IT8149501A1

IT8149501A1 - Alimentatore per lampada hid (a forte intensita' di scarica)

Info

Publication number: IT8149501A1
Application number: ITRM1981A049501A
Authority: IT
Original assignee: The Nuarc Company Inc
Priority date: 1980-11-18
Filing date: 1981-10-15
Publication date: 1983-04-15
Also published as: AU541256B2; FR2494538B1; DK509181A; GB2088156B; JPS57111994A; IT8149501A0; DE3141189A1; IT1171592B; GB2088156A; CA1162322A; FR2494538A1; AU7737081A; US4339692A; BE890955A

Description

DOCUMENTAZIONE

RILEGATA

PRECEDENTI DELL'INVENZIONE.

La presente invenzione riguarda alimentatori elettrici e pi? particolarmente alimentatori elettrici atti all'impiego con lampade HID (a forte intensit? di scarica) particolarmente del tipo ad alogenuro metallico.

CAMPO DELL'INVENZIONE.

Una delle difficolt? che si riscontrano con gli alimentatori per lampade HID ? che si deve dare inizio alla scarica nella lampada sia quando questa ? fredda e presenta una caduta di tensione estremamente bassa sia quando ? calda ed ? stata spenta temporaneamente;

in queste condizioni i gas caldi presenti nella lampada o essendo sotto pressione elevata per cui la lampada pre- -?

3 senta una tensione di scarica molto alta. Quando la lampada ? calda occorre produrre impulsi cos?detti rein-^nescati di ampiezza estremamente grande il che si fa di solito mediante una coppia di trasformatori per impulsi connessi in serie su ciascun lato della lampada o eanrr allo scopo di superare la elevata resistenza interna della lampada e dare inizio ad una scarica.in essa.

Dispositivi che impiegano tali trasformatori sono quello che forma oggetto di domanda di brevetto USA Lindan in contemporanea attesa di definizione numero di serie 166.159 depositata il 7 luglio 1980 e quelli della tecnica precedente descritti nella parte introduttiva della stessa domanda.

Quando la lampada ? fredda ? relativamente facile innescarvi un arco ma poich? la lampada quando ? fredda presenta una caduta di tensione molto bassa, si deve prevedere qualche mezzo per limitare la corrente masssima assorbita dalla lampada quando si d? inizio alla scarica da freddo. Tradizionalmente la corrente viene limitata da una impedenza stabilizzatrice che di solito ? una induttanza o un condensatore connesso in serie con.il trasformatore di potenza per limitare ad .0 un valore relativamente basso il flusso di corrente ? verso la lampada. Se la corrente viene limitata alla

o normale corrente di esercizio della lampada, il cos? 3 detto tempo di riscaldo necessario perch? la lampada raggiunga la sua piena emissione di luce pu? durare da 90 secondi a parecchi minuti.

Sono stati proposti vari accorgimenti per diminuire il tempo di riscaldamento occorrente perch? la lampada raggiunga la sua piena emissione di luce dopo che la scarica ? stata innescata in una lampada fredda. Per esempio il brevetto Michalski 3.555.352 propone un dispositivo che comprende un autotrasformatore strutturabile e un condensatore in serie che funzionano a risonanza o in prossimit? di essa durante il periodo di riscaldamento per aumentare la corrente diretta alla lampada e ridurre il periodo di riscaldamento a circa 45 secondi.

Il brevetto Helmuth 3.944.876 propone di ridurre il periodo di riscaldamento impiegando un autotrasformatore separato che viene connesso selettivamente nel circuito mediante un tiristore controllato da un dispositivo generatore di impulsi, tale circuito svolgendo la funzione di diminuire la tensione e la impedenza effettiva stabilizzatrice per la lampada du s p rante il periodo di riscaldamento.

Entrambi questi dispositivi della tecnica

o ?? precedente richiedono parti componenti del circuito 3

'? separate e costose per lo svolgimento delle due funzioni di avviare la lampada sia da caldo che da freddo e aumentare il flusso iniziale di corrente verso la lampada quando ? fredda in modo da ridurre il tempo di riscaldamento occorrente per raggiungere la piena emissione di luce.

Costituisce pertanto uno scopo della presente invenzione procurare un alimentatore per lampade HID di tipo nuovo e perfezionato nel quale uno o pi? degli svantaggi sopra esaminati dei dispositivi della tecnica precedente vengono evitati.

Costituisce un altro scopo dell?invenzione procurare un alimentatore per.lampada HID di tipo nuovo e perfezionato con una disposizione circuitale semplificata al duplice scopo di rendere minimo il tempo di riscaldamento della lampada e di fornire impulsi di ri-innesco di ampiezza relativamente elevata per riavviare la lampada da caldo e dopo.uno spegnimento temporaneo .

Costituisce un ulteriore scopo della presente invenzione procurare un alimentatore per lampada

HID nel quale gli elementi stabilizzatori tradizionali sono eliminati e i trasformatori per impulsi usati per s sviluppare i necessari impulsi di innesco per adescare una scarica nella lampada sono essi stessi gli unici ? o ?? 3 elementi limitatori di corrente presenti nell alimen *0 tatore.

BREVE SOMMARIO DELL'INVENZIONE

Detto in breve nella configurazione della presente invenzione i tradizionali elementi stabilizzatori in serie sono eliminati e i trasformatori per impulsi che sono connessi in serie su ciascun lato della lampada agiscono anche come unici elementi limitatori di corrente presenti nell'alimentatore tanto durante il periodo di riscaldamento iniziale quanto allorch? la lampada ? attraversata dalla corrente di pieno funzionamento e la lampada emette in pieno la sua luce.

