Beleuehtungsanlage. Die Erfindung bezieht sich auf eine Be leuchtungsanlage, die einen hohen Wirkungs grad hat und insbesondere zur Beleuchtung von Wegen oder für dergleichen Zwecke ge eignet ist.
Die erfindungsgemässe Beleuchtungsanlage enthält mehrere elektrische Entladungsröhren mit einer Natriumdampffüllung, wobei die Entladungsröhren in Reihe geschaltet sind und die Anlage eine Vorrichtung von ver- änderlieher Impedanz, zum Beispiel einen Va- ria.tor, enhält, die den Strom durch die in Reihe geschalteten Entladungsröhren inner halb solcher Grenzen hält, dass bei Spannungs schwankungen der die Anlage speisenden Stromquelle die Schwankungen des die Ent ladungsröhren durchfliessenden Stromes pro zentual höchstens zweimal so gross, aber vor zugsweise geringer als die genannten Span nungsschwankungen sind.
Es wurde festgestellt, dass der Wirkungs grad einer Natriumdampfentladungsröhre, das heisst die per Einheit der verbrauchten Energie ausgesandte Lichtmenge, in hohem Mass vom Effektivwert .des Entladungsstromes abhängig ist. Ferner wurde durch Versuche ermittelt, dass die Entladungsstrecke einer in einen elektrischen Kreis eingeschalteten Entladungsröhre mit Natriumdampffüllung in erster Annäherung durch einen Widerstand und eine dem Strom entgegengerichtete elek tromotorische Kraft ersetzt gedacht werden kann.
Es zeigt sich, dass durch das Vor handensein dieser gegenelektromotorischen Kraft sehr grosse Schwankungen im Ent ladungsstrom auftreten, wenn die dem Kreis aufgedrückte Spannung leichte Schwankun gen aufweist. Wenn man diese aufgedrückte Spannung mit V1, die gegenelektromotorische Kraft mit V" und den Ohmschen Widerstand des Kreises mit R bezeichnet, so kann. der Strom durch
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angegeben werden.
Wenn die aufgedrückte Spannung zunimmt und zum Beispiel den Wert V, + <I>d</I> erhält, so wird der Strom
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Das Verhältnis der Ströme in beiden Fäl len ist:
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Die prozentuale Veränderung in der Strom stärke beträgt somit:
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Die aufgedrückte Spannung kann ge. ringer als das Produkt aus der Anzahl der in Reihe geschalteten Röhren und der Zünd- spannung -dieser Röhren bemessen werden. Beim Einschalten zeigt es sich, -dass sich die Spannung derart verteilt, dass jede Ent ladungSröhre die zur Zündung erforder liche Spannung erhält.
Beispielsweise möge die Zündspannung einer Entladungsröhre 17 V, ihre gegenelektromotorische Kraft 12 V betragen. Die Speisespannung sei 500 V, und es mögen 37 Röhren in Reihe geschaltet sein. Im Falle einer 10@%igeti Spannungsschwankung ergibt sich, mit V1 = 500 V, V, = 444 V, d = 50 V. 4 Z zu 89,3%, das heisst, dass die Strom schwankung rund das Neunfache der Span nungsschwankung ausmacht.
Dies hat einen sehr ungüstigen Einfluss auf den Nutzeffekt der Anlage, @da, wie bereits be merkt, der Nutzeffekt von Natriumdampfent- ladungsröhren stark von der Effektivstrom stärke abhängig ist. Schwankungen in der Entladungsstromstärke führen den auch grosse Schwankungen des Nutzeffektes der Anlage herbei.
Dieser Nachteil ist bei der erfindungs gemässen Anlage dadurch beseitigt, dass, wie schon oben erwähnt, eine Vorrichtung von änderlicher Impedanz, zum Beispiel ein Va riator, das heisst ein in einer Gasatmosphäre angeordneter Widerstand mit einem sehr gro ssen positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes, verwendet wird, um den Strom derart zu regeln, dass er inner halb bestimmter Grenzen bleibt.
