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üblicher Schalter und synchron mit der Frequenz der Speisespannung arbeiten kann, z. B. durch Verwendung eines elektromagnetischen Schalters.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einer Gasentladungsröhre in Reihe mit einer Selbstinduktion, die von einem elektromagnetischen Schalter überbrückt und wenigstens mit einer in den Überbrückungszweig aufgenommenen Glühelektrode versehen ist, wobei die Erregerwicklung des Schalters parallel zu den Kontakten dieses Schalters geschaltet ist. Im nicht erregten Zustand ist dieser geöffnet, d. h. die Kontakte berühren einander nicht.
Wenn die Vorrichtung unter Spannung gesetzt wird, wird die Erregerwicklung von Strom durchflossen, wodurch der Schalter geschlossen wird und ein stärkerer Strom den Überbrückungsstromzweig und die in Reihe minder Entladungsröhre geschaltete Selbstinduktion durchfliesst. Infolge des Schliessens des Schalters wird jedoch die Erregerwicklung kurzgeschlossen, so dass der Schalter sich wieder öffnet. Infolgedessen wird in der Selbstinduktion ein Spannungsstoss entwickelt, der d. 1e Röhre zu zünden versucht. Erfolgt diese Zündung nicht sofort, so wiederholt sich das Schliessen und Öffnen des Schalters. Anderseits ist dafür gesorgt, dass sich der Schaltvorgang nach Zündung der Entladungsröhre nicht weiter wiederholt.
Dies ist durch eine solche Ausbildung des Schalters erzielbar, dass die Brennspannung der Entladungsröhre nicht ausreicht, um der. Schalter zu schliessen.
Solche mit einem elektromagnetischen Schalter versehenen Vorrichtungen haben bisher ernstliche Nachteile aufgewiesen. Oft zünden die Entladungsröhren nicht oder nur sehr träge, wenn sie hingegen schnell zünden, ergibt es sich, dass dies zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Entladungsröhren führt.
Die Erfindung bezweckt, diese Vorrichtung zu verbessern.
Gemäss der Erfindung ist der Schalter derart ausgebildet und sind Schalter und Vorrichtung einander derart angepasst, dass die Schaltperiode (d. h. die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schliessvorgängen des Schalters) kürzer als 0. 3 sec, vorzugsweise sogar kürzer als 0-1 sec, ist und die Klebezeit des Schalters (d. h. die
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holenden elektromagnetischen Schalter durch die geschilderte Anpassung der Klebezeit des Schalters einen sehr starken Vorheizstrom durch die Glühelektrode bzw. die Elektroden zu erzielen.
Infolge der verhältnismässig kurzen Schaltperiode wird bewirkt, dass der Schalter die Röhre in kurzen Intervallen zu zünden trachtet. Wegen der verhältnismässig langen Klebezeit durchfliesst während eines grossen Teiles der Schaltperiode ein starker Strom die Glühelektrode, so dass eine schnelle Erwärmung derselben erzielt wird. Man wird selbstverständlich trachten, die erwähnte effektive Stromstärke so weit als möglich zu steigern und bedeutend grösser als den Betriebsstrom zu machen, um die Glühelektrode möglichst schnell auf Emissionstemperatur zu bringen.
Eingehende Untersuchungen haben ergeben, dass bei den bekannten Vorricnungen der Schalter so schnell öffnete, dass die Vorheizung der Glühelektrrde unzulänglich war, so dass die Röhre, wenn sie zündete, mit praktisch kalten Elektroden 10 Betrieb gesetzt wurde, was den Rückgang der Lebensdauer der Röhre erklären kann.
Die Vorrichtung kann für Gleichstrombetrieb verwendet werden. In diesem Falle muss nicht nur eine Selbstinduktion, sondern auch ein Widerstand mit der Entladungsröhre in Reihe geschaltet sein. Die Schaltperiode soll dann nicht so kurz gemacht werden, dass der Vorheizstrom während des Klebens des Schalters nicht die Möglichkeit hat, hinreichend zu wachsen.
Es hat sich gezeigt, dass in der Praxis vorzügliche Ergebnisse mit Klebezeiten zwischen 3 und 25 mi'sec und mit einer so langen Schaltperiode erzielt werden, dass die Klebezeit mehr als 35%, vorzugsweise mehr als 45 oder 60% der Schaltperiode beträgt.
Die Erfindung kann auch bei mit Wechselstrom betriebenen Vorrichtungen verwendet werden. Die Vorrichtung und der Schalter werden vorzugsweise derart bemessen, dass der Schalter 2f n mal je Sekunde geschlossen wird, wobei f die Frequenz des Speisewechselstromes (z. B. 50 Hertz) und n eine ganze Zahl grösser als Null darstellen.
Der Schalter schaltet dann also 2//1, 2f/2, 2 ft 3... mal je Sekunde. Versuchsweise hat es sich ergeben, dass eine Schaltperiode gleich 0. 5-1. 5 Perioden des speisendeu Wechselstromes (n = 1-3) vorzügliche Ergebnisse liefert ; in diesem Fall kann die Klebezeit des Schalters vorteilhaft gleich 0'2-1 Perioden des Speise- wechselstromes gemacht werden. Vorzugsweise wird die Schaltperiode gleich einer Periode des
Speisewechselstromes gemacht (n = 2), in wel- chem Fall die Klebezeit des Schalters vorteilhaft gleich 0-3-0-5 Perioden des Speisewechselstromes gemacht werden kann.