Poich? l'effetto stabilizzante dei trasformatori per impulsi ? relativamente piccolo, nello schema della present? invenzione si deve usare una lampada con corrente di esercizio maggiore del normale. Questi trasformatori per impulsi permettono allora di far passare attraverso la lampada una forte corrente durante il periodo di riscaldamento iniziale per modo che il tempo richiesto perch? la lampada raggiunga la piena emissione di luce ? sorprendentemente ridotto da 45 secondi a 15r20 secondi.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

L'invenzione sia per quanto riguarda la sua tso 3 organizzazione che per il metodo.di funzionamento unitamente ad ulteriori scopi e vantaggi di essa sar? meglio compresa riferendosi alla specifica tecnica che segue avuto riguardo dei disegni allegati nei quali:

la fig.1 ? uno schema dell'alimentatore della presente invenzione;

la fig.2 illustra una forma realizzativa alternativa dell'invenzione;

la fig.3 ? una vista laterale in elevazione del trasformatore per impulsi impiegato nella forma realizzativa della fig.1; e

la fig.4 rappresenta il trasformatore della fig.3 visto di lato.

DESCRI ZIONE DELLA FORMA REALIZZATIVA PREFERITA Con riferimento ai disegni, un autotrasformatore 10 vien? impiegato per trasformare la tensione della rete a corrente alternata alla voluta tensione ai capi 12, 14 in uscita dal trasformatore 10.

Una lampada ad alogenuro metallico indicata nel suo insieme con 16 ? connessa direttamente ai capi 12 e 14 in uscita dal trasformatore attraverso gli avvolgimenti 18, 20 secondari di una .coppia di rispettivi trasformatori 22, 24 per impulsi.

In accordo con un aspetto importante della o "?a presente invenzione i secondari 18, 20 sono connessi direttamente all'autotrasformatore 10 mediante i conduttori 26, 28 e i secondari stessi agiscono come unici elementi stabilizzatori limitatori di corrente dell'alimentatore. I trasformatori per impulsi 22,24 sono provvisti di avvolgimenti primari 30, 32 ai quali sono applicati gli impulsi di innesco della lampada di intensit? di corrente relativamente elevata provenienti da un circuito 34 di impulsi di innesco della lampada.

Allo scopo di fornire impulsi pilota per il circuito 34 di innesco della lampada in modo che questo circuito possa funzionare in sincronismo con la rete a corrente alternata un rivelatore 36 di passaggio per lo zero" ? connesso ai capi dei terminali 12, 14 di uscita dell'autotrasformatore 10, il rivelatore 36 fornendo un impulso in uscita per ogni passaggio per lo zero della tensione alternata proveniente dall'autotrasformatore 10. Questi impulsi vengono ritardati in un circuito ritardatore 38 di circa 75? in modo che gli impulsi di innesco della lampada sviluppati dal circuito 34 intervengono in un punto dell'onda della corrente alternata in corrispondenza del quale la tensione alternata applicata alla lampada 16 ? prossima al suo valore massimo.

Gli impulsi di passaggio per lo zero vengono alimentati al circuito pilota 40 che fornisce opportuni impulsi in o uscita per pilotare il circuito 34 degli impulsi di in -a nesco. Per comandare il circuito ritardatore 38 si?im "0 piega un temporizzatore 39 da due secondi {che viene comandato applicando tensione all'alimentatore) in modo che il circuito 34 degli impulsi di innesco della lampada entra in funzione sviluppando nei primari 30 e

32 impulsi di corrente di innesco della lampada solo

per un breve periodo di due secondi dalla applicazione della tensione dopo di che il circuito ritardatore 38 viene disabilitato e non si sviluppano pi? altri impulsi di innesco della lampada come ? descritto anche nei particolari in detta domanda Lindan in contemporanea attesa di definizione, presumendosi che due secondi sia un tempo largamente sufficiente per innescare una scarica nelle lampade 16 indipendentemente dal fatto che la lampada sia fredda o calda.

Di preferenza il circuito 34 degli impulsi di innesco della lampada ? del tipo illustrato e descritto nei particolari nella domanda Lindan numero di serie 166.159 gi? citata. In un circuito degli impulsi di innesco della lampada di questo tipo la tensione alternata sviluppata ai capi del trasformatore 10 viene raddrizzata mediante il raddrizzatore 42 e filtrata nel

?8 circuito comprendente il condensatore 44 di filtro, la tensione che si sviluppa ai capi del condensatore 44 tsO venendo quindi utilizzata per caricare una coppia di 3 condensatori di innesco della lampada facenti parte "0 del circuito 34 come descritto nei particolari in detta domanda Lindan in contemporanea attesa di definizione.

Un condensatore di fuga 48 ? connesso ai capi dei secondari 18, 20 per impedire che gli impulsi di innesco della lampada che si sviluppano ai capi di questi secondari coinvolgano 1'autotrasformatore 10.

Inoltre ai capi dell1autotrasf?rmatore 10 ? connesso un condensatore 50 di capacit? relativamente grande per correggere il fattore di potenza.

Oltre a ci? ai capi dei due condensatori 48 e 50 ? connesso in comune un dispositivo 52 di protezione ad ossido metallico come sicurezza per impedire che a cavallo dei terminali intervengano impulsi di alta tensione detto dispositivo bloccando la tensione fra questi terminali a un valore massimo di 420V.

Nelle figg.3 e 4 ? illustrata una struttura di trasformatore per impulsi di cui si ?.unificata la idoneit? a svolgere la duplice funzione della presente invenzione e cio? la funzione di sviluppare impulsi di innesco della lampada di grande ampiezza e la funzione di fungere da elemento stabilizzatore per limitare la massima corrente attraversante la lampada quando in una .? V. lampada fredda si innesca una scarica.

Con riferimento a queste figure,l'avvolgimen ??

