DE2138451C3 - Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Leuchtstofflampe mit einer Lampenstrom-Steuerwicklung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Leuchtstofflampe mit einer Lampenstrom-Steuerwicklung, einer Elektrodenvorheiz - Kompensationswicklung und einer Elektrodenheizwicklung, welche Wicklungen einen magnetischen Kreis bilden, der in der ersten Stellung, der Start- oder Vorheizstellung, die Elektrodenvorheiz-Kompensationswicklung zwischen die Elektroden schaltet und in der zweiten Stellung, der Arbeitsstellung, diese Wicklung aus dem Kreis herausschaltet.

Bekannte Schaltungsanordnungen dieser Art sind Gleichhochimpedanz-Hochleistungsausgangsschaltungen oder gewöhnliche Hochimpedanz-Kathodenwicklungsschaltungen. Bei diesen treten hohe Rückschlagenergien beim Starten auf, die einen erhöhten Kathodenabbau bewirken. Durch den auch im Betriebszustand vorhandenen Kathodenabbau ist somit die Lebensdauer der in die bekannten Schaltungsanordnungen eingesetzten Leuchtstofflampen relativ gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kathodenabbau durch die Vermeidung zu hoher RückschJagenergien beim Starten herabzusetzen, um daduich eine maximale Ausgangsleistung der Schaltungsanordnung zu erhalten.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der magnetische Kreis zwei Außenschenkel und einen Mittelschenkel aufweist, wobei jeder Außenschenkel mit je einer Lampenstrom-Steuerwicklung versehen ist, deren magnetische Flüsse im Mittelschenkel einander entgegengerichtet sind, wobei die beiden Kathodenheizwicklungen in entgegengesetzter Richtung zu der Lampenstrom-Steuerwicklung gewickelt sind. Dadurch wird ein Niederimpedanz-Kathodenheizsystem geschaffen, bei dem nur geringe Rückschlagenergien beim Starten und damit nur ein geringer Kathodenabbau beim Starten auftreten. Gleichzeitig wird eine maximale Ausgangsleistung erhalten.

Es ist bei Versuchen mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung festgestellt worden, daß diese durch eine Elektrodenheizwicklung mit niedriger Eigenimpedanz eine Kathodenheizspannung liefert, die gegenüber einem Lampenstrom um 90° phasenverschoben und auf eine optimale Heizspannung einstellbar ist, die dem Fall entspricht, bei dem die Kathodenheizspannung etwa 3 V beträgt. Hierdurch wird, wie es die Versuche gezeigt haben, im Vergleich zu herkömmlichen gleich hohen Impedanzen eine Herabsetzung des Kathodenabbaus durch den Kathodenheizeffekt um etwa 30% erreicht. Die Verringerung des Kathodenabbaus wird nicht nur durch den Kathodenheizeffekt während des Betriebszustandes erreicht, sondern auch durch Unterdrückung des Kathodenabbaus während des Startvorganges.

In der Phase, in welcher die Kathoden durch eine Spannung vorgeheizt werden, wird jeder größere Spannungsstoß, der in dem Augenblick induziert wird, in dem der Starter öffnet, absorbiert und unterdrückt, da der Kathodenvorheizkreis einen geschlossenen Sekundärkreis bildet. Die Vorheizspannung für die Kathoden ist optimal zu bemessen; andernfalls kann es passieren, daß die Spannungsquelle einen größeren Vorheizstrom auslöst, wenn der Widerstand des Kathodenheizfadens durch den Kathodenlichtbogen kurzgeschlossen wird, bevor die Temperatur der Kathode ihren vollen Wert erreicht hat. Im Falle der Verwendung einer Stromquelle ist die Vorheizstrom-Kompensationswicklung additiv gepolt. Auf diese Weise wird jeder größere Spannungsstoß unterdrückt, und der optimale Vorheizstrom wird von der Vorheizstrom-Kompensationswicklung geliefert. Der durch die Fluktuation der Speisespannung bedingte Anstieg der Kathodenverdampfung wird dadurch vermindert, daß die Kathodenvorheizung von der Sättigung des magnetischen Pfades unabhängig macht wird, was bei beiden Ausführungsformen der Erfindung der Fall ist. Der magnetische Kreis, dessen Kern in einfacher Weise aus zwei gegenüberliegenden E-förmigen Teilkernen aufgebaut ist, hat den Vorteil, daß er einen Ballastwiderstand schafft, der ein minimales Geräusch aufweist da bei dieser Ausruhrungsform des Hochleistungsschaltkreises die Kapazität des Ballastwiderstandes für das Zwei- bis Dreifache des Lampenstro-