Es hat sich gezeigt, dass bereits gute Ergebnisse erzielt werden, wenn die relativen Schwankungen in der Entladungsstromstärke geringer als das Doppelte der relativen Spannungsschwan kungen gehalten werden, durch welche die Stromschwankungen herbeigeführt werden. Vorzugsweise wird man die relativen Strom schwankungen aber geringer als die Span nungsschwankungen halten.
Wenn ein Wechselstromnetz zum Speisen der Anlage vorhanden ist, so kann man die Entladungsröhren mit Wechselstrom betrei ben und zweckmässigerweise mittelst eines Speisetransformators mit selbsttätiger Regu lierung der Streuinduktivität .dafür Sorge tragen, dass die Schwankungen der Effektiv- stromstärke innerhalb der vorgenannten Gren zen bleiben.
In vielen Fällen ist es. aber vor teilhaft, eine Gleichrichtervorrichtung in die Anlage aufzunehmen und die in Reihe ge schalteten Entladungsröhren an die Gleich stromklemmen dieser Gleichstromvorrichtung anzuschliessen.
Es wurde nämlich gefunden, dass der Nutzeffekt von Natriumdampfentladungsröh- ren bei gleichbleibender Temperatur und so mit bei gleichbleibendem Dampfdruck auch von dem Verlauf des Entladungsstromes ab hängt. Unterbrechungen ,der Entladung, auch solche von sehr kurzer Dauer, haben auch bei gleichbleibender Temperatur und eben solchem Dampfdruck einen ungünstigen Ein fluss auf den Wirkungsgrad.
Wenn man Na triumdampfentladungsröhren einmal derart betreibt, dass die Entladung periodisch je weils während kurzer Zeit unterbrochen wird, ein andermal derart, dass die Entladung nicht unterbrochen wird, wobei in beiden Fällen gleiche Energiemengen in die Röhren auf genommen werden. und somit Temperatur und Dampfdruck gleich sein sollen, so zeigt es sich, dass der Wirkungsgrad der mit ununter brochener Entladung arbeitenden Entladungs röhren erheblich grösser als der Wirkungs grad der mit periodisch gestörter Entladung wirkenden Röhren ist.
Dadurch, dass die in Reihe geschalteten Entladungsröhren an die Gleichstromklemmen einer Gleichrichtervor- richt.ung angeschlossen sind, wird der Vorteil erreicht, dass die Entladung in diesen Röhren nicht periodisch unterbrochen wird, sondern ununterbrochen erfolgt. Demzufolge hat die Anlage einen sehr günstigen Wirkungsgrad-. Man hat festgestellt, dass die Verbesserung des Wirkungsgrades infolge des ununter brochenen Charakters der Entladungen die Verringerung des Wirkungsgrades infolge der in der Gleichriehtervorriehtung auftre tenden Verluste übersteigen.
Ausserdem weist diese Anlage den Vorteil auf, dass' das durch die Entladungsröhren ausgesandte Licht nicht flimmert, sondern konstant ist. Auch zeigt es sich, dass die Schwärzung der Röhrenwand infolge der Zerstäubung der Elektroden sehr gering ist.
Die Erfindung ist namentlich für Ent ladungsröhren von Bedeutung, die eine Glühkathode besitzen und eine Bogenent ladung ohne positive Säule aufweisen. Be kanntlich gibt eine auf thermionischem Wege elektronenemittierende Glühkathode Anlass zu einer Bogenentladung in ihrer Nähe. Wenn der Abstand zwischen dieser Kathode und der Anode gross genug ist, entsteht neben dieser Bogenentladung auch eine positive Säule, die im allgemeinen durch den Fara.day- schen Dunkelraum von der Bogenentladung getrennt ist.
Ein im Vergleich zu der positi ven Säulenentladung kennzeichnendes Merk mal der Bogenentladung besteht darin, dass die Konzentration der Elektrizitätsträger in der Bogenentladung mehrere Male (gewöhn lich 1.0' bis 104 mal) grösser ist als in der positiven Säule. Man kann nun den Abstand der Elektroden derart klein wählen, dass eine Bogenentladung ohne positive Säulenent ladung stattfindet.