-Si to secondario come ad esempio l'avvolgimento 18 del "? trasformatore 22 per impulsi viene avvolto su un nucleo quadrato 60 l'avvolgimento 18 essendo costituito da

circa 300 spire di filo N? 10 AWG di sezione quadrata provvisto di opportuno isolamento fra le spire, il conduttore 62 di testa dell'avvolgimento 18 sporgendo da un lato del trasformatore 22 in prossimit? del nucleo e il conduttore di coda 64 dello stesso avvolgimento sporgendo dallo stesso lato del trasformatore in un

punto periferico dell'avvolgimento 18 stesso. Prima

di avvolgervi l'avvolgimento 18 il nucleo 60 viene inviluppato in una guaina 66 di opportuno materiale isolante.

L'avvolgimento primario 30 consiste in circa tre spire di filo rivestito di calibro N? 20 AWG ciascuna spira essendo in realt? costituita da cinque conduttori separati che sono avvolti in quintuplice fila intorno all'avvolgimento secondario, queste spire essendo distanziate fra loro cos? da formare tre bande 68, 70, e 72 di conduttori distribuite su tutta la lunghezza dell'avvolgimento secondario18^i capi di testa e i ca-?8 pi di coda 74 e 76 sporgendo dal trasformatore 22 dal ? lato opposto a quello dei capi 62 e 64 del secondario.

Il trasformatore per impulsi delle figg.3 e 4 deve'a- --I3 vere un opportuno isolamento tale da sopportare 500 V ai capi del primario 30,. 35.000 V ai;.capi_delj.secondario 18 e .35.000 V fra il primario e il secondario.

In accordo con un importante aspetto dell'invenzione la lampada 16 ? progettata in modo da avere

una corrente di esercizio normale molto pi? alta delle lampade tradizionali della stessa emissione luminosa.

Per esempio nel campo dei 2 Kw una lampada tradizionale avr? una corrente di esercizio normale di 10 A con una tensione di 200 V ai capi della lampada mentre una lampada 16 da 2 Kw secondo la presente invenzione avr?

una corrente normale di esercizio di 20 A cio? doppia di quella della lampada tradizionale con 100 V di caduta di tensione da monte a valle della lampada stessa.

Con la struttura illustrata e descritta in relazione alle figg.3 e 4 i secondari 18 e 20 dei trasformatori per impulsi 22 e 24 avremo una induttanza di 9 millihenry ciascuno cosicch? questi due secondari rappresenteranno collettivamente in serie una impedenza di circa 7 ohm posta in serie con la lampada 16 quando si impieghi una sorgente di energia di 60 Hz. Di conseguenza con una corrente normale di esercizio attraverso la lampada 16 di 20A, ai capi dei due secondari 18, 20 si avr? una caduta di tensione di circa 110 V per cui la tensione in uscita ai capi 12,14 dell'auto- ! ?> trasformatore 10 potr? raggiungere 210 V e ciononostante fornire ugualmente il necessario salto di tensionedi 100 ai capi della lampada 16.

Una tensione di alimentazione di 210 V in alternata ? sufficiente a impedire che la lampada 16 si spenga anche se la lampada stessa viene fatta funzionare direttamente con la corrente alternata presente ai capi 12, 14 dell'autotrasformatore.

In un tale alimentatore da 2 Kw il condensatore 48 pu? avere un valore di 2,0 microfarad il condensatore 50 un valore di 180,0 microfarad e il dispositivo 52 pu? avere una tensione di cedimento di 420 V. Inoltre con la struttura di trasformatore per impulsi illustrata nelle figg.3 e 4 ai capi di ciascuno degli avvolgimenti 18 e 20 si sviluppano impulsi di innesco della lampada di circa 17.500 V in modo da fornire impulsi di innesco della lampada di ampiezza totale pari a circa 35..000 V che sono sufficienti a riavviare

la lampada 16 da 2 Kw quasi istantaneamente anche quando la lampada ? calda ed ? stata spenta momentaneamente.

In accordo con un ulteriore aspetto della presente invenzione si pu??impiegare la stessa struttura di trasformatore per impulsi e altri compon?nti dell'alimentatore quando si sceglie una lampada.16 che sviluppa 5 Kw essendo solo necessario in tal caso di impie tso gare un diverso autotrasformatore 10 che dia circa

-5 310 V ai terminali 12, 14 di uscita. Con tale alimentatore da 5 Kw viene scelta una lampada 16 tale che la

sua corrente normale di esercizio sia di 25 A e funzioni con una caduta di tensione di 200 V da monte a valle della lampada. Cos? in condizioni normali di esercizio per una lampada da 5 Kw si svilupper? una caduta di tensione di circa 110 V ai capi degli avvolgimenti secondari 18, 20 e una caduta di tensione di 200 V ai terminali della lampada 16 da 5 Kw.

In accordo con un ulteriore aspetto dell'invenzione la corrente massima di avviamento della lampada 16 ? limitata dalla impedenza offerta dagli avvolgimenti secondari 18, 20 per cui la capacit? della lampada 16 di sopportare la corrente massima rinviene superata.

Tuttavia poich? gli avvolgimenti secondari 18, 20 hanno impedenza relativamente piccola, la corrente massima di avviamento ? molto pi? grande di quella dei tubi tradizionali per cui la densit? energetica del plasma che ? proporzionale al quadrato della corrente aumenta molto rispetto al funzionamento di una lampada tradizionale. Come risultato di ci? il tempo di riscalda ? mento occorrente per raggiungere la piena emissione tso luminosa nel caso della lampada 16 della presente in--a venzione ? molto ridotto rispetto agli schemi della "D tecnica precedente. Pi? precisamente nel caso di un alimentatore da 2 Kw nel quale ai terminali 12,14 ? presente una tensione di alimentazione di 210 V, si sviluppa una caduta di tensione di 20 V ai capi della lampada 16 quando in questa lampada si innesca inizialmente da freddo un arco e i secondari 18,20 che combinati insieme presentano una impedenza di circa 7,0 ohm funzionano nel senso di limitare la corrente di avviamento a circa 30 A.