Bei den in diesem Sinne gewählten Klebezeiten und Schaltfrequenzen werden bei Wechselstrom die grossen Einschaltstromstösse benutzt, die nach dem Schliessen des Schalters in dem mit einer Selbstinduktion versehenen Heizkreis auftreten. Durch wiederholte Erzeugung eines Einschaltstromstosses ist ein den stationären Kurzschlussstrom des Heizkreises (d. h. den bei konstant geschlossen gehaltenem Schalter auftretenden Strom) übersteigender Heizstrom erzielbar. Durch zweckmässige Sättigung des Magnetkreises der Selbstinduktion können diese Stromstösse bis zu einem noch günstigeren Wert gesteigert werden. Diese Selbstinduktion kann gegebenenfalls aus der Streureaktanz eines Streutransformators oder eines Wechselstromgenerators bestehen.
Die Vorschaltimpedanz kann, anstatt aus einer Selbstinduktion, vorteilhaft aus der Reihenschaltung einer Kapazität und einer Selbstinduktion bestehen, wobei die Kapazitanz grösser als die Induktanz ist. Solche kombinierte Vorschaltimpedanzen sind bereits für Entladungsröhren vorgeschlagen worden, die mit einem thermischen Zündschalter versehen sind. Dabei ist in den die Entladungsröhre überbrückenden Stromzweig eine zusätzliche Selbstinduktion aufgenommen, um beim Zünden der Röhre den gesamten Wechselstromwiderstand zu verringern und den die Glühelektrode vorheizenden Strom zu erhöhen. Es hat sich nun ergeben, dass sich diese unter dem Namen"Kompensator"bekannte, zusätzliche Selbstinduktion erübrigt, wenn die beschriebene, kombinierte Vorschaltimpedanz in einer erfindungsgemässen Vorrichtung verwendet] wird.
Die Verbindungen zwischen den Kontakten des Schalters und den Elektroden der Röhre brauchen also in diesem Fall keine zusätzliche
Selbstinduktion zu enthalten.
Die Klebezeit des Schalters ist durch elektromagnetische, mechanische und remanent-ma- gnetische Ursachen bedingt. Die Erregerwicklung bildet mit den geschlossenen Kontakten einen
Stromkreis, dessen Selbstinduktion mit L und dessen Widerstand mit R bezeichnet wird.
Nach Schliessung der Kontakte führt die in der
Selbstinduktion angehäufte Energie einen Strom durch diesen Stromkreis herbei, der, wenn er hinreichend gross ist, den Schalter geschlossen hält. Die Zeit, während der dieser Schalter aus diesem Grunde geschlossen bleibt, wird elektro- magnetische Klebezeit genannt. Diese elektro- magnetische Klebezeit in Sekunden ist gleich
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wird, und derjenigen, bei welcher er sich wieder öffnet, bedeutet. Durch passende Wahl von L, R und p kann somit die elektromagnetische Klebezeit beeinflusst werden.
Die mechanische Ursache des Klebens liegt in der Massenträgheit des Schalters. Änderung
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der Massenträgheit ist gleichfalls ein Mittel, 11m die erwünschte Klebezeit zu erreichen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Klebezeit im wesentlichen durch elektromagnetische Ursachen zu erreichen und die elektromagnetische Klebezeit wenigstens 50%, vorzugsweise mehr als 60% der Gesamtklebezeit bilden zu lassen. Zu diesem Zwecke kann nicht nur Vergrösserung der elektromagnetischen Klebezeit, sondern auch Verringerung der Massenträgheit des Schalters angewendet werden. Die Einstellung der Klebezeit mittels mechanischer Grössen ist nämlich meistens schwierig. Ausserdem ist eine grosse Anzahl von Schaltungen je Sekunde nur mit einem beweglichen System mit hoher Eigenfrequenz, d. h. mit kleiner Masse und steifer Feder, erreichbar, was sich schwer mit einer langen mechanischen Klebezeit kombinieren lässt.
Für den erwähnten Zweck ist es vorteilhaft, wenn der Magnetkreis des Schalters einen konstanten Luftspalt aufweist, in dem sich der Anker des Schalters bewegt. Hiebei kann der den konstanten Luftspalt begrenzende Teil des Joches eine Öffnung aufweisen, durch die sich der Anker in Richtung des Kernes bewegen kann.
Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, das Kleben durch remanent-magnetische Ursachen zu beschränken. Zu diesem Zwecke kann zwischen den aus Magnetmaterial bestehenden Teilen des Ankers und dem Kern ein nichtmagnetischer, fester Stoff angebracht werden.
Die Stärke dieses Stoffes beeinflusst die Stromstärke, bel der der Anker abfällt, und kann z. B. kleiner als 100 ! J. sein.
Zwischen den sich öffnenden Kontakten des Schalters kann ein Funke auftreten. Das Funken verlängert zwar die Klebezeit, da der Funkenstrom über die geöffneten Kontakte fliesst und somit zum Heizstrom beiträgt, ist jedoch schädlich für das Kontaktmaterial und somit für die Lebensdauer des Schalters. Um diesen Nachteil zu beheben, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Kontakte des Schalters durch die Reihen- schaltung einer Kapazität und eines Widerstandes zu überbrücken. Dieser Widerstand kann durch wenigstens eine Glühelektrode der Röhre gebildet werden. Die Kapazität kann einen Wert von 1000 bis 100.000, z. B. von 30. 000 pif, haben.
Der Wert des Vorheizstromes hängt von der Kurzschlussstromstärke des Vorschaltgerätes der Röhre ab. Durch die Bauart dieses Vorschaltgerätes kann somit ebenfalls Einfluss auf den Vorheizstrom ausgeübt werden.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf einen elektromagnetischen Schalter, der zur Verwendung in der erfindungsgemässen Vorrichtung geeignet ist.
