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Schaltungsanordnung zur Erleichterung der Zündung und zum störungsarmen
Betrieb von mehreren aus verschiedenen Phasen eines Mehrphasennetzes gespeisten
Gasentladungslampen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erleichterung
der Zündung und zum störungsarmen Betrieb von mehreren, aus verschiedenen Phasen
eines Mehrphasennetzes gespeisten Gasentladungslampen. Unter Gasentladungslampen
sind hierbei sowohl Niederdruckleuchtstrofflampen wie auch Hoch- und Höchstdrucklampen
zu verstehen.
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Es ist an sich eine Schaltungsanordnung zur sicheren Inbetriebsetzung
von Gasentladungslampen schon bekannt, bei der die Stabilisierungsimpedanz einer
Lampe mit derjenigen einer anderen Lampe magnetisch verkettet ist. Bei dieser bekannten
Schaltungsanordnung, die für helligkeitsgesteuerte Lampen bestimmt ist, ist jeder
Gasentladungslampe nur eine Stabilisierungsimpedanz zugeordnet. Es wird dabei beim
Zünden nur einer der Lampen durch die transformatorische Verkettung der Vorschaltinduktivitäten
in der Impedanz der anderen Lampe eine mehr oder weniger hohe zusätzliche Spannung
induziert, um auch in heruntergeregeltem Zustand der Lampen eine sichere Zündung
zu erzielen. Es ist auch schon eine weitere, gleichfalls für helfigkeitsgesteuerte
Lampen bestimmte Schaltungsanordnung bekannt, bei der jeder Gasentladungslampe zwei
Impedanzen vorgeschaltet sind, von denen eine mit einer der anderen Lampe magnetisch
verkettet ist. Hierbei können die Impedanzwicklungen aller Lampen miteinander magnetisch
verkettet sein. Bei diesen bekannten Schaltungsanordnungen dienen die Impedanzen
dabei zum Zünden der Lampen auch in heruntergeregeltem Zustand. Bei diesen bekannten
Schaltungsanordnungen handelt es sich nicht um solche für den Betrieb mehrerer Gasentladungslampen,
die an verschiedenen Phasen eines Mehrphasennetzes angeschlossen sind.
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Trotz der bekannten, zum Starten von Gasentladungslampen dienenden
Schaltungsanordnungen stellen die Zündung und insbesondere der störungsarme Betrieb
von Gasentladungslampen, wie Leuchtröhren, Nieder-, Hoch- und Höchstdrucklampen,
noch heute trotz ihrer stark verbreiteten Anwendung bedeutende Probleme.
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Bei den Leuchtstofflampen für Allgemeinbeleuchtung wurden zwar die
Inbetriebsetzungsschwierigkeiten mit dem sogenannten Startersystem zur Elektrodenvorheizung
überwunden. Bei Hoch- und Höchstdrucklampen mit im stationären Betrieb stark eingeschnürtem
Lichtbogen und hochkonzentriertem Bogenansatzpunkt an den Elektroden ließ sich die
Elektrodenvorheizung aber nicht wirtschaftlich verwirklichen. Zur Zünderleichterung
werden bei solchen Brennem sogenannte Hilfselektroden zur Vorionisierung des Gasraumes
zugebaut. Dieser nur zur Zündung benötigte Hilfsstromkreis soll so geschaltet und
seine Bemessung so gewählt sein, daß er nach erfolgter Zündung des eigentlichen
Lichtbogens stromlos wird.
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Das natürlichste und einfachste Mttel, Gasentladungsstrecken sicher
zu zünden und wirtschaftlich zu betreiben, ist das Anlegen einer genügend hohen
Leerlaufspannung.
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Bei niederem Fülldruck des Zündgases und verhältnismäßig geringem
Elektrodenabstand (womöglich kleiner als der Gefäßdurchmesser, damit der Wandungswiderstand
bedeutungslos ist) genügt die normale Netzspannung von 220 Volt. Bei langgestreckten
Brennern oder bei hohem Fülldruck des Zündgases reicht hingegen die Netzspannung
nicht aus, so daß an Stelle einer einfachen Drosselspule zur Stabilisierung (Strombegrenzung)
des Lichtbogens ein Streufeldumspanner nötig wird. Diese Streufeldtransformatoren
sind aber nicht nur voluminös und teuer, sondern haben den großen Nachteil eines
schlechten Leistungsfaktors.