Nel caso di una lampada da 5 Kw e di una tensione di alimentazione di 310 V ai terminali 12, 14 ai capi di questa lampada si avr? una caduta di tensione di circa 40V quando nella lampada fredda si innesca inizialmente un arco e i secondari 18,20 limiteranno

la corrente massima di avviamento a circa 40A. Pertanto con lo schema della presente invenzione si realizza un tempo di riscaldamento da 10 a 12 secondi per una lampada da 5 KW il quale tempo di riscaldamento ? sostanzialmente minore di quelli ottenibili con gli schemi di alimentatori tradizionali. Inoltre con gli schemi della presente invenzione tanto per alimentatori da 2 Kw che per alimentatori da 5 Kw la corrente massima di avviamento ? meno del doppio della corrente normale di avviamento della lampada mentre negli alimentatori tradi !

?ts .o zionali la corrente massima di avviamento ? circa il triplo della corrente normale di esercizio della lampa i? da pur richiedendosi di solito tempi di riscaldamento di 45 secondi o pi?.

Lo schema di alimentatore per lampada illustrato nella fig.1 non assicura la regolazione contro le variazioni della tensione della,corrente alternata fornita dall1autotrasformatore 10. Tuttavia quando la lampada 16 viene impiegata per applicazioni di tecnica grafica in cui l'emissione luminosa della lampada 16

deve essere controllata con precisione per ottenere desiderati intervalli di esposizione, si pu? ricorrere all'uso di un dispositivo temporizzatore integratore

come quello reso noto nella domanda di brevetto di Waiwood numero di serie 138.923 depositata il 10 Aprile 1980 e assegnato alla stessa richiedente della presente domanda per assicurare la necessaria compensazione delle variazioni di tensione suscettibili di influenzare l'emissione luminosa della lampada 16.

Come soluzione alternativa si pu? ricorrere all'uso di un dispositivo regolatore della tensione in cui 11autotrasformatore 10 viene sostituito da un trasformatore a risonanza ferromagnetica per assicurare la regolazione della rete. Pi? particolarmente come indifjS cato in fig.2 la corrente di rete pu? essere alimentata o 3 ad un trasformatore a risonanza ferromagnetica indicato nel suo insieme con 80 e provvisto di un avvolgimento primario 82 connesso alla rete di corrente alternata.

L'avvolgimento secondario 84 del trasformatore a risonanza ferromagnetica entra in risonanza con il condensatore*86 in modo da fornire una tensione alternata regolata del valore desiderato ai terminali 12, 14, restando inteso che lo schema circuitale illustrato in no earr fig.2 sostituisce 1*autotrasformatore 10 della fig.1 in questa forma realizzativa della regolazione della presente invenzione.

Mentre sono state illustrate e descritte varie forme realizzative della presente invenzione ? evidente che gli esperti del ramo vi possono apportare numerose varianti e modifiche. Con le rivendicazioni che seguono si intende proteggere tutte quelle varianti e modifiche che rientrano nel vero spirito e nell'ambito della presente invenzione.

R I V E N D I C A Z I O N I

1 . Circuito per fornire energia ad una lampada a scarica di forte intensit? derivandola da una sorgente di corrente alternata,costituito da un trasformatore (10) di alimentazione eccitato mediante,una sorgente di c corrente alternata e provvisto di un avvolgimento di u- 5 scita, una lampada (16) con catodo freddo a elevata in fcs tensit? di scarica(una coppia di trasformatori (22,24) 3

"0 per impulsi di innesco della lampada aventi ciascuno un avvolgimento primario e un avvolgimento secondario, e un organo (34) per formare impulsi di corrente di innesco della lampada, il rapporto di spire fra detto primario e detto secondario di detti trasformatori per impulsi essendo tale che ai capi di detti secondari vengono prodotti impulsi di innesco della lampada di grandezza sufficiente a dare inizio a una scarica in detta lampada quando essa ? calda, caratterizzato dal fatto di essere provvisto di organi (26,28) che connettono detta lampada a forte intensit? di scarica e detti secondari (18,20) in serie direttamente ai capi di detto avvolgimento di uscita del trasformatore, detti secondari (18,20) restando non saturati allorch? viene innescata una scarica in detta lampada quando essa ? fredda per cui detti secondari limitano la corrente che passa attraverso detta lampada ad un valore massimo consentito durante il .riscaldamento della lampada.

2. Alimentatore come alla rivendicazione 1, nel quale la corrente normale di esercizio di detta lampada (16) ha un valore che ? press'a poco la met? di detto valore massimo consentito di riscaldamento. ? 3. Alimentatore come alla rivendicazione 2, nel ? quale detta lampada (16) quando ? calda ha una corrente "t? 3 di esercizio di circa 25 A e una tensione di esercizio di 200 Volt.

4. Alimentatore come alla rivendicazione 2, nel quale detta lampada (16) quando ? calda ha una corrente di esercizio di circa 20 A e una tensione di esercizio di 100 Volt.

5. Alimentatore come alla rivendicazione.3, nel quale detti avvolgimenti secondari (18,20) hanno collettivamente una induttanza di circa 18 millihenry.

6. Alimentatore come alla rivendicazione 3, nel quale detti trasformatori (22,24) per impulsi hanno un rapporto di spire fra il loro secondario e il loro primario di circa 100 a 1.

7. Alimentatore come alla rivendicazione 5, nel quale detti trasformatori (22,24) per impulsi sviluppano ciascuno impulsi di innesco della lampada ai capi deiloro avvolgimento secondario di 25.000 volt per cui detta lampada pu? essere riaw iata quasi istantaneamente da caldo.

8. Alimentatore come alla rivendicazione 1 , in cui detto trasformatore (10) di alimentazione ? un autotrasformatore e detto avvolgimento di uscita non entra in saturazione quando una corrente di detto valore massimo consentito viene assorbita da detta lampada (16).