Diese Entladungsröhren haben eine ziem lich niedrige Zünd- und Betriebsspannung, so dass' eine grosse Anzahl von Röhren in Reihe geschaltet werden kann, ohne dass die Gesamtspannung zu gross wird. Dies ist von grosser Bedeutung, da nunmehr .die in Reihe geschalteten Entladungsröhren mit in der Technik üblichen, niedrigen Spannungen be trieben werden können,
so dass verschiedene für Hochspannung zu berücksichtigende Vor schriften nicht in Betracht kommen, wo durch die Anlage einfacher ausgebildet wer den kann. Die Glühkathoden der Entladungs röhren können vorteilhaft über Transforma toren parallel zueinander geschaltet werden. Es ist nämlich wünschenswert, die Spannung des Glühkathodenstromes konstant zu halten, was am leichtesten bei Parallelschaltung er reicht wird.
Wie bereits bemerkt, kann die Spannung, an welche die in Reihe geschalteten Ent ladungsröhren angeschlossen werden, geringer als das Produkt aus der Anzahl der Röhren und der Zündspannungen der Röhren bemes sen werden. Zur Erleichterung der Zündung der Entladungsröhren kann es sich empfehlen, in diesem Falle zwischen die Zu- und Abfuhr leiter- des Stromes einen oder mehrere Wider stände einzuschalten.
Die Zeichnung veranschaulicht ein Aus führungsbeispiel des Gegenstandes der D4r- findung, und zeigt dieselbe beispielsweise das Schaltbild einer erfindungsgemässen Anlage für Wegebeleuchtung, wobei zur Verein fachung die Schalter, 'Überstrom- und Über spannungssicherungen und andere zum Ver ständnis der Erfindung nicht wesentliche Teile weggelassen sind.
1 bezeichnet ein Dreileiterwechselstrom- netz, das zum Beispiel aus einer Hochspan nungsleitung bestehen kann. An dieses Wech- selstromnetz ist ein Dreiphasentransformator angeschlossen, dessen Primärwicklung mit 2 und dessen Sekundärwicklung mit 3 bezeich net ist. Die Enden der sterngeschalteten Se- kundärphasenwicklungen sind mit den Ano den 4 einer gasgefüllten Gleichrichterent- ladungsröhre 5 verbunden.
Diese Gleichrich- terröhre ist mit einer Glühkathode 6 versehen, die auf bekannte Weise mit einer Ogydschicht von starkem Emissionsvermögen bedeckt zu denken ist und mittelst eines kleinen, nicht gezeichneten Transformators erhitzt werden kann.
Bekanntlich wird der Gleichstrom einer solchen Gleichrichtervorrichtung zwischen der Glühkathode und dem Sternpunkt der Sekun- därtransformatorwicklung abgenommen. Da bei ist noch eine Drosselspule 7 in Reihe mit der Gleichrichterröhre geschaltet.
Es ist ersichtlich, dass die Gleichrichter- vorriehtung auch zum Gleichrichten einer grösseren Anzahl von Phasen eingerichtet sein kann.
An das Wechselstromnetz 1 ist auch ein Transformator 8 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung den Heizstrom für die Glühkathoden der Entladungsröhren der An lage liefert.
Die Anlage enthält eine Anzahl von elek trischen Entladungsröhren 9, die mit einer Glühkathode 10 und einer Anode 11 aus- gestattet sind. Die Röhren sind ausserdem mit einer Edelgasfüllung, zum Beispiel Neon, versehen und enthalten auch eine Menge Na triumdampf. Beim Betrieb senden diese Lam pen ein sehr intensives, gelb gefärbtes Licht aus. Die Glühkathoden werden durch Wech selströme erhitzt, die durch die kleinen Transformatoren 12 geliefert werden.
Die Primärwicklungen dieser Transformatoren sind an die Leitungen 13 und 14 derart an geschlossen, dass' sie paralle1.geschaltet sind.