Dieser Schalter weist, gemäss'der Erfindung, das Merkmal auf, dass seine Schaltperiode, bei Gleichstrom gemessen, kürzer als 0-3 sec, vorzugsweise kürzer als 0'1 sec ist und dass seine Klebezeit mehr als 35%, vorzugsweise mehr als 45 oder 60% dieser Schaltperiode beträgt.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die elektromagnetische Klebezeit des Schalters wenigstens 50%, vorzugsweise mehr als 60% der Gesamtklebezeit betragen.
Der Magnetkreis des Schalters kann einen konstanten Luftspalt aufweisen, in dem sich der Anker des Schalters bewegt. Dabei kann der den konstanten Luftspalt begrenzende Teil des Joches eine Öffnung aufweisen, durch die sich der Anker in Richtung des Kernes bewegen kann.
Vorzugsweise wird zwischen den aus Magnetmaterial bestehenden Teilen des Ankers und dem Kern ein nichtmagnetischer Stoff angebracht, dessen Stärke vorzugsweise kleiner als 100 . ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Schalters sind seine Kontakte durch die Reihenschaltung einer Kapazität und eines Widerstandes überbrückt.
Der Schalter kann weiter das Merkmal aufweisen, dass der Anker oder wenigstens das Tragorgan des Ankers, im nichterregten Zustand des Schalters, gegen einen einstellbaren Anschlag, vorzugsweise gegen einen biegsamen Draht, anliegt.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen die Fig. 1 und 2 zwei Seitenansichten eines. Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Schalters, während die
Fig. 3-5 Schaltbilder erfindungsgemässer Vor- richtungen darstellen.
Der Magnetkreis des in Fig. l und 2 dargestell- ten Schalters besteht aus einem Kern 1, einem aus zwei Teilen 2 und 3 bestehenden Joch und dem Anker 4. Zwischen dem Jochteil 3 und dem
Kern 1 ist ein Luftspalt gleichbleibender Breite vorgesehen. Der Anker 4 ist an einer Blattfeder 5 befestigt, die zwischen den sich überlappenden
Jochteilen 2 und 3 geklemmt ist. Der Anker 4 ist in einer Öffnung des Teiles 3 angebiacht und erstreckt sich durch diese in Richtung des Kernes.
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kann. Dieser Gegenkontakt ist an einer Ver- längerung des Jochteiles 2 unter Zwischenfügung eines Distanzstückes 8 aus Isolierstoff befestigt. Am Jochteil 3 ist ein rechtwinkelig gebogener Draht 9 befestigt. Die Feder 5 liegt gegen den waagrechten Teil dieses Drahtes an.
Der Kern 1 ist von einer Magnetspule 10 umgeben, die parallel zu den Kontakten 6 und 7 geschaltet ist. Diese Kontakte berühren einander im unerregten Zustand des Relais nicht. Die Anschlusskontakte des Relais sind mit 11 und 12 bezeichnet.
Dieses Relais hatte in einem bestimmten Fall
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Jochteil 3 : Stärke 1 mm, Breite 20 mm, mit einer Öffnung von 3 mm Durchmesser zum Durchlassen des Ankers. Die Tombakfeder 5 hatte eine Stärke von 0. 2 mm und eine Breite von 3 mm. In ihrem waagrechten Teil war der Anker in einem Abstand von 16 mm und der
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Kontakt 6 in einem Abstand von 25 mm vom senkrechten Teil der Feder angeordnet. Die Magnetwicklung hatte 17. 000 Windungen aus emailliertem Kupferdraht mit einem Durchmesser von 40 Der Abstand zwischen den Kontakten 6 und 7 betrug im unerregten Zustand 1 mm.
Die Grösse des festen Luftspaltes zwischen dem Jochteil 3 und dem Kern 1 war 1. 15 mm, derjenige zwischen dem Anker 4 und dem Kern 0. 9 mm. Am freien Ende des Kernes war eine Messingfolie 13 mit einer Stärke von 50 p. angebracht. Unter diesen Umständen wies das Relais eine Selbstinduktion von 22 H und einen Widerstand von 12.000 Ohm auf. Die Stromstärke bei Gleichstrom im Augenblick des Kontaktschlusses war 8 mA. Das geschlossene Relais öffnete sich bei Erniedrigung des Stromes durch die Wicklung auf 1 mA. Die magnetische Energie der Selbstinduktion ruft bei geschlossenen Kontakten einen Strom durch die Wicklung hervor und versucht den Anker im angezogenen Zustand während einer Zeit zu halten, die als elektro-
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Anziehstrom und Abfallstrom darstellt.
Die Gesamtklebezeit betrug 6 m/sec, so dass der Massenwirkung des Ankers eine mechanische Klebezeit von 2 m/sec zugeschrieben werden kann. Das Relais schaltete bei einer Gleichspannung von 220 Volt 82 mal je Sekunde.
Die Schaltperiode betrug somit in diesem Falle 12-2 m, sec, also weniger als 0-1 sec, und die Gesamtklebezeit 49% dieser Schaltperiode.
Fig. 3 stellt die Schaltung des beschriebenen Schalters mit einer durch Wechselstrom zu speisenden Gasentladungsröhre dar. In dieser Figur sind die Selbstinduktion der Magnetspule und etwaige andere Selbstinduktionen, die in dem von der Magnetspule und den parallel zu dieser geschalteten Kontakten 6 und 7 gebildeten Kreis vorhanden sind, mit 14 bezeichnet : 15 stellt den Widerstand der Magnetspule und etwaige andere Widerstände dar, die im erwähnten Kreis vorkommen. Die Feder, welche die Kontakte offen zu halten versucht, ist mit 16 bezeichnet und stellt schematisch die Wirkungsweise der Blattfeder 5 in Fig. 1 und 2 dar.