9. Alimentatore come alla rivendicazione 1, nel quale detto trasformatore di alimentazione ? un trasformatore (80) ferrorisonante (a risonanza ferromagnetica) per fornire ai capi di detto avvolgimento di uscita una tensione sostanzialmente costante malgrado le variazioni di tensione della sorgente di corrente alternata.

10. Alimentatore come alla rivendicazione 1, nel quale detta lampada (16) ? una lampada a scarica di intensit? elevata (HID) ad alogenuro metallico con pressione relativamente bassa per cui la quantit? del metallo in essa contenuto che deve essere vaporizzata durante il riscaldamene^ ? piccola.

p. La Richiedente

Il Rappresentante

INO

? r.m? errano

?o

iv umei u a orarne Data del Brevetto, Numero del Brevetto

- 207953

Numero d ' ordine - Data deposito Classe ttoclasse - Gruppo 6/207953 18/1 1 /1980 315 256

0

ROBERT R. LASECKI - EASTLAKE , OHIO . HOWARD C . REEVE Richiedente III , PARLA, OHIO . NICHOLAS O . LINDAN7CLEVELAND , OHIO

Data di Continuazione

Attestata

Domande Estere

Certificate

Priorit? estera SI NO Dome

rivendicata SI NO Depositata Stato o Tavole di Disegni Paese

OH ? 1

Totale rivendic. - Rivend.Indip. - Tassa pagata - Atti del Rappr

10 1 65 caso 59 Indirizzo presso MASON,KOLEHMAINEN,RATHBURN & WYSS

20 North Wacker Drive

Chicago, Illinois 60606

Titolo dell invenzione

AT.TMENTATORE PER LAMPADE HID

Si certifica con la presente che qui allegata ? una copia autentica ricavata dagli atti dell'Ufficio Brevetti e Marchi degli Stati Uniti della domanda specificata sopra come originariamente depositata.

D'Ordine del Commissario dei Brevetti r Marchi

Il funzionario attestante

Add? 7 Ott. 1981

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PRECEDENTI DELL'INVENZIONE

CAMPO DELL'INVENZIONE.

Una delle difficolt? che si riscontrano con gli alimentatori per lampade HID ? che si deve dare inizio alla scarica nella lampada sia quando questa ? fredda e presenta una caduta di tensione estremamente bassa sia quando ? calda ed ? stata spenta temporaneamente; in queste condizioni i gas caldi presenti nella lampada essendo sotto pressione elevata per cui la lampada presenta una tensione di scarica molto alta. Quando la lampada ? calda occorre produrre impulsi cos?detti rein-Snescati di ampiezza estremamente grande il che si fa di solito mediante una coppia di trasformatori per impulsi connessi in serie su ciascun lato della lampada allo scopo di superare la elevata resistenza interna

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della lampada e dare inizio ad una scarica.in essa.

Dispositivi che impiegano tali trasformatori sono quello che forma oggetto di domanda di brevetto USA Lindan in contemporanea attesa di definizione numero di serie 166.159 depositata il 7 luglio 1980 e quelli della tecnica precedente descritti nella parte introduttiva

PRECEDENTI DELL'INVENZIONE.

CAMPO DELL'INVENZIONE.

Una delle difficolt? che si riscontrano con gli alimentatori per lampade HID ? che si deve dare inizio alla scarica nella lampada sia quando questa ? fredda e presenta una caduta di tensione estremamente bassa sia quando ? calda ed ? stata spenta temporaneamente; in queste condizioni i gas caldi presenti nella lampada essendo sotto pressione elevata per cui la lampada presenta una tensione di scarica molto alta. Quando la lampada ? calda occorre produrre impulsi cos?detti reinnescati di ampiezza estremamente grande il che si fa di solito mediante una coppia di trasformatori per impulsi connessi in serie su ciascun lato della lampada allo scopo di superare la elevata resistenza interna

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della lampada e dare inizio ad una scarica.in essa.

Quando la lampada ? fredda ? relativamente facile innescarvi un arco ma poich? la lampada quando ? fredda presenta una caduta di tensione molto bassa, si deve prevedere qualche mezzo per limitare la corrente masssima assorbita dalla lampada quando si d?.inizio alla scarica da freddo. Tradizionalmente la corrente viene limitata da una impedenza stabilizzatrice che di solito ? una induttanza o un condensatore connesso in serie con.il trasformatore di potenza per limitare ad un valore relativamente basso il flusso di corrente verso la lampada. Se la corrente viene limitata alla normale corrente di esercizio della lampada, il cos? detto tempo di riscaldo necessario perch? la lampada raggiunga la sua piena emissione di luce pu? durare da 90 secondi a parecchi minuti.

Il brevetto Helmuth 3.944.876 propone di ridurre il periodo di riscaldamento impiegando un autotrasformatore separato che viene connesso selettivamente nel circuito mediante un tiristore controllato da un dispositivo generatore di impulsi, tale circuito svolgendo la funzione di diminuire la tensione e la impedenza effettiva stabilizzatrice per la lampada durante il periodo di riscaldamento.

Entrambi questi dispositivi della tecnica precedente richiedono parti componenti del circuito separate e costose per lo svolgimento delle due funzioni di avviare la lampada sia da caldo che da freddo e aumentare il flusso iniziale di corrente verso la lampada quando ? fredda in modo da ridurre il tempo di riscaldamento occorrente per raggiungere la piena emissione di luce.

Costituisce un altro scopo dell'invenzione procurare un alimentatore per.lampada HID di tipo nuovo e perfezionato con una disposizione circuitale semplificata al duplice scopo di rendere minimo il tempo di riscaldamento della lampada e di fornire impulsi di ri-innesco di ampiezza relativamente elevata per riavviare la lampada da caldo e dopo uno spegnimento temporaneo .

Costituisce un ulteriore scopo della presente invenzione procurare un alimentatore per lampada HID nel quale gli elementi stabilizzatori tradizionali sono eliminati e i trasformatori per impulsi usati per sviluppare i necessari impulsi di innesco per adescare una scarica nella lampada sono essi stessi gli unici elementi limitatori di corrente presenti nell'alimentatore .