Die Entladungsröhren können auch mit zwei Anoden versehen werden, die mitein- ander verbunden sind. In jeder Röhre sind dann zwei parallel verlaufende Entladungs strecken, vorhanden, während die Entladungs strecken der verschiedenen Entladungsröhren in Reihe geschaltet sind.
Der zwischen der Glühkathode 10 und -der Anode 11 fliessende Entladungsstrom wird mittelst der Leiter 15 und 16 zugeführt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die Entladungsstrecken der Entladungsröhren 9 in Reihe geschaltet, so dass sie alle durch den gleichen Strom durchflossen werden.
Zwischen die Drosselspule 7 und dem Leiter 16 ist eine unter dem Namen Variator be kannte Vorrichtung 17 angeordnet, das heisst ein Widerstand, der in der Regel aus Eisen draht besteht, in einer Gasatmosphäre ange ordnet ist und dessen elektrischer Wider- stand einen sehr grossen positiven Tempera turkoeffizienten besitzt. Dieser Widerstand hält den Strom in den Leitern. 15 und<B>16</B> und infolgedessen den die Entladungsröhren durchfliessenden Strom innerhalb enger Gren zen.
Der Variator ist meist zweckmässiger weise derart zu bemessen, .dass die Schwan kungen des die Röhren 9 durchfliessenden Stromes prozentual geringer sind als die Spannungsschwankungen des Netzes 1.
Der innerhalb der gestrichelten Linie 18 angegebene Teil kann zusammen in einem Gehäuse, zum Beispiel in einer Unterstation, untergebracht werden. Von diesem Gehäuse geht dann ein Vierleitersystem aus, das die Leiter 13, 14, 15 und 16 enthält. Dieses Leitersystem ist dann längs der verschiedenen Lichtpunkte der Anlage geführt. Bei jedem Lichtpunkt werden dann aus dem Leiter system vier Leiter der Entladungsröhre zu geführt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, führen zwei dieser Leiter zu dem Trans formator, der den Glühkathodenstrom liefert, während die beiden andern Leiter zu der Glühkathode und zu der Anode der Ent ladungsröhre führen.
Es ist auch möglich, einen der Leiter 13 und 14 mit dem Leiter 15 zusammenfallen zu lassen, so dass' die verschiedenen Licht punkte dann durch ein Dreileitersystem mit einander verbunden sind.
Bei den Entladungsröhren 9 ist der Elek- trodenabstand zweckmässigerweise so zu be messen, dass eine Bogenentladung ohne posi tive Säule auftritt, wobei die Verhältnisse so gewählt sein können, dass die Zündspannung dieser Entladungsröhren sich auf etwa 17 Volt und die Brennspannung auf etwa 12 Volt stellt. Die Gleichstromspannung der Gleichrichtervorrichtung kann dabei an nähernd 500 Volt betragen.
Die Anlage ent hält zum Beispiel 30 oder noch mehr in Reihe geschaltete Entladungsröhren. Während näm lich selbstverständlicherweise die Gesamt spannung grösser zu wählen ist als das Pro dukt aus der Anzahl der Entladungsröhren und der Brennspannung, erweist es sich, wie schon oben zahlenmässig dargelegt, dass sie kleiner sein kann als das Produkt aus der Anzahl der Röhren und der Zündspannung. Zur Erleichterung -der Zündung können in verschiedenen Punkten zwischen die Leiter 15 und 16 Widerstände 19 geschaltet wer den. Die Stromstärke durch die Leiter 15 und 16 kann zum Beispiel auf 5 Ampere kon stant gehalten werden.
Für die Spannung zwischen den Leitern 18 und 14 wird vor zugsweise ein normaler Wert, zum Beispiel 220 oder 880 Volt, gewählt. Die Sekundär spannung der Transformatoren 12 beträgt zum Beispiel 2 bis 2,5 Volt.
Die beschriebene Anlage weist unter an derem den Vorteil auf, dass das ausgesandte Licht nicht flimmert, und ausserdem ist die Schwärzung der Röhrenwand nur gering. Offenbar findet nur eine leichte Zerstäubung der Elektroden statt.