Vorachaltgerät für elektrische Entladungslampen. Vorliegende Erfindung betrifft ein Vor- sdhaltgerät für elektrische Entladungslam pen.
In elektrischer Hinsicht weisen alle Ent- la < Inngalanipen das Merkmal eines unstabilen Lichtbogens auf; sie müssen daher in Serie mit einem Vorsehaltgerät in Form einer Rei henimpedanz oder eines aus Widerständen bestehenden Netzwerkes betrieben werden.
Ein bekanntes Vorschaltgerät ist ein Transformator hoher Reaktanz, in dessen Sekundärkreis ein Kondensator mit der Ent ladungslampe in Serie geschaltet ist, wodurch dieser Sekundärkreis mit voreilendem Strom arbeitet. Ein Transformator hoher Reaktanz ist ein Transformator der eine grosse Streu reaktanz aufweist.
Das übersetzungsverhält- nis des Transformators ist dabei so gewählt, dass eine Speisespannung auf den zum Be trieb oder zum Anlassen der Lampe geeigne ten Wert transformiert wird. Einige bekannte Entladungslampen, vom Glüh- oder Kalt kathodenty pus, benötigen einen separaten An lasser, der eine Stossspannung zum Zünden der Lampe erzeugt, so dass die Sekundärspan nung des Transformators nicht die zum Zün den erforderliche Höhe aufzuweisen braucht. 1#7s sind auch sogenannte Sehnellanlasslampen mit C'Tlüli- oder kalter Kathode bekannt,
denen als Vorsehaltnerät ein Transformator zuge ordnet ist, dessen Leerlauf-Sekundärspan- nung zuin Zünden der Lampe genügt. Ein Grund zum Betrieb des Lampenkrei ses mit voreilendem Strom liegt darin, dass dieser stabiler als ein Stromkreis mit nach eilendem Strom ist. Eine Erklärung hierfür ist, dass der nichtsinusförmige Lampenstrom den Anschein erweckt, die Lampe selbst be sitze einen nacheilenden Leistungsfaktor, das heisst der Lampenstrom scheint in bezug auf die Lampenspannung nachzuhinken.
Letztere ist die Vektordifferenz zwischen der dem Stromkreis aufgedrückten Speisespannung und der Reaktanzspannung. Damit dieselbe Spannung auf die Reaktanz wie auf die, Lampe entfällt, muss ein kapazitiv wirksames Vorsehaltgerät eine höhere Impedanz auf weisen als ein entsprechendes, induktiv wir kendes Vorsehaltgerät.
Ein solches bekanntes Vorsehaltgerät ; kann daher zum Betrieb von gleich grossen Lampen mit Glüh- oder Kaltkathode bei prak tisch demselben Strom benützt werden.
Ein Nachteil des kapazitiv wirksamen Vorschaltgerätes ist. sein schlechter Leistungs faktor. Bis heute wurde dieser Nachteil da durch bekämpft, dass ein Lampenkreis mit nacheilendem Strom finit dem Lampenkreis mit voreilendem Strom kombiniert wurde, wie z. B. in einem üblichen Einheits-Zweilampen- f vorsehaltgerät.
Die Erfindung bezweckt ohne den Lam penkreis mit nacheilendem Strom und seinen schlechten Reguliereigenschaften ausm ikom- men und betrifft ein Vorsehaltgerät zum. Be- c trieb von einer oder mehreren Entladungs lampen bei niedrigem voreilendem Leistungs faktor.
Zu diesem Zweck weist das Vorschalt- gerät einen Transformator hoher Reaktanz auf, dessen nacheilender Erregerstrom die Blindkomponente des voreilenden Laststromes wirksam kompensiert, das heisst, dass ein Pri- mär-Leistungsfaktor von angenähert Eins da durch erhalten wird, dass im Magnetkreis der Transformator-Primärwicklung ein hoher magnetischer Widerstand vorgesehen ist.
Es gibt nun viele grundsätzlich verschiedene Wege, -um einen hohen Erregerstrom zu er halten, die alle auf dem Prinzip gegründet sind, die Reluktanz von Teilen des Transfor- matorkerns, die vom Erregerfluss durchsetzt werden, zu vergrössern.
Mehrere Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine Schaltanordnung mit zwei Entladungsröhren und einem Vorschaltgerät gemäss dem ersten Beispiel, Fig. 2 einen Schnitt durch das als Trans formator ausgebildete Beispiel, Fig. 3 ein Vektordiagramm zur Erläute rung der Wirkungsweise des Transformators, Fig. 4 bis 6 Kernvarianten des Transfor mators und Fig. 7 eine abgeänderte Schaltanordnung. Die gestrichelte Linie 1 (Fig. 1 und 7)
zeigt den Umriss des Gehäuses ,des Vorsehaltgerätes für die Speisung von zwei Entladungslampen 2, 3. Das Vorschaltgerät weist einen Trans formator 4 von hoher Streureaktanz und zwei mit -den Lampen 2, 3 in Serie geschaltete Kon densatoren 5 bzw. 6 auf. Der Transformator weist einen magnetischen Kern 7 auf, auf dem die Wickhlngen 8 bis 10 montiert sind.