BREVE SOMMARIO DELL'INVENZIONE

Poich? l'effetto stabilizzante dei trasformatori per impulsi ? relativamente piccolo, nello schema della presente invenzione si deve usare una lampada con corrente di esercizio maggiore del normale. Questi trasformatori per impulsi permettono allora di far passare attraverso la lampada una forte corrente durante il periodo di riscaldamento iniziale per modo che il tempo richiesto perch? la lampada raggiunga la piena emissione di luce ? sorprendentemente ridotto da 45 secondi a 15?20 secondi.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

L' invenzione sia per guanto riguarda la sua organizzazione che per il metodo di funzionamento unitamente ad ulteriori scopi e vantaggi di essa sar? meglio compresa riferendosi alla specifica tecnica che segue avuto riguardo dei disegni allegati nei quali:

la fig.1 ? uno schema dell'alimentatore della presente invenzione;

la fig.2 illustra una forma realizzativa alternativa dell'invenzione;

la fig.4 rappresenta il trasformatore della fig.3 visto di lato.

DESCRIZIONE DELLA FORMA REALIZZATIVA PREFERITA. Con riferimento ai disegni, un autotrasformatore 10 viene impiegato per trasformare la tensione della rete a corrente alternata alla voluta tensione ai capi 12, 14 in uscita dal trasformatore 10.

Una lampada ad alogenuro metallico indicata nel suo insieme con 16 ? connessa direttamente ai capi 12 e 14 in uscita dal trasformatore attraverso gli avvolgimenti 18, 20 secondari di una coppia di rispettivi trasformatori 22, 24 per impulsi.

In accordo con un aspetto importante della presente invenzione i secondari 18, 20 sono connessi direttamente all'autotrasformatore 10 mediante i conduttori 26, 28 e i secondari stessi agiscono come unici elementi stabilizzatori limitatori di corrente dell'alimentatore. I trasformatori per impulsi 22,24 sono provvisti di avvolgimenti primari 30, 32 ai quali sono applicati gli impulsi di innesco della lampada di intensit? di corrente relativamente elevata provenienti da un circuito 34 di impulsi di innesco della lampada.

Allo scopo di fornire impulsi pilota per il circuito 34 di innesco della lampada in modo che questo circuito possa funzionare in sincronismo con la rete a corrente alternata un rivelatore 36 di passaggio per lo zero- ? connesso ai capi dei terminali 12, 14 di uscita dell1autotrasformatore 10, il rivelatore 3.6 fornendo un impulso in uscita per ogni passaggio per lo zero della tensione alternata proveniente dall'autotrasformatore 10. Questi impulsi vengono ritardati in un circuito ritardatore 38 di circa 75? in modo che gli impulsi di innesco della lampada sviluppati dal circuito 34 intervengono in un punto dell'onda della corrente alternata in corrispondenza del quale la tensione alternata applicata alla lampada 16 ? prossima al suo valore massimo. Gli impulsi di passaggio per lo zero vengono alimentati al circuito pilota 40 che fornisce opportuni impulsi in uscita per pilotare il circuito 34 degli impulsi di innesco. Per comandare il circuito ritardatore 38 si impiega un temporizzatore 39 da due secondi {che viene comandato applicando tensione all'alimentatore) in modo che il circuito 34 degli impulsi di innesco della lampada entra in funzione sviluppando nei primari 30 e 32 impulsi di corrente di innesco della lampada solo per un breve periodo di due secondi dalla applicazione della tensione dopo di che il circuito ritardatore 38 viene disabilitato e non si sviluppano pi? altri impulsi di innesco della lampada come ? descritto anche nei particolari in detta domanda Lindan in contemporanea attesa di definizione, presumendosi che due.secondi sia un tempo largamente sufficiente per innescare una scarica nelle lampade 16 indipendentemente dal fatto che la lampada sia fredda o calda.

Di preferenza il circuito 34 degli impulsi di innesco della lampada ? del tipo illustrato e descritto nei particolari nella domanda Lindan numero di serie 166.159 gi? citata. In un circuito degli impulsi.di innesco della lampada di questo tipo la tensione,alternata sviluppata ai capi del trasformatore 10 viene raddrizzata mediante il raddrizzatore 42 e filtrata nel circuito comprendente il condensatore 44 di filtro, la tensione che si sviluppa ai capi del condensatore 44 venendo quindi utilizzata per caricare una coppia di condensatori di innesco della lampada facenti parte del circuito 34 come descritto nei particolari in detta domanda Lindan in contemporanea attesa di definizione.

Un condensatore di fuga 48 ? connesso ai capi dei secondari 18, 20 per impedire che gli impulsi di innesco della lampada che si sviluppano ai capi di questi secondari coinvolgano 1'autotrasformatore 10. Inoltre ai capi dell1autotrasformatore 10 ? connesso un condensatore 50 di capacit? relativamente grande per correggere il fattore di potenza.

Oltre a ci? ai capi dei due condensatori 48. e 50 ? connesso in comune un dispositivo 52 di protezione ad ossido metallico come sicurezza per impedire che a cavallo dei terminali intervengano impulsi di alta tensione detto dispositivo bloccando la tensione fra questi terminali a un valore massimo di 420V.

Nelle figg.3 e 4 ? illustrata una struttura di trasformatore per impulsi di cui si ?.unificata la idoneit? a svolgere la duplice funzione della presente invenzione e cio? la funzione di sviluppare impulsi di innesco della lampada di grande ampiezza e la funzione di fungere da elemento stabilizzatore per limitare la massima corrente attraversante la lampada quando in una lampada fredda si innesca una scarica.