mes ausreichL Darüber hinaus werden durch diesen Aufbau die Kosten klein gehalten, was einen weiteren praktischen Vorteil darstellt.

Die eingangs aufgestellten Forderungen für die Kleinhaltun« des Kathodenabbaues werden durch die Schaltungsanordnung nach der Erfindung erfüllt. Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung verwendet gewöhnliche magnetische Kreise und Steuereinrichtungen für den Lampenstrom. Auf dem magnetischen Kern sind Kathodenheizwicklungen und eine Kathoden-Vorheiz-Kompensationswicklung aufgewickelt Eine Kontrolleinrichtung für den Lampenstrom kann aus weiteren auf dem magnetischen Kern befindlichen Wicklungen bestehen. Geeignete Schaltmittel schalten die Kompensationswicklung während der Vorheizphase an die Lampe und schalten sie während der Arbeitsphase von der Lampe ab.

In der Ausführungsform der Erfindung, in der alle Wicklungen auf einen Schenkel gewickelt sind, sind die Kathodenheizwicklungen in entgegengesetzter Richtung gewickelt wie die Lampenstrom-Steuerwicklung und die Vorheizstrom-Kompensationswicklung. Während der Vorheizphase sind alle Wicklungen mittels zweier Handschalter in Reihe mit den Kathoden der Leuchtstofflampe geschaltet. Während der Arbeitsphase der Lampe schalten die Schalter die Kompensationswicklung ab und schalten die Kathodenheizwicklungen an jeweils eine der Kathoden an.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 den Aufbau des magnetischen Kreises in dem Schaltbild nach F i g. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild, das ein weiteres Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung darstellt.

Der Schaltkreis in F i g. 1 ist eine Ausführungsform der Erfindung bei Anwendung eines Glimmstartersystems. Wie es Fig. 2 zeigt, ist ein magnetischer Kreis vorhanden, dessen Kern aus zwei einander gegenüberliegenden E-förmigen Teil kernen E₁ und E„ besteht. Eine Steuerwicklung für den Lampenstroni ist in zwei Teilwicklungen N₁ und N₂ unterteilt, von denen sich die eine auf dem linken Schenkel 1 und die andere auf dem rechten Schenkel 2 des Kernes befindet. Auf dem mittleren Schenkel 3 befinden sich beide Kathodenheizwicklungen N₁₁ und N_{t 2} und eine Kompensationswicklung N₃ für die Vorheizung der Kathoden. Wie Fig. 1 zugt, ist das eine Ende der Steuerwicklung N₁ mit dem einen Ende α des Kathodenheizfadens 5 der Leuchtstofflampe 4 verbunden und das eine Ende der Steuerwicklung N₂ mit dem einen Ende c des Kathodenheizfadens 6. Ferner ist zwischen je einem Ende der beiden Kathodenheizfäden, und zwar zwischen den Enden α und c eine Kompensationswicklung N₃ in Reihe mit einem Glimmstarterschalter geschaltet. Die beiden Enden α und b der Heizwicklung N_f, sind an die Kathoden 5 angeschlossen, und die beiden Enden c und d der Heizwicklung N₁₂ sind an die Kathode 6 angeschlossen. Die anderen Enden der Windungen N₁ und /V₂ sind an die Wechselsiromquelle S angeschlossen.