Der Schalter ist an den Glühelektroden 17 und 18 der Gasentladungsröhre 19 angeschlossen, die ihrerseits über eine Drosselspule 20 von 1-2 H bzw. über einen Schalter 21 an eine Wechselstromquelle 22 von 220 Volt und 50 Hertz angeschlossen ist. Die Röhre hatte eine Länge von 120 cm, einen
Innendurchmesser von 35 mm und war mit Ar unter einem Druck von 2 mm gefüllt. Die
Brennspannung dieser Röhre betrug 105 Volt, der Betriebsstrom 420 mA bei einer Energie- aufnahme von 40 Watt.
Diese Röhre zündete nach 0-1 sec ; während dieser Zeit durchfloss ein Heizstrom von 790 mA, also bedeutend mehr als der Betriebsstrom, die Glühelektroden 17 und 18. Der Widerstand des Heizkreises betrug etwa 90 Ohm. Der Schalter schaltete hiebei mit einer Frequenz von 50 je Sekunde. Die Schaltperiode betrug somit 20 m/sec und die Klebezeit 0-3 der Periodendauer des Speisewechselstromes. Dies bedeutet, dass während des Kontaktschlusses ein effektiver Strom von 1. 45 A den Heizkreis 20-17-7-6-18 durchsetzte. Diese bemerkenswerte Tatsache ist auf die günstige Anpassung der Klebezeit des Schalters an die im Heizkreis auftretenden Einschaltvorgänge zurückzuführen.
Es sei bemerkt, dass der stationäre Heizstrom bei konstant geschlossenen Kontakten 6 und 7, also ohne Unterbrechungen, nur 0. 66 A betrug. Wenn der Schalter durch das übliche Glimmlichtbimetallrelais ersetzt wurde, zündete die Röhre durchschnittlich nach 5 sec, wobei die Spannung der Stromquelle von 220 bis auf 275 Volt erhöht werden musste.
Die Faktoren L, R und p, welche die elektromagnetische Klebezeit des Schalters festlegen, können leicht geändert werden. Durch Weglassen der Schicht 13 auf dem Kern und Änderung des Luftspaltes zwischen Joch und Kern i---wurde die Selbstinduktion des Kreises des zusätzlichen Stromes (Klebekreis 6-7-14-15) auf 25 H, der Anziehstrom auf 10 mA und der Freigabestrom auf 01 mA gebracht. Die elektromagnetische Klebezeit betrug dabei
10 mlsec, die Gesamtklebezeit 12 m/sec, der Heizstrom 0. 72 A, und das Relais schaltete mit einer Frequenz von 331/3 mal je Sekunde, was eine Schaltperiode von 30 m/sec und eine Klebezeit von 40% dieser Schaltperiode bedeutet.
Die Röhre zündete in diesem Fall nach 0-4 bis 0-8 sec, also durchschnittlich nach 0'6 sec. Es
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28. 500 Ohm, des Luftspaltes zwischen Joch und Kern auf 2-5 mm und Anordnung einer Schicht 13 von 50 ! J. auf dem Kern wurde eine Selbstinduktion 14 von 17 H, ein Anziehstrom von
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und eine Gesamtklebezeit von 2 mec erzielt.
Der Schalter schaltete 100 mal j. : Sekunde ; der Heizstrom betrug nur 300 mA, wobei die Röhre nach 180 mlsec noch nicht gezündet hatte.
Die Schaltperiode dieses Schalters betrug bei Gleichstrom 11. 1 m/sec.
Es hat sich aus diesen und anderen Messungen ergeben, dass bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung der maximale Heizstrom, bei einer Frequenz von 50 Hertz der Speisewechselspannung, bei einer Klebezeit von etwa 8 mlsec auftritt, dass bei längeren Klebezeiten der Heizstrom nur langsam abnimmt, bei kürzeren Klebezeiten jedoch verhältnismässig schnell.
Um Funkenbildung entgegenzuwirken, wird gemäss der Erfindung ein Kondensator unmittelbar parallel zu den Kontakten 6 und 7 geschaltet.
Es ergab sich dabei, dass die Kontaktorgane oft
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zusammenschweissten. Dem wurde dadurch abgeholfen, dass zwischen dem Kondensator und den Kontakten ein Widerstand angeordnet wurde. Es ergab sich, dass zu diesem Zweck der Widerstand einer oder beider Glühelektroden ausreichte, so dass der Kondensator an der in Fig. 4 durch 23 angegebenen Stelle angeordnet werden konnte. Seine Kapazität betrug 100-100. 000, vorzugsweise etwa 30. 000pu.
Es zeigte sich, dass die erzeugte, zusätzliche Spannung beim Öffnen der Kontakte 100 bis 1500 Volt betrug.
Selbstverständlich darf der Schalter nicht mehr schliessen, nachdem die Röhre gezündet worden ist. Dies bedeutet, dass die Schliessspannung des Schalters die Brennspannung der Röhre übersteigen muss oder wenigstens höher als die bei brennender Röhre am Schalter auftretende Spannung sein muss. Die Brennspannung wächst etwas während der Lebensdauer der Röhre, auch kann die Speisespannung absinken. Daher wird als Anziehspannung 60-90%, vorzugsweise etwa 75% der Speisespannung gewählt, wenn die Brennspannung der Röhre etwa 50% der Speisespannung beträgt. Unter "Speisespannung" ist bei einer Schaltung nach Fig. 3 die effektive
Spannung der Stromquelle 22, bei Speisung mittels eines Streutransformators die Leerlaufspanr. ung seiner Sekundärwicklung zu verstehen.
