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Anordnung für den Betrieb und die Zündung von Leuchtstofflampen mit
Glühelektroden Für den Betrieb und die Zündung von Niederspannungs-Leuchtstofflampen
mit geheizten Glühelektroden besteht das Bestreben, häufig Störungen verursachende
Startvorrichtungen zu vermeiden. Bei derartigen starterlosen Schaltungen für Glühstartlampen
ist es jedoch in bezug auf die Lampenlebensdauer notwendig, daß die Zündung der
Lampe erst dann erfolgt, wenn die Glühelektroden genügend stark aufgeheizt sind.
Zur Erreichung dieses Zweckes ist daher unter anderem eine Schaltung für den Betrieb
von Glühstartlampen bekannt, bei der die Zündspannung in Abhängigkeit von den durch
die Erhitzung bedingten Widerstandsänderungen der Glühelektroden beim Erreichen
der Emissionstemperatur an die Entladungslampe gelegt wird. Die Anordnung ist hierbei
derart getroffen, daß ein Heiztransformator auf der Sekundärseite neben den beiden
Heizwicklungen noch eine dritte Wicklung aufweist, die mit einem Kondensator und
einer Sättigungsdrossel einen Schwingkreis bildet, der durch die Widerstandsänderungen
der Heizelektroden und durch die Sättigung der Drossel in Resonanz gebracht wird,
wobei durch den Strom des Schwingkreises entweder über eine besondere in der Lampe
eingebaute Hilfszündelektrode oder über ein besonderes Kontaktrelais die Zündung
der Lampe herbeigeführt wird.
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Bei dieser bekannten Anordnung sind demnach für die Durchführung der
Zündung unter Ausnutzung der Widerstandsänderungen der Glühelektroden außer den
Vorschaltdrosseln und dem Resonanzkondensator noch eine dritte Wicklung des Heiztransformators
und eine zusätzliche Sättigungsdrossel erforderlich. Der Aufwand ist demnach bei
einer derartigen Zündschaltung verhältnismäßig hoch. Die Durchführung der Zündung
bei .einer Leuchtstofflampe mit einer eingebauten Hilfszündelektrode erfordert ferner
eine Fassung mit drei Anschlüssen, was unwirtschaftlich ist. Ein von dem Schwingkreis
überwachtes, an Stelle der Hilfszündelektrode tretendes Kontaktrelais, dessen Kontakt
die Entladungslampe im unerregten Zustand überbrückt, kann wiederum Veranlassung
zu unliebsamen Störungen geben.
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Es sind Anordnungen bekannt, die unter Ausnutzung des Resonanzeffektes
und der Sättigungseigenschaften von Transformatoren eine Spannungserhöhung zur Erleichterung
des Zündvorganges erreichen wollen. Weiterhin ist vorgeschlagen worden, Resonanzkreise
zu verwenden, die auf die dritte Oberwelle des Netzes abgestimmt sind. Alle diese
bekannten Anordnungen konnten jedoch nur einzelne der zahlreichen an eine Startervoxrichtung
zu stellenden Anforderungen erfüllen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Startervorrichtung zu schaffen,
die unter Ausnutzung der Widerstandsänderung der Glühelektroden während der Anheizperiode
unmittelbar vor der Zündung eine hohe Zündspannung mit spitzen Scheitelwerten zur
Verfügung stellt.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für den Betrieb
von Leuchtstofflampen mit Glühelektroden, deren starterlose Zündung unter Ausnutzung
der Resonanzerscheinung eines eine Strombegrenzungsdros.sel und .eine parallel zur
Lampe liegende Serienschaltung eines Kondensators und eines Heiztransformators enthaltenden
Schwingkreises in Abhängigkeit von der Widerstandsänderung der Glühelektroden erfolgt.
Die Erfindung besteht darin, daß der Kern des Heiztransformators aus einem magnetischen
Werkstoff mit nahezu rechtwinkelig verlaufender Magnetisierungskennlinie besteht
und/oder eine streckenweise Querschnittsverengung hat und so ausgebildet ist, daß
der Arbeitspunkt auf der Magnetisierungskennlinie am Beginn der Aufheizzeit unterhalb
des Sättigungspunktes liegt und der Kern erst gegen Ende der Aufheizzeit in den
Sättigungszustand gelangt, und daß die Elemente des Schwingkreises so bemessen sind,
daß der Schwingkreis bei gesättigtem Heiztransformator in den -Resonanzzustand mit
der dritten Oberwelle übergeht.