Con riferimento a queste figure 11avvolgimento secondario come ad esempio l'avvolgimento 18 del trasformatore .22 per impulsi viene avvolto su un nucleo quadrato 60 l'avvolgimento 18 essendo costituito da circa 300 spire di filo N? 10 AWG di sezione quadrata provvisto di opportuno isolamento fra le spire, il conduttore 62 di testa dell'avvolgimento 18 sporgendo da un lato del trasformatore 22 in prossimit? del nucleo e il conduttore di coda 64 dello stesso avvolgimento sporgendo dallo stesso lato del trasformatore in un punto periferico dell'avvolgimento 18 stesso. Prima di avvolgervi l'avvolgimento 18 il nucleo 60 viene inviluppato in una guaina 66 di opportuno materiale isolante.

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L'avvolgimento primario 30 consiste in circa tre spire di filo rivestito di calibro Ne 20 AWG ciascuna spira essendo in realt? costituita da cinque conduttori separati che sono avvolti in quintuplice fila intorno all'avvolgimento secondario, queste spire essendo distanziate fra loro cos? da formare tre bande 68, 70, e 72 di conduttori distribuite su tutta la lunghezza dell'avvolgimento secondario18^i capi di testa e i capi di coda 74 e 76 sporgendo dal trasformatore 22 dal lato opposto a quello dei capi 62 e 64 del secondario. Il trasformatore per impulsi delle figg.3 e 4 deve'avere un opportuno isolamento tale da sopportare 500 V ai capi del primario 30, 35.000 V ai;.capi^del;.secondario 18 e 35.000 V fra il primario e il secondario.

In accordo con un importante aspetto dell'invenzione la lampada 16 ? progettata in modo da avere una corrente di esercizio normale molto pi? alta delle lampade tradizionali della stessa emissione luminosa. Per esempio nel campo dei 2 Kw una lampada tradizionale avr? una corrente di esercizio normale di 10 A con una tensione di 200 V ai capi della lampada mentre una lampada 16 da 2 Kw secondo la presente invenzione avr? una corrente normale di esercizio di 20 A cio? doppia di quella della lampada tradizionale con 100 V di caduta di tensione da monte a valle della lampada stessa.

Con la struttura illustrata e descritta in relazione alle figg.3 e 4 i secondari 18 e 20 dei trasformatori per impulsi 22 e 24 avremo una induttanza di 9 millihenry ciascuno cosicch? questi due secondari rappresenteranno collettivamente in serie una impedenza di circa 7 ohm posta in serie con la lampada 16 quando si impieghi una sorgente di energia di 60 Hz. Di conseguenza con una corrente normale di esercizio attraverso la lampada 16 di 20A,.ai capi dei due secondari 18, 20 si avr? una caduta di tensione di circa 110 V per cui la tensione in uscita ai capi 12,14 dell'autotrasformatore 10 potr? raggiungere 210 V e ciononostante fornire ugualmente il necessario salto di tensione, di 100 ai capi della lampada 16.

Una tensione di alimentazione di 2.10 V in alternata ? sufficiente a impedire che la lampada 16 si spenga anche se la lampada stessa viene fatta funzionare direttamente con la corrente alternata presente ai capi 12, 14 dell?autotrasformatore.

In un tale alimentatore da 2 Kw il condensatore 48 pu? avere un valore di 2,0 microfarad il condensatore 50 un valore di 180,0 microfarad e il dispositivo 52 pu? avere una tensione di cedimento di 420 V. Inoltre con la struttura di trasformatore per impulsi illustrata nelle figg.3 e 4 ai capi di ciascuno degli avvolgimenti 18 e 20 si sviluppano impulsi di innesco della lampada di circa 17.500 V in modo da fornire impulsi di innesco della lampada di ampiezza totale pari a circa 35,.000 V che sono sufficienti a riavviare la lampada 16 da 2 Kw quasi istantaneamente anche quando la lampada ? calda ed ? stata spenta momentaneamente.

In accordo con un ulteriore aspetto della presente invenzione si pu?-impiegare la stessa struttura di trasformatore per impulsi e altri componenti dell'alimentatore quando si sceglie una lampada 16 che sviluppa 5 Kw essendo solo necessario in tal caso di impiegare un diverso autotrasformatore 10 che dia circa 310 V ai terminali 12, 14 di uscita. Con tale alimentatore da 5 Kw viene scelta una lampada 16 tale che la sua corrente normale di esercizio sia di 25 A e funzioni con una caduta di tensione di 200 V da monte a valle della lampada. Cos? in condizioni normali di esercizio per una lampada da 5 Kw si svilupper? una caduta di tensione di circa 110 V ai capi degli avvolgimenti secondari 18, 20 e una caduta di tensione di 200 V ai terminali della lampada 16 da 5 Kw.

In accordo con un ulteriore aspetto dell'invenzione la corrente massima di avviamento della lampada 16 ? limitata dalla impedenza offerta dagli avvolgimenti secondari 18, 20 per cui la capacit? della lampada 16 di sopportare la corrente massima conviene superata. Tuttavia poich? gli avvolgimenti secondari 18, 20 hanno impedenza relativamente piccola, la corrente massima di avviamento ? molto pi? grande di quella dei tubi tradizionali per cui la densit? energetica del plasma che ? proporzionale al quadrato della corrente aumenta molto rispetto al funzionamento di una lampada tradizionale. Come risultato di .ci? il tempo di riscaldamento occorrente per raggiungere la piena emissione luminosa nel caso della lampada 16 della presente invenzione ? molto ridotto rispetto agli schemi della tecnica precedente. Pi? precisamente nel caso di un alimentatore da 2 Kw nel quale ai terminali 12,14 ? presente una tensione di alimentazione di 210 V, si sviluppa una caduta di tensione di 20 V ai capi della lampada 16 quando in questa lampada si innesca inizialmente da freddo un arco e i secondari 18,20 che combinati insieme presentano una impedenza di circa 7,0 ohm funzionano nel senso di limitare la corrente di avviamento a circa 30 A.