Die Arbeitsweise des Erfindungsgegenstandes soll nunmehr erklärt werden, und zwar zuerst für die Zeit, in der die Lampe in Betrieb ist und sodann für die Zeit, in der die Lampe vorgeheizt wird.

Während die Lampe in Betrieb ist, ist die Kompensationswicklung N₃ wirkungslos, da der Glimmsis rtf.rschalter 7 offen ist. Durch die Steuerwicklung N₁ wird ein magnetischer Fluß F₁ erzeugt, der in F i g. 2 durch die veil ausgezogene Linie dargestellt ist Dieser Flui · ist dem von der Steuerwindung M, erzeugten, und in F i g. 2 gestrichelt dargestellten Fluß F, im mittleren Schenkel 3 entgegengerichtet und in den beiden äuß: ren Schenkeln 1 und 2 gleichgerichtet. In diese .: Falle ist der mit den Kathodenheizwicklungen N₁₁ und N,.₂ verknüpfte Fluß auf einen gewünschten Wert festgesetzt durch die Wahl einer geeigneten Kombination der Windungszahlen der Steuerwicklungen .V₁ und N₂ und durch die Abmessungen des Kernes, wobei die Luftspalte zwischen den sich gegenüberliegenden Teilen eines jeden Schenkels des Kernes, der Querschnitt eines jeden magnetischen Ptades, die- Länge des magnetischen Pfades usw. eine Rolle spielen. Der Grund für die Herabsetzung der Flußdichte im Mittelschenkel 3 durch den entgegengerichteten Verlauf der Flüsse besteht darin, daß andernfalls in einem solchen System bei Heizung der Kathoden während der Betriebsphase der Lampe mittels auf einem gewöhnlichen magnetischen Kern befindlicher Steuerwicklungen /V₁, N₂ ein ausreichender Fluß während der Verheizphase kaum erreichbar wäre und der Eingangsstrom während der Vorheizphase sehr groß werden würde, was die Wirtschaftlichkeit der Anlage merklich herabsetzen würde.

Während der Vorheizphase, in der der Starter 7 geschlossen ist, fließt ein Eingangsstrom für die Vorheizung über die Stromsteuerwicklung N₁ der Lampe, die Kathodenvorheiz-Kompensationswicklung /V., und die Stromsteuerwicklung /V., der Lampe, wodurch eine Kathodenvorheizspannung in die Kathodenvorheizwicklungen N₁₁ und N₁., induziert wird. Die von den Steuerwindungen N₁ und N., erzeugten Flüsse wirken auch in diesem Falle auf dem mittleren Schenkel einander entgegen, jedoch überlagert sich der Fluß F₃, der in der F i g. 2 in strichpunktierter Linie dargestellt ist und der von der Kompensationswicklung/V₃ erzeugt wird, den früheren Flüssen. Dieser zusätzliche Fluß F₃ induziert eine ausreichende Vorheizspannung, die einen Eingangsstrom für die Vorheizung erzeugt, der mit dem Lampenstrom während der Betriebsphase vergleichbar ist. Auf diese Weise wird ein ökonomischer Gebrauch der Ballastkapazität möglich.

Wie oben beschrieben, wird durch die Erfindung mittels eines wirtschaftlichen Aufbaues d-;s magnetischen Kreises eine ausreichende Kathodenvorheizspannung und Kathodenheizspannung zur Verfügung gestellt. Sowohl die Kathodenheizspannung wie auch die Vorheizspannung werden auf einen gewünschten optimalen Wert eingestellt. Während der Betriebspliase der Lampe sind die in den Kathodenheizwicklungen Nf, und N₁ ., induzierten Kathodenheizspannungen um 90° gegen den Lampenstrom verschoben. Da die Reluktanz des mittleren Schenkels niedrig im Vergleich zu den Reluktanzen des rechten und linken Schenkels gewählt ist, was im Gegensatz zu dem Aufbau eines Streupfades eines sogenannten Streutransformators steht, wird die Reiheninduktanz der Heizwicklung sehr klein, wodurch ein Kreis mit einer niedrigen inneren impedanz geschaffen wird und somit gute Zweigcharakteristiken erreicht werden.