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Die Kapazität des Resonanzkondensators, kann bei dieser Betriebsschaltung
einen solchen Wert erhalten, daß für eine vorzugsweise der dreifachen Netzfrequenz
entsprechende Oberwellenfrequenz sein Blindwiderstand annähernd die gleiche Größe
wie der Blindwiderstand der Vorschaltdrossel besitzt. Bei die-.
ser
Bemessung stellen der Kondensator und die Vorschaltdrossel einen Saugkreis für die
gewählte Oberwellenfrequenz dar. Für eine 40-W-120-V Lampe liegt aus den Betriebsbedingungen
der Lampe die Induktivität der Drosselspule mit etwa 1,2 H fest. Der induktive Widerstand
der Drosselspule beträgt bei 150 Hz etwa 1130 Ohm. Die Resonanzbedingung ist erfüllt,
wenn der Widerstand des Kondensators bei 150 Hz ebenfalls diesen Wert hat. Daraus
ergibt .sich die Größe der notwendigen Kapazität zu etwa 0,94 j. Der Strom in dem
Primärkreis des Heiztransformators wird durch den kapazitiven Widerstand des Kondensators
begrenzt und nur unwesentlich von der Belastung des Heiztransformators bestimmt.
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Für die Bemessung des Heiztransformators sind in erster Linie die
Bedingungen für eine ausreichende Vorheizung der Glühelektroden maßgebend. Bei der
erfindungsgemäßen Anordnung sind ferner das Material und die Form des Eisenkernes
sowie die Bemessung und räumliche Anordnung der Wicklungen des Heiztransformators
so gewählt, daß bei kalten und noch nicht genügend vorgeheizten Glühelektroden der
Eisenkern im geradlinigen Teil der Magnetisierungskurve arbeitet. Zur Erzielung
eines hohen Oberwellenstromes hat der Eisenkern des Heiztransformators an einer
Stelle einen verengten Querschnitt, und/öder der Transformatorkern besteht aus einem
magnetischen Werkstoff mit nahezu rechtwinkelig verlaufender Magnetisierungskennlinie,
und die Elektrodenvorheizung weist eine solche thermische Zeitkonstante auf, daß
der Übergang vom ungesättigten in den gesättigten Zustand des Heiztransformators
sprunghaft oder innerhalb einiger Wechselspannungsperioden erfolgt.
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In den Abb. 1 bis 4 der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt.
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Die in den Abb. 1 bis 4 dargestellten starterlosen Schaltungen enthalten
in bekannter Weise eine den Entladungsstrom begrenzendeVorschaltdrossel1, einen
Heiztransformator 2 mit einer Primärwicklung 3 und zwei Sekundärwicklungen 4, 5,
einen Kondensator 6 und eine Leuchtstofflampe7 mit den Glühkathoden 8, 9.
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In den Primärkreis des Heiztransformators 2 der Schaltungen nach den
Abb.3 und 4 ist ferner noch ein Heißleiter mit negativer Stromspannungscharakteristikeingeschaltet.
An den Leuchtstofflampen 7 der Abb. 2, 4 liegt weiterhin noch eine Hilfszündelektrode
11 an, die an den Primärkreis des Heiztransformators 2, und zwar zwischen de Primärwicklung
3 und dem Kondensator 6 angeschlossen ist.
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Nach dem Anschluß einer der Betriebsschaltungen nach den Abb. 1 bis
4 an das Netz geht der Vorheizbetrieb vorerst in bekannter Weise derart vor sich,
daß die zunächst noch kalten Glühelektroden mittels der Sekundärwicklungen 4, 5
des Heiztransformators. 2 vorgeheizt werden, wobei die Elektrodenwiderstände zu-
und der Vorheizstrom abnimmt. Sobald die notwendige Emissionstemperatur im Bereich
von 500 bis 900° C erreicht ist, werden die beiden Glühelektroden einen bedeutend
niedrigeren Widerstandswert besitzen.
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Diese Widerstandsverringerung der Glühelektroden 8, 9 bewirkt nun
einen entsprechend verminderten Strom in den Sekundärwicklungen 4; 5 des Heiztransformators
2. Daraus resultiert, daß auch die Gegendurchflutung in dem Heiztransformatorkern
ebenfalls entsprechend dem verringerten Sekundärstrom schwächer wird. Die Folge
davon ist, daß die Magnetisierung des Kernes erhöht wird. Die Primärdurchflutung
des Transformatorkernes ändert sich hierbei kaum, da der durch den großen kapazitiven
Widerstand des Kondensators 6 begrenzte Primärstrom nahezu konstant bleibt. Der
Kern des Heiztransformators 2 geht alsdann in Sättigung über, was durch entsprechende
Bemessung des Heiztransformatorkernes und der thermischen Zeitkonstante der Elektrodenvorheizung
entweder sprunghaft oder innerhalb einiger Wechselspannungsperioden erfolgen kann.