Nel caso di una lampada da 5 Kw e di una tensione di alimentazione di 310 V ai terminali 12, 14 ai capi di questa lampada si avr? una caduta di tensione di circa 40V quando nella lampada fredda si innesca inizialmente un arco e i secondari 18,20 limiteranno la corrente massima di avviamento a circa 40A. Pertanto con lo schema della presente invenzione si realizza un tempo di riscaldamento da 10 a 12 secondi per una lampada da 5 KW il quale tempo di riscaldamento ? sostanzialmente minore di quelli ottenibili con gli schemi di alimentatori tradizionali. Inoltre con gli schemi della presente invenzione tanto per alimentatori da 2 Kw che per alimentatori da 5 Kw la corrente massima di avviamento ? meno del doppio della corrente normale di avviamento della lampada mentre negli alimentatori tradizionali la corrente massima di avviamento ? circa il triplo della corrente normale di esercizio della lampada pur richiedendosi di solito tempi di riscaldamento di 45 secondi o pi?.

Lo schema di alimentatore per lampada illustrato nella fig.1 non assicura la regolazione contro le variazioni della tensione della corrente alternata fornita dall'autotrasformatore 10. Tuttavia quando la lampada 16 viene impiegata per applicazioni di tecnica grafica in cui l'emissione lumin?sa della lampada 16 deve essere controllata con precisione per ottenere desiderati intervalli di esposizione, si pu? ricorrere all'uso di un dispositivo temporizzatore integratore come quello reso noto nella domanda di brevetto di Waiwood numero di serie 138.923 depositata il 10 Aprile 1980 e assegnato alla stessa richiedente della presente domanda per assicurare la necessaria compensazione delle variazioni di tensione suscettibili di influenzare l'emissione luminosa della lampada 16.

Come soluzione alternativa si pu? ricorrere all'uso di un dispositivo regolatore della tensione in cui 1'autotrasformatore 10 viene sostituito da un trasformatore a risonanza ferromagnetica per assicurare la regolazione della rete. Pi? particolarmente come indicato in fig.2 la corrente di rete pu? essere alimentata ad un trasformatore a risonanza ferromagnetica indicato nel suo insieme con 80 e provvisto di un avvolgimento primario 82 connesso alla rete di corrente alternata. L'avvolgimento secondario 84 del trasformatore a risonanza ferromagnetica entra in risonanza con il condensatore 86 in modo da fornire una tensione alternata regolata del valore desiderato ai terminali 12, 14, restando inteso che lo schema circuitale illustrato in fig.2 sostituisce 1'autotrasformatore 10 della fig.1 in questa forma realizzativa della regolazione della presente invenzione.

Quello che si rivendica come nuovo e si desidera proteggere con brevetto negli Stati Uniti ?:

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1. Circuito per fornire energia ad una lampada a scarica di forte intensit? derivandola da una sorgente di corrente alternata, costituito da un trasformatore di alimentazione eccitato mediante una sorgente di corrente alternata e provvisto di un avvolgimento di uscita, una lampada con catodo freddo ad elevata intensit? di scarica, una coppia di trasformatori per impulsi di innesco della lampada aventi ciascuno un avvolgimento primario e un avvolgimento secondario e un organo per formare impulsi di corrente di innesco della lampada, il rapporto di spire fra detto primario e detto secondario di detti trasformatori per impulsi essendo tali che ai capi di detti secondari vengono prodotti impulsi di innesco della lampada di grandezza sufficiente a dare inizio ad una scarica in detta lampada quando essa ? calda, detti secondari restando non saturati allorch? viene innescata una scarica in detta lampada quando essa ? fredda per cui detti secondari limitano la corrente che passa attraverso detta lampada ad un valore massimo consentito durante il riscaldamento della lampada.

2. Alimentatore come alla rivendicazione 1, nel quale la corrente normale di esercizio di detta lampada ha un valore che ? press'a noco la met? di detto valore massimo consentito di riscaldamento.

"?19 -

3. Alimentatore come alla rivendicazione 2, nel quale detta lampada, quando ? calda, ha una corrente di esercizio i .

4. Alimentatore come alla rivendicazione 2, nel quale detta lampada, quando ? calda, ha una corrente di esercizio di circa venti amp?res e una tensione di esercizio di 100 Volt.

5. Alimentatore come alla rove,docazop,e 3 nel quale detti avvolgimenti secondari hanno collettivamente una induttanza di circa 18 millihenry.

6. Alimentatore come alla rivendicazione 3, nel quale detti trasformatori di impulsi hanno ciascuno un rapporto di spire fra il loro secondario ed il loro primario di circa 100 a 1.

7. Alimentatore come slla rivendicazione 5, nel quale detti trasformatori di impulsi sviluppano ciascuno impulsi di innesco della lampada ai capi del loro avvolgimento secondario di 25.000 volt per cui detta lampada pu? essere riavviata quasi istantaneamente.

8. Alimentatore come alla rivendicazione 1, in cui detto trasformatore di alimentazione ? un autotrasformatore e detto avvolgimento di uscita non entra in saturazione quando una corrente di detto valore massimo concentito viene assorbita da detta lampada.

Claims

? .20 - * *

9. Alimentatore come alla rivendicazione 1 nel quale detto trasformatore di alimentazione ? un trasformatore a risonanza ferromagnetica per fornire ai capi di detto avvolgimento di uscita una tensione sostanzialmente costante malgrado le variazioni di tensione della sorgente di corrente alternata.

10. Alimentatore come alla rivendicazione 1, nel quale detta lampada ? una lampada HID ad alogenuro metallico con pressione relativamente bassa per cui la quantit? d?i metallo in essa contenuto che deve essere vaporizzato durante il riscaldamento ? piccola.

Si dichiara che quanto precede ? una traduzione esatta e fedele del documento in lingua inglese qui allegato.

?tudio Je errarlo

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L'Ufficiale Rogante