Bei Prüfung des Schalters wurden gesonderte
Mittel verwendet, um den Kontaktabstand, den
Abstand zwischen Anker und Kern und die mechanische Vorspannung der Feder zu ändern.
Dies ist für die Praxis viel zu umständlich. Für die Reihenherstellung des Schalters ist der biegsame Draht 9 als Einstellmittel hinreichend.
Die Einstellung erfolgt dadurch, dass das freie
Ende des Drahtes vorsichtig auf-und nieder- bewegt wird. Dieses Ende kann, nach erreichter
Einstellung, kürzer geschnitten werden.
Fig. 4 stellt die Schaltung einer Gleichstrom- anlage gemäss der Erfindung dar. In bezug auf die Schaltung nach Fig. 3 ist folgendes ersetzt : die Drosselspule 20 durch einen Widerstand 24 und eine kleinere Drosselspule 25 in Reihe und die Wechselstromquelle 22 durch eine Gleichstromquelle 26 von 220 Volt. Weiter sind die Enden der Glühelektrode 17, die jett als Anode arbeitet, miteinander verbunden. Der Widerstand des Heizkreises 24-25-7-6-18 betrug 300 Ohm, seine Selbstinduktion 70 mH. Die Klebezeit musste wenigstens 3 m/sec und wenigstens 35%, vorzugsweise mehr als 45 oder sogar 60% der Schaltperiode betragen. Aus praktischen Gründen wird eine Klebezeit von mehr als 25 m/sec nicht mehr in Betracht kommen.
Es ergab sich, dass der Heizstrom annähernd der Quadratwurzel des Verhältnisses Klebezeit : Schaltperiode proportional war, welches Verhältnis naturgemäss stets kleiner als I ist. Da der Schalter bei Gleichstrom stets bei voller Stromstärke unterbricht, ist die Verwendung eines Kondensators parallel zu den Kontakten des Schalters, vorzugsweise an der mit 23 bezeichneten Stelle, erwünscht. Die Schalter, die bei der Wechselstromschaltung nach Fig. 3 gute Ergebnisse lieferten, konnten auch bei dieser Gleichstromanlage mit gleichem Erfolg verwendet werden.
Fig. 5 stellt eine Wechselstromanlage gemäss der Erfindung dar, bei der die Drosselspule 20 nach Fig. 3 durch einen Kondensator 27 und die dazu in Reihe geschaltete Drosselspule 28 ersetzt ist. Wenn die Kapazitanz des Kondensators die Reaktanz der Drosselspule übersteigt, nimmt die Röhre einen voreilenden Strom auf. Dies hat den Vorteil, dass bei Kombination mit einer Einrichtung nach Fig. 3 ein günstiger Phasenverschiebungsfaktor und ein bedeutend ruhigeres Licht erzielbar ist. Die Anlage mit einer Röhre mit voreilendem Entladungsstrom erforderte, in Kombination mit dem bisher üblichen Bimetallrelais die Verwendung einer zusätzlichen Selbstinduktion 29, um einen hinreichend hohen
Heizstrom zu erreichen.
Es hat sich nun ergeben, dass sich bei Verwendung eines erfindungsgemässen elektromagnetischen Zündschalters die zusätzliche Drosselspule erübrigt und dass die
Röhre trotzdem noch leichter zündet als in der
Schaltung nach Fig. 3. Die Kapazität des Kon- densators 27 war ut F, die Selbstinduktion der
Drosselspule 1. 2 H, der Widerstand dieser Drossel- spule und der Glühelektroden zusammen etwa
90 Ohm.
Es sei bemerkt, dass die nur mit Ar gefüllte
Röhre 19 eine schwer zündende Röhre darstellt.
Sie ist bei Zimmertemperatur etwa einer normalen
Niederdruck-Quecksilberdampfentladungsröhre mit 2 mm Ar-Beifüllung bei einer Umgebung- temperatur von 2 U C gleichwertig.
PATENTANSPRÜCHE : l. Zünd-und Betriebsvorrichtung für eine
Gasentladungsröhre, die, in Reihe mit einer
Selbstinduktion geschaltet, durch einen elektro- magnetischen Schalter überbrückt und mit wenigstens einer Glühelektrode versehen ist, die im Überbrückungsstromzweig aufgenommen ist, wobei die Erregerwicklung parallel zu den
Kontakten dieses Schalters geschaltet {. t, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltperiode des elektro- magnetischen Schalters kürzer als 0 3 sec, vorzugs- weise kürzer als 0. 1 sec ist und die Klebezeit einen so grossen Teil derselben beträgt, dass der
Effektivwert des Heizstromes der Glühelektrode
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usual switch and can work synchronously with the frequency of the supply voltage, e.g. B. by using an electromagnetic switch.
The invention relates to a device with a gas discharge tube in series with a self-induction which is bridged by an electromagnetic switch and provided with at least one glow electrode received in the bridging branch, the excitation winding of the switch being connected in parallel to the contacts of this switch. In the de-energized state this is open, i.e. H. the contacts do not touch each other.
When the device is energized, current flows through the excitation winding, which closes the switch and a higher current flows through the bypass current branch and the self-induction connected in series with the lower discharge tube. However, as a result of the switch closing, the excitation winding is short-circuited, so that the switch opens again. As a result, a voltage surge is developed in the self-induction, which d. Tried to ignite 1e tube. If this ignition does not take place immediately, the switch closes and opens again. On the other hand, it is ensured that the switching process does not repeat itself after the discharge tube has been ignited.