Zwecks Vergrösserns des Streuverlustes 7,m- .sehen diesen Wicklungen sind magnetische NTebenschlüsse 11, 12 auf dem Kern 7 vorg.e4 sehen. An .der Pimärwicklung 8 sind Ein gangsklemmen 13 angeschlossen. An die Pri märwicklung 8 sind die Wicklungen 9, 10 in Spartransformatorschaltung angeschlossen. Die Lampe 2 ist mit .der Wieldung 9 über eine Rücli:leitung 14 und den Kondensator 5 in Serie geschaltet.
Auf die gleiche Weise ist die Lampe 3 über die Wicklung 10, ,den Kondensator 6 und die Rückleitung 14 an das Speisenetz 13 angeschlossen.
Die Reaktanz der Kondensatoren 5, 6 ist beträchtlich grösser - in vielen Fällen unge fähr zwei mal so gross - als die Streureak.- t.anz des Transformators, so dass die Sekunt- därkreise mit voreilendem Strom arbeiten. Um nun letzteren beträchtlich zu kompensie ren, weist .der Kern 7 einen Abschnitt hoher Reluktanz in Form von einem oder mehreren Luftspalten 15 auf, die an dem v an der Pri märwicklung 8 umgebenen Kernteil angeord net sind. Diese Luftspalten hoher Reluktanz bewirken in der Primärwicklung einen relativ hohen nacheilenden Erregerstrom mit niedri gem Leistungsfaktor.
Fig. 2 zeigt eine magnetische Kernkon struktion mit Mantel, bei der Luftspalte 16 mit den magnetischen Nebensehlüssen 11, 12 seriegeschaltet sind, um ihnen eine relativ hohe Rehiktanz z1.1 geben, damit sie .den von der Primärwicklung 8 erzeugten Erregerfluss nicht kurzschliessen, und die Leerlauf-Aus- gangsspannung des Transformators im wesent lichen proportional z11 seinem Win.dungsver- hältnis ist..
Der Kern besteht, aus drei separa ten Teilen pro Lamellensehicht, wobei der erste Teil ein gerader zentraler Schenkel 17 und die andern beiden Teile einander gleiche Jochglieder mit vier Sehenkeln darstellen. Gemäss Fig. 2 weist der zentrale Teil des Mittelschenkels 1.7 eine Reihe von Luftspal ten 15 auf, deren Enden bei 19 durch magne tisches Material überbrückt sind. Diese Spal ten werden durch einfaches Ausstanzen von Sehlitzen in den Lamellen hergestellt.
Die Betriebsweise des beschriebenen Trans formators wird nachfolgend an Hand der Fig. 3 erläutert, in der der Vektor EI, die Spannung der Primärwicklung 8 darstellt.. Die Vektoren IL, und LL2 sind die Arbeits ströme der beiden Lampen 2 und 3, deren Summe gleich dem Vektor 1I, ist, der den totalen Laststrom darstellt.
Die Stromvekto- reu beziehen sich dabei auf die T'ransforitia- tor-1'rimärseite. Zufolge der von den Lampen aufgenommenen, nicht sinusförmigen Strömen ist < las Diagramm nicht, ganz genau, aber doch genügend zutreffend, uni die Betriebs weise des Transformators darzustellen. Es ist ersielitlich, dass der Laststrom IL gegenüber der Speisespanung Ei, um den Winkel O vor eilt. Dieses Voreilen wird durch - die beiden Kondensatoren 5 und 6 bewirkt., deren Span nung mit E". bezeichnet ist.
Beim Fliessen durch die Serienwicklungen ( und 10 verur- < acht der voreilende Laststrom sowohl eine Grössenänderung wie auch eine Pliasenver- sehiebun- der Serienwicklungsspannung rela tiv zur Spannung der Priniärwieklung, so dass die erste Spannung durch den Vektor Es dar gestellt ist. Die die Lampe betreibende Span nung ist- durch den Vektor ELa",p dargestellt..
Die Lampenspannung und der Lampen strom sind etwas pliasenversehoben, das heisst letzterer eilt. ersterer nach. Dies ist- nicht so sehr clie Folge einer der Lampe anhaftenden Reaktanz, sondern das Resultat der Strom wellenforni. Demzufolge zeigt ein Wattmeter, dass die Lampe weniger Watt als Volt.Amperes verbraucht.
Der abnormal hohe durch die Spalten 1.5 bedingte Erregerstrom des Transformators wird durch den Vektor Ir dargestellt, der der Primärspannung Ei, um etwa 90 nacheilt.. Die Grösse der Luftspalten 15 ist so gewählt, dass der Summenvektor IR von Ir und 1i, mit der Speisespannung Ep im wesentlichen in Phase ist.
Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, wirkt Ii.-, dahin, die Grösse des Laststromes von IL auf l" und ebenso die Phasenverschie bung des Laststromes vom Winkel 0, auf den Winkel #P zu reduzieren.
Die Variante nach Fig. 1 verwendet einen sog. Zwangskern, bei dem die Enden eines geraden Schenkelteils 20 in entsprechende Ausschnitte eines im Alläemeinen rechtwin kligen lamellierten .Ioehgliedes 21 eingetrie ben sind. Letzteres ist mit den magnetischen Nebensehlussgliedern <B>11,</B> 12 versehen. Bei dieser Variante ist das Jochglied bei 22 im Querschnitt eingeengt, um den zwecks Ver- grösserns des Magnetisierungsstronies erfor derlichen Abschnitt hoher Reluktanz zu er zeugen.
Bei der Variante nach Fig. 5 sind an Stelle der überbrückten Luftspalte 15 nach Fig. 2 überbrückte Luftspalten 23 an den Enden des zentralen Schenkelteils 20 vorge sehen. Diese Luftspalten 23 dienen daher sowohl zum Vergrössern des Erregerstromes, als aueli zum Beschränken des zufolge des vor eilenden Stromes in den Sekundärwicklungen ( und. 1.0 auftretenden Flusses.
Dieser vor eilen-de Strom hat das Bestreben, den Steuer.- fluss :der Wicklungen 9 und 10 mit dem von der Wicklung 8 erzeugten. Erregerfluss mehr oder weniger in Phase zu brin-en. Ohne diese Luftspalten 23 könnten die vom Streu. fluss der Wicklungen 9 und 10 .durchsetzten Kernteile den ganzen Kernhauptkörper sätti gen, was unerwünschte Harmonische hervor rufen würde.
Die Variante nach Fi;-. 6 betrifft. einen Transformatorkern des Kerntypus, während die Varianten nach Fig. 2, 4 und 5 einen 1lantel -Transformatorkern aufweisen. Jede Lamelle des Kernes nach Fig. 6 besteht aus zwei Stanzblechen 2J und 25, wobei die Enden der Aussenschenkel der Bleche 2.1 kürzer als die Aussenschenkel der Bleche 25 sind. Die beiden Bleche sind gegeneinander abwech selnd uni 180 versetzt, um in den Kernaussen schenkeln einen überlappten Stoss zu bilden.
Falls erwünscht, kann in den Aussenschen keln ein Überbrückungsspalt gebildet werden, indem die Aussenschenkel .der zentralen La niellenbleche gleich lang gemacht werden, und zwar so lang, dass die Länge beider Schen kel kleiner ist als die Totallänge der Aussen schenkel der aussen gelegenen Lamellenbleche. Zufolge dieser Anordnung entstehen Luft spalte 26 in etwa der gleichen Weise wie die Luftspalte 16 in den magnetischen Neben schlüssen 11 und 12 und der Luftspalten 7.5 mit dem Unterschied, dass die Spalte 26 ,durch die äussern Lam.ellenbleche überbriickt sind.
In Fig. 1 sind die Kondensatoren 5 und 6 je mit den lampenseitigen Enden der Se- kundä,rwicklungen 9 und 10 verbunden. In einigen Fällen ist es wirtschaftlicher, die Kondensatoren an die andern Enden der Sekundärwicklungen 9 und 10 anzuschliessen. Bei einer solchen Anordnung stellen dann nämlich die Kondensatoren 5 und 6 die beiden Wiekel eines Doppelkondensators dar, der in einem einzigen Behälter 27 montiert ist. Ein solcher Doppelkondensator mit einer Mittelabzapfung ist gewöhnlich billiger als zwei separate Kondensatoren .desselben tota len Kapazitätswertes.
Es ist auch nicht nötig, drei aus dem Gehäuse des Vorschaltgerätes führende Ausgangsdrähte vorzusehen. Die Leitung 14 kann separat sein, das heisst keinen Bestandteil .des Vorschaltgerätes bilden.
Die Flussdichte im Hauptkörper aller Kernteile ist bei allen Varianten im wesent lichen gleichförmig. Die überbrückten Teile gewisser Luftspalten, die praktisch Ein schnürungen analog den Einschnürungen 22 Wig. 4) sind, werden natürlich mit einer höheren Flussdichte arbeiten als der Rest. des Kerns, und können sogar gesättigt werden.
In keiner der Varianten ist. jedoch die Fluss- diehte ides den Seriewicklungen 9 und 10 zugeordneten Kernhauptteils wesentlich ver schieden von derjenigen des die Primär wicklung 8 tragenden Kernhauptteils.
Zufolge des Betriebes der Lampenkreise mit voreilendem Strom von niedrigem Lei stungsfaktor hängt der Betrieb der beschrie benen Schaltanordnung in keiner Weise von einer Resonanz in den Lampenkreisen ab.