Die Schaltung nach Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung in Anwendung auf einen von Hand zu betätigenden Starter. In Fi g. 3 befinden sich auf demselben magnetischen Kern 12 eine Lam-

penstrom-Steuerwicklung 8, Wicklungen 9 und 10 für erste Position, in der sie mit den festen Kontakten 22 die Heizung der Kathoden und eine Justierwicklung und 23 verbunden sind, umgeschaltet. In diesem Falle 11 für den Vorheizstrom. Es sind zwei Schalter 13 fließt ein Strom von der Spannungsquelle 18 durch die und 14 vorgesehen, deren Schaltarme 20 und 21 me- Wicklung 8, die Parallelschaltung aus der Wicklung 9 chanisch miteinander gekoppelt sind und die dazu 5 und der Kathode 17, die Leuchtstofflampe 15, die dienen, die Verbindungen zwischen den Wicklungen Parallelschaltung aus der Kathode 16 und der Wick-8, 9, 10 und 11 mit den Kathoden 16 und 17 der lung 10 und über den Schalter 19 zurück zur Span-Leuchtstofflampe 15 herzustellen. In der in F i g. 3 nungsquelle 18, der der Strom für den Arbeitskreis dargestellten ersten Stellung der Schaltarme 20 und 21 entnommen wird. Es ist zu beachten, daß die Katholiegen diese auf den festen Kontakten 22 und 23 und io denheizwicklungen 9 und 10 in der Weise auf den verbinden somit ein Ende der Wicklung 9 mit der Kern gewickelt sind, daß sie der Lampenstrom-Kathode 17 und ein Ende der Wicklung 10 mit der Steuerwicklung 8 entgegenwirken.
Kathode 16. Die Schaltarme 20 und 21 können in Da die Kathodenheizwicklungen im subtrahiereneine zweite Position, nämlich in Kontakt mit den den Sinne zu der Lampenstrom-Kontrollwicklung 8 festen Kontakten 24 und 25, geschaltet werden und 15 geschaltet sind, reduzieren die Induktivitäten der verbinden dann die gegenüberliegenden Enden der Wicklungen 8 und 10 die Induktivität der Lampen-Wicklung 11 mit der Kathode 17 bzw. 16. Die Lam- strom-Steuerwicklung 8, so daß die zur Aufrechterpenstrom-Steuerwicklung 8 ist mit ihrem einen Ende haltung eines bestimmten Lampenstromes erforderan die Spannungsquelle 18 angeschlossen und mit liehe Windungszahl der Wicklung 8 bedeutend größer ihrem anderen Ende an die Kathodenheizwicklung 9 ao ist im Vergleich zu dem Falle, in dem die Kathoden- und den festen Kontakt 22 des Schalters 13. Die heizwicklungen in additivem Sinne geschaltet sind. Enden der Kathode 17 sind über den Schalter 13 mit Der Forderung, daß die Kathodenheizspannung genau den beiden Enden der Kathodenheizwicklung 9 ver- 90° gegenüber dem Lampenstrom verschoben sein bunden, während die beiden Enden der anderen soll, wird dabei genügt und ein Gleichgewicht des Kathode 16 über den Schalter 14 mit den beiden 25 Kathodenansatzpunktes (Brennfleck) erreicht.