This can be achieved by designing the switch in such a way that the operating voltage of the discharge tube is not sufficient for the. Switch to close.
Such electromagnetic switch devices have heretofore suffered serious drawbacks. The discharge tubes often do not ignite or only ignite very slowly, but if they ignite quickly, the result is that this leads to a shortening of the service life of the discharge tubes.
The invention aims to improve this device.
According to the invention, the switch is designed and the switch and device are adapted to one another in such a way that the switching period (ie the time between two successive closing operations of the switch) is shorter than 0.3 sec, preferably even shorter than 0-1 sec, and the Sticking time of the switch (i.e. the
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fetching electromagnetic switch to achieve a very strong preheating current through the glow electrode or the electrodes by adapting the sticking time of the switch.
As a result of the relatively short switching period, the switch tries to ignite the tube at short intervals. Because of the relatively long sticking time, a strong current flows through the glow electrode during a large part of the switching period, so that the same is heated quickly. Naturally, efforts will be made to increase the mentioned effective current strength as much as possible and to make it significantly greater than the operating current in order to bring the glow electrode to the emission temperature as quickly as possible.
In-depth investigations have shown that with the known devices the switch opened so quickly that the preheating of the glow electrode was inadequate, so that the tube, when it ignited, was put into operation with practically cold electrodes, which explains the decrease in the life of the tube can.
The device can be used for direct current operation. In this case, not only a self-induction but also a resistor must be connected in series with the discharge tube. The switching period should then not be made so short that the preheating current does not have the opportunity to grow sufficiently while the switch is glued.
It has been shown that in practice excellent results are achieved with bonding times between 3 and 25 microseconds and with such a long switching period that the bonding time is more than 35%, preferably more than 45 or 60% of the switching period.
The invention can also be used with AC powered devices. The device and the switch are preferably dimensioned in such a way that the switch 2f is closed n times per second, where f represents the frequency of the alternating feed current (e.g. 50 Hertz) and n represents an integer greater than zero.
The switch then switches 2 // 1, 2f / 2, 2 ft 3 ... times per second. As an experiment it has been found that a switching period is equal to 0. 5-1. 5 periods of the alternating current supply (n = 1-3) delivers excellent results; in this case the sticking time of the switch can advantageously be made equal to 0.2-1 periods of the alternating current supply. Preferably, the switching period is equal to a period of the
AC supply current made (n = 2), in which case the sticking time of the switch can advantageously be made equal to 0-3-0-5 periods of the alternating supply current.
With the sticking times and switching frequencies selected in this sense, the large inrush currents that occur in the self-induction heating circuit after the switch is closed are used with alternating current. By repeatedly generating an inrush current, a heating current that exceeds the steady-state short-circuit current of the heating circuit (i.e. the current occurring when the switch is kept constantly closed) can be achieved. By appropriate saturation of the magnetic circuit of the self-induction, these current surges can be increased to an even more favorable value. This self-induction can optionally consist of the leakage reactance of a leakage transformer or an alternating current generator.
Instead of a self-induction, the series impedance can advantageously consist of a series connection of a capacitance and a self-induction, the capacitance being greater than the inductance. Such combined ballast impedances have already been proposed for discharge tubes which are provided with a thermal ignition switch. An additional self-induction is included in the current branch bridging the discharge tube in order to reduce the total alternating current resistance when the tube is ignited and to increase the current that preheats the glow electrode. It has now been found that this additional self-induction, known under the name “compensator”, is unnecessary if the combined series impedance described is used in a device according to the invention].
The connections between the contacts of the switch and the electrodes of the tube do not need any additional ones in this case
To contain self-induction.
The sticking time of the switch is due to electromagnetic, mechanical and remanent-magnetic causes. The excitation winding forms one with the closed contacts
Circuit whose self-induction is denoted by L and whose resistance is denoted by R.
After the contacts are closed, the
Self-induction accumulated energy causes a current through this circuit, which, if it is sufficiently large, keeps the switch closed. The time during which this switch remains closed for this reason is called the electromagnetic sticking time. This electromagnetic bonding time in seconds is the same
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and the one in which it opens again, signifies. The electromagnetic bonding time can be influenced by a suitable choice of L, R and p.
The mechanical cause of the sticking lies in the inertia of the switch. modification
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inertia is also a means of achieving the desired gluing time.
It has proven to be advantageous to achieve the sticking time essentially through electromagnetic causes and to allow the electromagnetic sticking time to form at least 50%, preferably more than 60% of the total sticking time. For this purpose, it is not only possible to increase the electromagnetic bonding time, but also to reduce the mass inertia of the switch. The setting of the gluing time by means of mechanical parameters is usually difficult. In addition, a large number of switching operations per second is only possible with a moving system with a high natural frequency, i. H. with small mass and stiff spring, achievable, which is difficult to combine with a long mechanical bonding time.
For the mentioned purpose it is advantageous if the magnetic circuit of the switch has a constant air gap in which the armature of the switch moves. The part of the yoke that delimits the constant air gap can have an opening through which the armature can move in the direction of the core.
It has also proven to be advantageous to limit the sticking due to remanent magnetic causes. For this purpose, a non-magnetic, solid material can be attached between the parts of the armature made of magnetic material and the core.
The strength of this substance influences the strength of the current bel which the anchor drops, and can, for. B. less than 100! J. be.
