kern bestehen. Wenn die Lampe zündet, geht ein Lampenstrom durch die Drossel, die ihren induktiven Widerstand beträchtlich erhöht, wobei die Resonanzlage des Kreises erheblich verschoben wird und der Strom durch die Primärwicklung des Transformators auf etwa 30 mA herabgesetzt wird. Dieser Strom, der kapazitiv ist, erzeugt eine konstante Heizspannung von etwa 3 V an der jeweiligen Elektrode und wirkt phasenkompensierend auf den Strom in der Drossel, so daß der Netzstrom bei demselben Wert wie der Lampenstrom bei etwa 0,42 A gehalten wird. Am Kondensator, dessen Kapazität 1,0 bis 1,2 μΈ beträgt, liegen im Anfang des Zündvorganges 330 V und im Betrieb etwa 80 V.

Erst dadurch, daß der Transformator mit fester Kopplung ausgeführt wird, kann die Änderung des Widerstandes der Elektroden ausgenutzt werden. Diese Änderung kann z. B. 2,5 bis 25 Ohm erreichen. Hierdurch wird auf der Sekundärseite des Transformators ein großer Unterschied in der Belastung hervorgerufen, der während der Zeitabschnitte, die zwischen Einschalten und Zünden der Lampe liegen, in voller Höhe auf die Primärseite des Transformators zurückwirkt. Durch zweckmäßige Anpassung der Größe der Bauelemente kann, wie aus Fig. 2 hervorgeht, durch eine Impedanzänderung des Transformators über der Leuchtstofflampe eine Spannung erhalten werden, die im Einschaltaugenblick nur etwa 260 V ist, welche aber nach und nach auf etwa 300 V anwächst, während die Temperatur der Elektroden von Zimmertemperatur auf etwa 800° C steigt. In Fig. 2 ist die Zündzeit in Sekunden (sek) als Abszisse und die Kathodentemperatur (Kurve 9) in ⁰C bzw. die Spannung über der Lampe (Kurve 10) in V als Ordinate aufgetragen. Bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird nicht nur eine Kaltzündung verhindert, sondern die große Impedanz des Transformators verhindert auch jede Einwirkung des Kondensators auf die Kurvenform des Lampenstromes.

Der Zündzeitpunkt ist im Diagramm gemäß Fig. 2 mit Punkt 11 angegeben, der einer Elektrodentemperatur von 700° C oder mehr entspricht. Die von einem Streufeldtransformator gelieferte Spannung über der Lampe ist während der ganzen Verheizzeit, wie aus der gestrichelt punktierten Linie 12 hervorgeht, konstant. Die vorzeitige Zündung erfolgt etwa im Punkt 13 der Temperaturkurve der zu niedrigen Temperatur von 500° C. Es sind jedoch noch ungünstigere Kaltstarte möglich.

Die Anordnung nach der Erfindung kann auch für den Betrieb von mehreren Entladungslampen angewendet werden. In Fig. 3 ist die Schwingungsimpedanz 16 mit drei Heizstromwicklungen 17, 18, 19 versehen, die alle an die Primärwicklung 20 so angeschlossen sind, daß die, Änderung deren Selbstinduktanz in der geforderten Weise erfolgt und damit die Spannung über den Entladungslampen während der Vorheizung von einem niedrigen, keinen Kaltstart verursachenden Wert auf einen höheren, die Zündung sicher auslösenden Wert steigt. Es kommt darauf an, daß die Kopplung zwischen den verschiedenen Wicklungen auf einen solchen Wert geregelt wird, daß keine unerwünschte Veränderung in der Selbstinduktanz der Primärwicklung erfolgt. Eine solche Änderung kann leicht eintreten, wenn die In-

duktanzänderung so groß wird, daß die Resonanzlage des Kreises zuviel verschoben wird. In Fig. 4 zeigt die Kurve 21 einen solchen unerwünschten Fall der Spannung über der Lampe bzw. den Lampen und die Kurve 22 das gewünschte Ergebnis bei richtiger Dimensionierung.

Bei Parallelbetrieb mit der in Fig. 3 gezeigten Anordnung von zwei 40-W-Leuchtstoffröhren hatten die Schaltelemente in einem Fall folgende Daten: Die Drossel 23 bestand aus 1700 Windungen von 0,43 mm Draht, und der Luftspalt des Kerns betrug 2,0 mm. Die Drossel 24 hatte 1320 Windungen aus 0,43-mm-Draht und einen Luftspalt von 1 mm. Der damit in Reihe geschaltete Kondensator hatte eine Kapazität von 3,7 μ¥. Der Kondensator 26 hatte einen Wert von _1S 2,0 μ,Έ, und die Primärwicklung der Schwingimpedanz 16 bestand aus 1850 Windungen aus 0,25-mm-Draht. Die Sekundärwicklungen 18 und 19, die je eine Elektrode der kapazitiv geschalteten bzw. induktiv geschalteten Lampen 14, 15 speisen, bestanden aus je 100 Windungen aus 0,35-mm-Draht, während die die zwei übrigen Elektroden in Parallelschaltung speisende Sekundärwicklung 17 aus 110 Windungen aus 0,40-mm-Draht bestand. Der Kondensator 27 zwischen den Lampen 14 und 15 hatte einen Wert von 0,5 ixF.