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Durch die deutsche Patentschrift 971932 ist ein starterloses
Zündverfahren bekannt, bei dem die Vorzüge einer sicheren Zündung beim Einschalten
der Lampe aus kaltem Zustand ohne weitere Hilfsmittel, wie Elektrodenvorheizung
oder Hilfszünder, beibehalten und die Nachteile des Streufeldtransformators
vermieden
werden. Eine dieser bekannten Schaltungsanordnungen zeichnet sich dadurch aus, daß
an einem verhältnismäßig wenige Windungen aufweisenden Wicklungsteil einer einfachen
Strombegrenzungsdrossel ein im Betrieb parallel zur Entladung geschalteter, annähernd
Netzspannung aufnehmender Widerstand (Glühwendel) mit Kaltleitercharakteristik angeschlossen
ist. Zufolge des geringen Kaltwiderstandes dieses Elements entfällt auf den diesem
Element vorgeschalteten, nur wenige Windungen aufweisenden Wicklungsteil ein hoher
Anteil der Netzspannung, was einen kräftigen, je nach Phasenlage bis zum
15fachen Wert des stationären Betriebsstromes erreichenden Stromstoß, unmittelbar
nach dem Einschalten, hervorrufen kann. Im Verhältnis der Windungszahl dieser dem
Kaltleiter vorgeschalteten Wicklung zur Windungszahl der Wicklung, welche zum Zwecke
der Stabilisierung dem Lichtbogen vorgeschaltet ist, wird für den Bruchteil einer
Sekunde bzw. bis zum Zeitpunkt des betriebsheißen Zustands des Kaltleiters mittels
der in diesem Zeitablauf als Transformator arbeitenden Drossel eine zum Zünden der
Entladungsstrecke genügend hohe Spannung auftransformiert.
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Bei Netzunterspannung kommt es jedoch noch verhältnismäßig häufig
vor, daß mangels ungenügenden Nachfließens von ausreichender Energie der Lichtbogen
wieder löscht. Eine Wiederzündung im Sinne des Inhaltes der deutschen Patentschrift
971932 kann dann nicht mehr erfolgen, weil der Kaltleiter unter Betriebstemperatur
steht und den hohen betriebmäßigen Widerstand besitzt.
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Aber auch bei kurzzeitiger Spannungsunterbrechung (Schwankung) löscht
der Lichtbogen und zündet mangels genügender Spannung ohne Erkaltung der Lampe nicht
wieder.
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Ein anderer großer Nachteil netzspannungsbetriebener, mit einfachen
Drosselspulen stabilisierter Hoch- und Höchstdrucklampen liegt darin, daß die Brennspannung
des Lichtbogens, wegen der Neigung leichten Löschens, tief gehalten werden muß.
Je größer jedoch die Bogenspannung (Wirkspannung) der Lampe gewählt werden kann,
um so wirtschaftlicher arbeitet die Beleuchtungsanlage.
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Schließlich hat sich auch noch gezeigt, daß beim Einschalten großer
Lampengruppen einzelne Entladungslampen nicht zünden. Bei Wiederholungsversuchen
stellte sich ferner heraus, daß es immer wieder andere Lampen sind, die nicht zünden,
so daß daraus die Lehre zu ziehen ist, daß die zündwilligsten Lampen zünden und
den in diesem Augenblick zündunwilligeren Lampen die erforderlichen Energiemassen
vorwegnehmen.