A spark can occur between the opening contacts of the switch. Although the spark extends the bonding time, since the spark current flows through the open contacts and thus contributes to the heating current, it is harmful to the contact material and thus to the service life of the switch. In order to remedy this disadvantage, it has proven to be advantageous to bridge the contacts of the switch by connecting a capacitor and a resistor in series. This resistance can be formed by at least one glow electrode of the tube. The capacity can have a value from 1000 to 100,000, e.g. B. of 30,000 pif.
The value of the preheating current depends on the short-circuit current strength of the ballast of the tube. The design of this ballast can also influence the preheating current.
The invention further relates to an electromagnetic switch which is suitable for use in the device according to the invention.
According to the invention, this switch has the feature that its switching period, measured with direct current, is shorter than 0-3 sec, preferably shorter than 0.1 sec and that its sticking time is more than 35%, preferably more than 45 or 60% of this switching period.
According to a further feature of the invention, the electromagnetic sticking time of the switch can be at least 50%, preferably more than 60% of the total sticking time.
The magnetic circuit of the switch can have a constant air gap in which the armature of the switch moves. The part of the yoke that delimits the constant air gap can have an opening through which the armature can move in the direction of the core.
A non-magnetic material, the thickness of which is preferably less than 100, is preferably attached between the parts of the armature and the core made of magnetic material. is.
In an advantageous embodiment of the switch, its contacts are bridged by the series connection of a capacitance and a resistor.
The switch can further have the feature that the armature or at least the support member of the armature, in the non-excited state of the switch, rests against an adjustable stop, preferably against a flexible wire.
The invention is explained in more detail with reference to the drawing. 1 and 2 show two side views of one. Embodiment of the switch according to the invention, while the
3-5 show circuit diagrams of devices according to the invention.
The magnetic circuit of the switch shown in FIGS. 1 and 2 consists of a core 1, a yoke consisting of two parts 2 and 3 and the armature 4. Between the yoke part 3 and the
Core 1 is an air gap of constant width. The armature 4 is attached to a leaf spring 5, which between the overlapping
Yoke parts 2 and 3 is clamped. The anchor 4 is attached in an opening of the part 3 and extends through this in the direction of the core.
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can. This mating contact is attached to an extension of the yoke part 2 with the interposition of a spacer 8 made of insulating material. A wire 9 bent at right angles is attached to the yoke part 3. The spring 5 rests against the horizontal part of this wire.
The core 1 is surrounded by a magnetic coil 10, which is connected in parallel to the contacts 6 and 7. These contacts do not touch each other when the relay is de-energized. The connection contacts of the relay are labeled 11 and 12.
This relay had in one particular case
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Yoke part 3: thickness 1 mm, width 20 mm, with an opening of 3 mm diameter to let the anchor through. The tombak spring 5 had a thickness of 0.2 mm and a width of 3 mm. In its horizontal part, the anchor was at a distance of 16 mm and the
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Contact 6 arranged at a distance of 25 mm from the vertical part of the spring. The magnet winding had 17,000 turns of enamelled copper wire with a diameter of 40. The distance between contacts 6 and 7 was 1 mm in the de-energized state.
The size of the fixed air gap between the yoke part 3 and the core 1 was 1. 15 mm, that between the armature 4 and the core was 0.9 mm. At the free end of the core was a brass foil 13 with a thickness of 50 p. appropriate. Under these circumstances, the relay had a self-induction of 22 H and a resistance of 12,000 ohms. The amperage with direct current at the moment of contact closure was 8 mA. The closed relay opened when the current through the winding decreased to 1 mA. The magnetic energy of the self-induction causes a current through the winding when the contacts are closed and tries to keep the armature in the attracted state for a time that
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Represents pull-in current and waste current.
The total bonding time was 6 m / sec, so that a mechanical bonding time of 2 m / sec can be ascribed to the mass effect of the anchor. The relay switched 82 times per second at a DC voltage of 220 volts.
The switching period in this case was 12-2 m, sec, i.e. less than 0-1 sec, and the total bonding time was 49% of this switching period.
Fig. 3 shows the circuit of the switch described with a gas discharge tube to be fed by alternating current. In this figure, the self-induction of the magnet coil and any other self-inductions that are present in the circuit formed by the magnet coil and the contacts 6 and 7 connected in parallel to it are denoted by 14: 15 represents the resistance of the solenoid and any other resistances that appear in the circuit mentioned. The spring, which tries to keep the contacts open, is denoted by 16 and schematically shows the operation of the leaf spring 5 in FIGS. 1 and 2.
The switch is connected to the glow electrodes 17 and 18 of the gas discharge tube 19, which in turn is connected via a choke coil 20 of 1-2 H or via a switch 21 to an alternating current source 22 of 220 volts and 50 Hertz. The tube was 120 cm long, one
Inner diameter of 35 mm and was filled with Ar under a pressure of 2 mm. The
The operating voltage of this tube was 105 volts, the operating current 420 mA with an energy consumption of 40 watts.
This tube ignited after 0-1 sec; During this time, a heating current of 790 mA, ie significantly more than the operating current, flowed through the glow electrodes 17 and 18. The resistance of the heating circuit was about 90 ohms. The switch switched at a frequency of 50 per second. The switching period was thus 20 m / sec and the sticking time was 0-3 of the period of the alternating feed current. This means that during the contact closure an effective current of 1. 45 A passed through the heating circuit 20-17-7-6-18. This remarkable fact is due to the favorable adaptation of the sticking time of the switch to the switching-on processes occurring in the heating circuit.
It should be noted that the steady-state heating current with constantly closed contacts 6 and 7, i.e. without interruptions, was only 0.66 A. If the switch was replaced by the usual glow light bimetallic relay, the tube ignited on average after 5 seconds, whereby the voltage of the power source had to be increased from 220 to 275 volts.