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Wie bereits erwähnt, ist der Kondensator 6 in Verbindung mit der strombegrenzenden
Vorschaltdrossel 1 und dem Heiztransformator 2 so bemessen, daß ein Saugkreis für
eine Oberwelle entsteht, deren Frequenz der dreifachen Netzfrequenz entspricht.
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Bei der Sättigung des nunmehr als Oberwellengenerator arbeitenden
Heiztransformators 2 nimmt der Oberwellenstrom in der Primärwicklung 3 des Heiztransformators
2 seinen im wesentlichen durch den Kondensator 6 sowie.durch die Wicklungs- und
Kernverluste des Heiztransformators 2 bestimmten Maximalwert an. Dieser kräftige
Oberwellenstrom ergibt nun einen wesentlichen Spannungsabfall über die Vorschaltdrossel.
Diese Spannung überlagert sich alsdann der angeschlossenen Netzspannung, wodurch
eine erhöhte Startspannung zwischen den Glühelektroden 8, 9 der Leuchtstofflampe
7 erzeugt wird. Hierzu kommt noch, daß auch der über den Kondensator 6 fließende
Netzstrom ebenfalls zu einer Anhebung der Netzspannung beiträgt. Die auf diese Weise
gebildete Zündspannung bewirkt dann die Zündung der Leuchtstofflampe.
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Zur sicheren Vermeidung eines Kaltstarts darf diese Spannungsüberhöhung
an der Entladungsstrecke der Leuchtstofflampe 7 durch die Überlagerung der Netzspannung
von der Oberwellenspannung selbstverständlich erst nach ausreichender Vorheizung
der Glühelektroden 8, 9 der Leuchtstofflampe 7 einsetzen, was durch geeignete Bemessung
des magnetischen Kreises des Heiztransformators und des Saugkreises für die Oberwelle
erreicht wird.
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Nach erfolgter Zündung der Leuchtstofflampe bricht die Spannung über
den Heiztransformator bis auf die Lampenspannung zusammen, so daß der Vorheizstrom
wesentlich kleiner wird. Der Kern des Heiztransformators ist dann nicht mehr in
Sättigung.
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Bei den Schaltungen nach den Abb. 3 und 4 ist in den Primärkreis des
Heiztransformators 2 ein Heißleiter 10 negativer Stromspannungscharakteristik eingeschaltet.
Bei Erwärmung des Heißleiters 10 von dem Netz- und Oberwellenstrom wird dessen Widerstand
kleiner, wodurch ein weiteres Ansteigen des Primärstromes und damit eine weitere
Zündbegünstigung erreicht wird.
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Eine Starterleichterung der Leuchtstofflampe 7 bei den Schaltungen
2 und 4 wird ferner noch durch eine Außen-Hilfszündelektrode 1i ermöglicht, wobei
das zwischen der Primärwicklung 3 des Heiztransformators 2 und den Kondensator 6
dienende Potential als Hilfsstartspannung dient. Derartige zusätzliche Starterleichterungsmittel
werden insbesondere bei erschwerten Startbedingungen, wie beispielsweise bei sehr
tiefen Umgehungstemperaturen und bei einem ungünstigen Verhältnis zwischen der angelegten
Netzspannung und der notwendigen Startspannung der Leuchtstofflampe gewählt.
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Selbstverständlich können gegebenenfalls auch noch andere bekannte
Starterleichterungsmittel zur Erhöhung der Startsicherheit bei den beschriebenen
Schaltungen benutzt werden.
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In Abb.5 ist der zeitliche Verlauf des Vorheizstromes IH einer
Glühelektrode der Leuchtstofflampe und in Abb. 6 der zeitliche Verlauf der zwischen
beiden Glühelektroden liegenden Lampenspannung UL
dargestellt. Die
Richtung der Zeitachse t ist in den Abb. 5 und 6 angegeben. Aus diesen Abbildungen
ist insbesondere die Verringerung des Vorheizstromes IH durch den zunehmenden Widerstand
der Glühelektroden und der starke Anstieg der Lampenspannung UL der Leuchtstofflampe
im gleichen Zeitraum zu erkennen, wobei aus der Abb. 6 deutlich das Auftreten der
dritten und auch höherer ungradzahligen Harmonischen als Starthilfsspannung ersichtlich
ist. Die Darstellungen in den Abb. 5 und 6 entsprechen gleichzeitig aufgenommenen
Oszillogrammen, die das Zeitintervall vom Einschaltaugenblick bis zur ausreichenden
Vorheizung der Lampenelektroden wiedergeben, wobei das Zünden der Leuchtstofflampe
absichtlich verhindert wurde, um den zeitlichen Verlauf des Vorheizstromes und der
Lampenspannung beim Startvorgang klar hervortreten zu lassen.