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Alle diese Nachteile lassen sich durch die Anwendung der Schaltungsanordnung
zur Erleichterung der Zündung und zum störungsarmen Betrieb von mehreren, aus verschiedenen
Phasen eines Mehrphasennetzes gespeisten Gasentladungslampen gemäß der Erfindung
beheben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß erfindungsgemäß die an den verschiedenen
Phasen angeschlossenen Lampenstromkreise miteinander magnetisch verkettet sind,
indem jede Lampe über zumindest zwei in Reihe liegende, auf getrennten Eisenkernen
angebrachten Drosselspulen als Stabilisierungsimpedanz an das Netz angeschlossen
ist und jede Spule über ihren Kern mit einer in einem anderen Lampenstromkreis liegenden
Drosselspule induktiv derart gekoppelt ist, daß durch den durch eine Lampe fließenden
Strom über deren Vorschaltdrosseln in den Stromkreisen der anderen Lampen eine sich
zur Netzspannung addierende Spannung induziert wird.
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Die Schaltung kann z. B. so vorgenommen werden, daß von den mindestens
zwei auf einen mit Luftspalt versehenen Eisenkern (Streuwandler) angeordneten Wicklungen
die eine vom Strom der einen., ihr unmittelbar zugeordneten Entladungslampe durchflossen
wird, während die andere auf demselben Eisenkern angeordnete Wicklung vom Strom
einer anderen Entladungslampe durchtlossen wird.
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Bei Verwendun- eines jeder Lampe parallel geschalteten Kaltleiterwiderstandes
kann eine in Reihe mit dem Kaltleiterwiderstand liegende weitere Wicklung auf dem
jeder Lampe zugeordneten Drosselspulenkern angebracht sein, und die freien Enden
dieser Wicklungen aller Lampen lassen sich dabei dann in Sternschaltung miteinander
verbinden. Es ist ferner auch möglich, eine Einheit von drei Gasentladungslampen
im Dreieck zu schalten, so daß jeder Stromkreis die volle Phasenspannung aufnimmt.
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Ist im Sinne des Patens 971932 an einem Wicklungsteil bzw.
an einer weiteren Wicklung als Parallelstromkreis zum Entladungsstromkreis ein annähernd
Netzspannung aufnehmender Kaltleiterwiderstand angeschlossen, kann zusätzlich jenes
bekannte Zündverfahren angewendet werden.
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Die Schaltschemen gemäß den Fig. 1 und 2 stellen lediglich
Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Die in Fig. 1 dargestellte Drehstromgruppe
zeigt drei Mischlichtlampen mit je einer Gasentladungslampe und einer Glühwendel
zur Erzeugung von tageslichtähnlichem Mischlicht. Dabei sind die diesen Lampen schaltungsmäßig
zugeordneten Stabilisierungsimpedanzen in Drehstrom-Stern-Schaltung dargestellt.
Auf jedem Kern Fe sind die Stabilisierungsimpedanzen B, C Lind
A angeordnet, wobei B und C
zur Stabilisation der Lichtbögen
den Entladungsstrecken der Lampen vorgeschalte:t sind.
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Die jeweiligen Wicklungspaare B, C der Magnetschenkel
Fe eines Drehstromkerns oder drei unter sich magnetisch getrennter Drosselkerne
sind in der Weise unter sich verkettet. daß einer Entladungslampe 1 bzw.
2 bzw. 3 als Stabilisierungsimpedanzen jeweils zwei auf verschiedenen Kernen
bzw. Magnetschenkeln liegende Wicklungen bzw. Wicklungsabschnitte zugeordnet und
vorgeschaltet werden. So sind z. B. gemäß Fig. 1 der Entladungslampe
1 die Impedanzen C / 1 des Kernes 1 und B / 111
des Kernes 111, der Lampe 2 die Impedanzen CIII des Kernes 11
und Bll
des Kernes 1 und der Lampe 3 die Impedanzen CIIII des Kernes
111 und BIll des Kernes 11
in galvanischer Verbindung als strombegrenzende
Induktivitäten vorgeschaltet.
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In Fig. 1 bedeutet F sogenannte Kaltleiter, die als Glühlichtelemente
zur Erzeugung von Mischlicht je
in einem eigenen Lampenkolben angeordnet sind.