Die Anordnung in Fig. 5 betrifft eine Reihenschaltung. Für ihre Anordnung zum Betrieb zweier 20-W-Leuchtstofflampen von 220 V können folgende Daten als Beispiel angegeben werden: Die Drossel 28 hatte 1550 Windungen aus 0,40-mm-Draht und einen 1-mm-Luftspalt. Der Kondensator 29 hatte eine Kapazität von 1,8 μΈ, und die Primärwicklung 31 der mit ihm in Serie geschalteten Schwingimpedanz hatte 1850 Windungen aus 0,25-mm-Draht auf einem 20-W-Kern. Von den drei Sekundärwicklungen 32,33,34 des Transformators speisen zwei Wicklungen 32, 33 je eine Elektrode der beiden Lampen und die dritte Wicklung 34 die beiden übrigen Elektroden in Parallelschaltung. Die Wicklungen 32, 33 bestanden aus je 100 Windungen aus 0,35-mm-Draht und die Wicklung 34 aus 110 Windungen aus 0,40-mm-Draht. Wenn man durch eine oder einige in der Anordnung enthaltene Elektroden über die zugehörigen Heizstromwicklungen eine genügende Steuerung der Spannung über der Entladungsröhre erhalten wird., können die übrigen Heizstromwicklungen mit loserer Kopplung oder sogar Streufeldkopplung an die Primärwicklung des Transformators angeschlossen sein. So können in der Anordnung gemäß Fig., 5 die Wicklungen 32, 33 des Transformators 30 so fest gekoppelt sein, daß der erstrebte Spannungsverlauf über den Leuchtstofflampen (also gemäß Kurve 22 in Fig. 4) erhalten wird. Die Wicklung 34 kann dann an die Primärwicklung 31 sehr lose gekoppelt werden. Bei solcher Ausführung in Mehrröhrenschaltungen soll zweckmäßigerweise eine Elektrode jeder einzelnen Entladungslampe zur Steuerung der Zündspannung von einem niedrigeren zu einem höheren Werte in dargelegter Weise beitragen.

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1. Schaltungsanordnung für elektrische Entladungslampen mit vorgeheizten und von Heizstromwicklungen im Transformator eines resonanzabgestimmten LC-Vorschaltgerätes gespeisten Elektroden mit Kaltleiterwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizstromwicklungen (5, 6) mit der Primärwicklung (4) elektrisch und magnetisch fest mit solcher Übersetzung gekoppelt sind, daß die transformierte Widerstandsänderung der Glühelektroden den Resonanzkreis so verstimmt, daß die der Entladungslampe bzw. den -lampen zugeführte Resonanzspannung durch die Resonanzverstimmung, von einem während der Vorheizung den Kaltstart verhindernden niedrigen Wert auf die Zündspannung erhöht wird (Fig. 1).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zum Betrieb einer Entladungslampe mit Drosseln und Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine Drosselspule (3) mit der Entladungslampe in Reihe geschaltet ist, die mit einer als Transformator ausgeführten, mit dem Kondensator in Reihe geschalteten Schwingdrossel (4) überbrückt ist, und daß der Transformator zwei Glühstromwicklungen (5, 6) für jede für sich heizbare Glühelektrode (7, 8) hat.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zum induktiv-kapazitiven Betrieb von zwei parallelgeschalteten Entladungslampen, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiv geschaltete Lampe (14) mit einer als Transformator ausgeführten Schwingdrossel (16) und einem damit in Reihe geschalteten Kondensator (26) überbrückt ist und daß der Transformator drei an die Primärwicklung fest gekoppelte Sekundärwicklungen (17,18,19) trägt, von denen zwei je eine Elektrode der beiden Lampen und die dritte die übrigen Elektroden der Lampen gemeinsam, vorzugsweise in Parallelschaltung, speisen (Fig. 3).

4., Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 zum Reihenbetrieb von mindestens zwei Entladungslampen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampen durch eine als Transformator (30) ausgeführte Schwingdrossel (31) und einen damit in Reihe geschalteten Kondensator (29) überbrückt sind und daß der Transformator drei an die Primärwicklung fest gekoppelte Sekundärwicklungen 32, 33, 34) trägt, von denen zwei je eine Elektrode der in Reihe geschalteten Lampen und die dritte die übrigen Elektroden der in Reihe geschalteten Lampen gemeinsam, vorzugsweise in Parallelschaltung, speisen (Fig. 5).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldungen A 11062 VIIIc/21 f (bekanntgemacht am 16. Juli 1953), P 3176 VIIIc/ f (bekanntgemacht am 22. Oktober 1953);
schweizerische Patentschrift Nr. 208 077;
USA.-Patentschrift Nr. 2 170 447.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 787/175 4. 60·