The factors L, R and p, which determine the electromagnetic sticking time of the switch, can easily be changed. By omitting layer 13 on the core and changing the air gap between yoke and core i --- the self-induction of the circuit of the additional current (adhesive circuit 6-7-14-15) was set to 25 H, the tightening current to 10 mA and the release current brought to 01 mA. The electromagnetic bonding time was
10 mlsec, the total bonding time 12 m / sec, the heating current 0.72 A, and the relay switches at a frequency of 331/3 times per second, which means a switching period of 30 m / sec and a bonding time of 40% of this switching period.
In this case the tube ignited after 0-4 to 0-8 seconds, that is to say after 0'6 seconds on average. It
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28. 500 ohms, the air gap between yoke and core to 2-5 mm and arrangement of a layer 13 of 50! J. on the core became a self-induction 14 of 17 H, an attraction current of
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and achieved a total bond time of 2 mec.
The switch switched j 100 times. : Second; the heating current was only 300 mA, and the tube had not yet ignited after 180 mlsec.
The switching period of this switch was 11.1 m / sec for direct current.
It has emerged from these and other measurements that in the described exemplary embodiments of the invention, the maximum heating current occurs at a frequency of 50 Hertz of the alternating supply voltage, with a bonding time of about 8 mlsec, that with longer bonding times the heating current only decreases slowly at shorter gluing times, however, relatively quickly.
In order to counteract the formation of sparks, a capacitor is connected directly in parallel to the contacts 6 and 7 according to the invention.
It turned out that the contact organs often
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welded together. This was remedied by placing a resistor between the capacitor and the contacts. It was found that for this purpose the resistance of one or both glow electrodes was sufficient so that the capacitor could be arranged at the point indicated by 23 in FIG. 4. Its capacity was 100-100. 000, preferably about 30,000 pu.
It was found that the additional voltage generated when the contacts opened was 100 to 1500 volts.
Of course, the switch must not close after the tube has been ignited. This means that the closing voltage of the switch must exceed the burning voltage of the tube or at least be higher than the voltage occurring at the switch when the tube is burning. The operating voltage increases somewhat during the life of the tube, and the supply voltage can also decrease. Therefore 60-90%, preferably about 75% of the supply voltage is selected as the pull-in voltage when the operating voltage of the tube is about 50% of the supply voltage. In a circuit according to FIG. 3, the "supply voltage" is the effective one
Voltage of the current source 22, when fed by means of a scatter transformer, the no-load voltage. to understand its secondary winding.
When testing the switch, separate
Means used to determine the contact distance
To change the distance between the anchor and the core and the mechanical preload of the spring.
This is far too cumbersome for practice. The flexible wire 9 is sufficient as an adjusting means for series production of the switch.
The setting is done by having the free
The end of the wire is carefully moved up and down. This end can, after achieved
Setting to be cut shorter.
4 shows the circuit of a direct current system according to the invention. With respect to the circuit according to FIG. 3, the following is replaced: the choke coil 20 by a resistor 24 and a smaller choke coil 25 in series and the alternating current source 22 by a direct current source 26 of 220 volts. Furthermore, the ends of the glow electrode 17, which works as an anode, are connected to one another. The resistance of the heating circuit 24-25-7-6-18 was 300 Ohm, its self-induction 70 mH. The gluing time had to be at least 3 m / sec and at least 35%, preferably more than 45 or even 60% of the switching period. For practical reasons, a gluing time of more than 25 m / sec is no longer an option.
It was found that the heating current was approximately proportional to the square root of the sticking time: switching period ratio, which ratio is naturally always smaller than I. Since the switch always interrupts at full current strength in the case of direct current, the use of a capacitor in parallel with the contacts of the switch, preferably at the point indicated by 23, is desirable. The switches which gave good results in the AC circuit according to FIG. 3 could also be used with the same success in this DC system.
FIG. 5 shows an alternating current system according to the invention, in which the choke coil 20 according to FIG. 3 is replaced by a capacitor 27 and the choke coil 28 connected in series with it. When the capacitance of the capacitor exceeds the reactance of the reactor, the tube absorbs a leading current. This has the advantage that, when combined with a device according to FIG. 3, a favorable phase shift factor and significantly quieter light can be achieved. The system with a tube with a leading discharge current, in combination with the bimetallic relay customary up to now, required the use of an additional self-induction 29 to achieve a sufficiently high one
To achieve heating current.
It has now been found that when using an electromagnetic ignition switch according to the invention, the additional choke coil is unnecessary and that the
The tube still ignites more easily than in the
Circuit according to FIG. 3. The capacitance of the capacitor 27 was ut F, the self-induction of the
Choke coil 1. 2 H, the resistance of this choke coil and the glow electrodes together roughly
90 ohms.
It should be noted that the one filled only with Ar
Tube 19 represents a difficult-to-ignite tube.
It is about normal at room temperature
Low-pressure mercury vapor discharge tube with 2 mm Ar filling at an ambient temperature of 2 U C equivalent.
PATENT CLAIMS: l. Ignition and operating device for a
Gas discharge tube which, in series with a
Self-induction switched, bridged by an electromagnetic switch and provided with at least one glow electrode, which is accommodated in the bridging current branch, the excitation winding in parallel to the
Contacts of this switch switched {. t, characterized in that the switching period of the electromagnetic switch is shorter than 0.3 sec, preferably shorter than 0.1 sec and the sticking time is so large that the
Effective value of the heating current of the glow electrode
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