Die beiden schaltungstechnisch zusammengehörenden Elemente Entladungslampe und Glühlichtwendel
können in einem Lampenkolben vereinigt zu einer Michlichtlampe gemacht sein. Der
Kaltleiter F ist jeweils einseitig mit dem Wicklungsteil A und an der anderen
Seite mit einer Netzphase verbunden. Er dient beim Einschalten der Lampe über den
Wicklungsteil A zur Erzeugung einer hohen Zündspannungsspitze, weil er über
die mit seinem Stromkreis verketteten Impedanzen eine Auftransformation der
Spannung
an den Elektroden des betreffenden Entladungsbrenners erzeugt (vgl. deutsche Patentschrift
971932).
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Die in Fig. 2 dargestellte Drehstromgruppe enthält dieselben Schaltelemente
wie Fig. 1 und unterscheidet sich von dieser Figur im wesentlichen nur darin,
daß die Impedanzen nicht zwischen Phase und Sternpunkt, sondern zwischen zwei Phasen
geschaltet sind (Dreieckschaltung). Diese Schaltung wird mit Vorzug in Netzen Anwendung
finden, deren Phasenspannung kleiner als 380 Volt ist, so z. B. bei einer
Stromart 127/220 Volt.
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Bei beiden Schaltungen liegen auf jedem Eisenkern Fe die Impedanzen
B, C und A, wobei es sich um einen mehrschenkligen Kern eines
Drehstromaggregats oder drei Einzelkerne handeln kann. Für jede Entladungslampe
ist die Impedanz B einseitig mit einer Phase R bzw. S bzw. T des Netzes und
andererseits mit der Impedanz C eines benachbarten Kernes oder Schenkels
verbunden. Das andere Ende der Impedanz C ist mit der einen Elektrode der
ihr zugeordneten Entladungslampe verbunden. Die gegenüberliegende Elektrode der
Gasentladungslampe ist nach Fig. 1 über die Impedanz A mit dem Sternpunkt
und nach Fig. 2 mit einer anderen Phase des Netzes verbunden.
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Auch bei der Schaltung nach Fig. 2 sind, wie beim Vorschlag nach Fig.
1, die Impedanzen B und C verschiedener Entladungsstromkreise magnetisch
verkettet. Die Impedanzen B, C und A auf jedem Kern der Magrictschenkel
müssen unter sich isoliert sein; sie sind nur magnetisch miteinander gekoppelt.
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Der Hauptvorteil der beschriebenen Schaltungsanordnung liegt in der
Umkehr des Verhaltons bei starker Unterspannung im Zeitpunkt des Einschaltens und
bei kurzzeitigen Spannungsschwankungen (Spannungssturz) im stationären Betrieb.
Währenddem nämlich bei allen bisher bekanntgewordenen Schaltungen (Gruppierungen
mehrerer Einheiten zu Gruppen) das Zünden der zündwilligeren Einheiten
- durch ihre momentan auftretendee hohe Einschaltbelastung - den weniger
zündwilligen Lampen die Spannung und den genügenden Energienachfluß raubten, bewirkt
die bei der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehene Kopplung und Verkettung eine
sofortige, unverzögerte Spannungserhöhung an den Elektroden der noch nicht gezündeten
Lampen. Mit der Schließung auch nur eines einzigen Entladungsstromkreises durch
Zündung einer Entladungslampe werden mindestens zwei Strombegrenzungsdrosseln zu
Transformatoren, die auf die Wicklungen', deren zugeordneten Entladungslampen noch
nicht gezündet haben, je nach dem übersetzungsverhältnis der Windungszahlen
B: C eine mehr oder weniger hohe Spannung induzieren, die sich bei
richtigem Wicklungssinn mit der Netzspannung addiert und so die Zündung unmittelbar
anschließend herbeiführt. Genau gleich bleibt dieser Vorteil aber auch für den stationären
Betriebszustand wirksam. Es wird dabei nicht nur ein gegen kurzzeitige Spannungsschwankungen
unempfindlicher Betriebsablauf gewährleistet, sondern auch eine Erhöhung der Wirk-
bzw. Brennspannung erzielt.