Enden der Kathodenheizwicklung 10 verbunden sind. Da während der Vorheizphase gemäß der Erfin-Das Ende der Kathodenheizwicklung 10, das an den dung alle Wicklungen wie eine einzige Spulenwick-Schalter 14 angeschlossen ist, ist gleichzeitig über den lung in Reihe geschaltet sind und die Schalterstart-Hauptschalter 19 an die Spannungsquelle 18 ange- methode angewendet wird, wird ein zuverlässiger schlossen. 30 Start der Lampe erreicht. Darüber hinaus sind die Wenn in dem obigen Schaltkreis der Hauptschalter Kathodenheizwicklungen im subtrahierenden Sinne in 19 eingeschaltet ist und die Schaltarme 20 und 21 der bezug auf die Lampenstrom-Steuerwicklung geschal-Schalter 13 und 14 mit den festen Kontakten 24 und tet und können den Kathodenansatzpunkt während 25 verbunden sind, fließt ein Strom von der Span- der Heizung der Kathoden im Gleichgewicht halten, nungsquelle 18 durch Wicklung 8, Wicklung 9, Ka- 35 Daher kann eine höhere Ausgangsleistung oder eine thode 17, Schalter 13, Wicklung 11, Schalter 14, Ka- längere Lebensdauer erreicht werden, als dies bei den thode 16, Wicklung 10 und über den Schalter 19 zu- bekannten Systemen mit gleich großer Impedanz der rück zur Spannungsquelle 18. Jede Wicklung 8, 9,11 Fall ist. Alle vier Wicklungen können auf demselben und 10 wird in der Schaltung wie eine einzige Drossel- magnetischen Kern aufgebracht werden, wodurch ein spule in Reihe geschaltet, und auf diese Weise wird 40 billigerer Beleuchtungsapparat geschaffen wird, als eine gewöhnliche Vorheizschaltung des Schalterstart- dies bei den Systemen mit gleich großer Impedanz typus geschaffen. Nachdem die Kathoden, wie eben möglich ist. Der so geschaffene Beleuchtungsapparat beschrieben, vorgeheizt worden sind, werden die für hohe Ausgangsleistungen ist besonders geeignet Schaltarme 20 und 21 der Schalter 13 und 14 in ihre für Pult-Leuchtstofflampen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Leuchtstofflampe mit einer Lampenstrom-Steuerwicklung, einer Elektrodenvorheiz-Kompensationswicklung und einer Elektrodenheizwicklung, welche Wicklungen einen magnetischen Kreis bilden, der in der ersten Stellung, der Start- oder Vorheizstellung, die Elektrodenvorheiz-Kompensationswicklung zwischen die Elektroden schaltet und in der zweiten Stellung, der Arbeitsstellung, diese Wicklung aus dem Kreis herausschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis zwei Außenscheakel (1, 2) und einen Mittelschenkel (3) aufweist, wobei jeder Außenschenkel mit je einer Lampenstrom-Steuerwicklung (N₁, N₂) versehen ist, deren magnetische Flüsse (F₁, F₂) im Mittelschenkel (3) einander entgegengerichtet sind, wobei die beiden Katho- ao denheizwicklungen (9, 10) in entgegengesetzter Richtung zu der Lampenstrom-Steuerwicklung (8) gewickelt sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenheizwicklungen, eine Lampenstrom-Steuerwicklung (N₁, N₂) und eine Kathodenvorheiz-Kompensationswicklung (N₃) alle auf denselben magnetischen Kern gewickelt sind, und daß beim Vorheizen alle Wicklungen hintereinandergeschaltet und im Betrieb die Kathodenvorheiz-Kompensationswicklung aus den Kreis ausgeschlossen wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kern aus zwei sich gegenüberliegenden E-förmigen Teilkernen besteht (F i g. 2).

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenvorheiz-Kompensationswicklung (N₃) in gleichem Sinne wie die Lampenstrom-Steuerwicklung (8) gewickelt ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Arbeitsphase der Lampe (4, 15) die Kathodenheizspannung um 90° gegenüber dem Lampenstrom verschoben ist.