DE2417593A1

DE2417593A1 - Vorschaltgeraet fuer eine gasentladungslampe

Info

Publication number: DE2417593A1
Application number: DE2417593A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Nakai; Hiroshi Nishimura
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1973-04-13
Filing date: 1974-04-10
Publication date: 1974-11-07
Also published as: DE2417593B2; US3912969A; GB1464879A; NL7404869A

Description

Matsushita Electric Works, Ltd. -

Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe

Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für eine Gasentladungslampe mit einem Streutransformator, an dessen Sekundärwicklung eine Lampe oder Lampengruppe angeschlossen ist.

Normalerweise muß die Leerlaufspannung des Streutransformators höher als die Zündspannung der Gasentladungslampe gewählt werden, um eine sichere Zündung zu gewährleisten. Andererseits darf der innere Widerstand der Sekundärwicklung nicht zu groß sein, damit im Betrieb die Stromstärke nicht zu gering wird. Das bedeutet, daß der Wicklungsquerschnitt verhältnismäßig groß sein muß, wodurch der Platzbedarf, das Gewicht und der Preis des Vorschaltgerätes ungünstig beeinflußt

we_rden.

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Die in Anspruch 1 angegebene Erfindung hat die Aufgabe, die WindungszaM/iind den Windungsquerschnitt des Streutransformators bei dem erwähnten Vorschaltgerät herabzusetzen. Hierzu wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß bei Verbindung eines Kondensators mit der Sekündärseite eines Streutransformators die Leerlaufspannung ansteigt.

Demgemäß weist der erfindungsgemäße Streutransformator eine magnetisch mit der Sekundärwicklung gekoppelte Zusatzwicklung auf, an die ein Kondensator angeschlossen ist. Durch diese einfache Maßnahme läßt sich der Scheitelwert der Leerlaufspannung der Sekundärwicklung über die Zündspannung einer angeschlossenen Gasentladungsröhre anheben, obwohl das Wicklungsverhältnis von Sekundärwicklung und Primärwicklung an sich kleiner ist, als es dem Verhältnis von Zündspannung und Primärspannung entspricht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Hie%Ln zeigen:

Fig. 1 eine Gasentladungslampenanordnung bekannter Art;

Fig. 2 ein Ausführungsbeisp"iel der Erfindung;

Fig. 3 e±i anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

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Fig. /f ein erläuternde Diagramm; und

Fign. 5 bis 7 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.

In der bekannten Anordnung der Fig. 1 ist eine Wechselstromquelle 11 mit der Primärseite eines Streutransformators 12 verbunden, an dessen Sekundäreeite eine Gasentladungslampe 13 angeschlossen ist. Bei dieser Schaltung ist es erforderlich, daß die SekundärspannuHg Vp ^des Streutranäformators 12 im Leerlauf die Zündspannung der Gasentladungslampe 13 übersteigt. Wenn dann die Gasentladungslampe gezündet hat, erniedrigt sich infolge der Streueigenschaften des Transformators die Sekundärspannung so weit, daß die Gasentladungslampe 13 bei ihrer Brennspannung betrieben wird. Die Sekundärwicklung des Transformators zwischen den Punkten A und B muß also im Stande sein, einen ausreichenden Betriebsstrom zu liefern, d.h. sie muß eine entsprechende Drahtdicke aufweisen. Diese Sekundär* .wicklung mit großer Windungszahl und hohem Drahtquerschnitt verteuert den Streutransformatojp» erheblich und hat einen entsprechend großen Platzbedarf.

In der Schaltung der Fig. 2 ist diesem Nachteil abgeholfen. Der Streutransformator 1 besitzt hier drei Wicklungen 2, 3 und if. Die Primärwicklung 1+ ist an die Wechselspannungsquelle 5 angeschlossen. Zwischen

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den Klemmen O und B des Transformators 1 ist die Gasentladungslampe 6 angeschlosse, während zwischen den Klemmen A und B der Wicklung 2 ein Kondensator 7 liegt. Die Windungszahl zwischen den Klemmen A und B des Transformators 1 ist so gewählt, daß die Leerlaufspannung zwischen den Klemmen 0 und B niedriger als die Zündspannung der Gasentladungslampe 6 ist.

Wenn bei dieser Schaltung die Netzwechselspannungsquelle eingeschaltet wird, fließt infolge der in der Wicklung induzierten Spannung ein in der Phase voreilender Strom I durch den Kondensator 7 und die Wicklung 2, wodurch ein zusätzlicher Magnetfluß im Eisenkern der Wicklung 2 erzeugt wird. Dieser Magnetfluß hat im wesentlichen die gleiche Phase wie der im Eisenkern der Wicklung 3 erzeugte Magnetfluß und bewirkt ein Zunahme des letzteren. Dadurch steigt die Spannung Y zwischen den Klemmen O und B des Streutransformators 1 höher an als die Zündspannung der Lampe 6. Die Lampe 6 wird durch diese erhöhte Spannung gezündet und anschließend von der zwischen den Klemmen 0 und B zugeführten elektrischen Energie gespeist, so daß sie weiterbrennt.

Dank der Hilfsschaltung aus der Zusatzwicklung 2 und dem Kondensator 7 kann, wie erwähnt, die Windungszahl zwischen den Klemmen 0 und B des Streutransformators

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so gewählt werden, daß die Sekundärspannung V ohne Berücksichtigung des phasenvoreilenden Stromes I unterhalb der normalen Zündspannung der Gasentladungslampe liegt. Die Wicklung zwischen den Klemmen A und B dient andererseits nur zur' Bereitstellung des Zündimpulses und hat nur wenig Einfluß auf die Zuführung der' elektrischen Energie, wenn die Lampe 6 einmal brennt. Infolgedessen kann eine Wicklung mit geringem Drahtdurchmesser verwendet werden und das ganze Vorschaltgerät kann klein, leicht und billig gehalten werden.

Wenn die Spannung V zwischen 0 und B höher als die Wieder zündspannung der Gasentladungslampe 6 gewählt ist, benötigt man für die Wiederzündung die Spannungserhöhungsschaltung nicht. In diesem Falle kann also der Stromkreis mit dem Kondensator 7 nach dem Zünden der Lampe abgeschaltet werden. Liegt dagegen die Sekundärspannung V unter der Wiederzündspannung, aber selbstverständlich über der Brennspannung der Lampe 6, dann muß der Kreis mit dem Kondensator 7 dauernd eingeschaltet bleiben, um das Wiederzünden der Lampe zu ermöglichen.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 2 darin, daß der Streutransformator als sogenannter Transformator mit versteuertem Anstieg ausgebildet ist, worin der Eisenkern für die Sekundärwicklung t ei weise gesättigt ist. Fig. if zeigt die

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Sekundärspannung eines gewöhnlichen Transformators (Kurve A) und diejenige eines Transformators mit versteuertem Anstieg (Kurve B).

Der Streutransformator 1 in Fig. 3 hat eine Zusatzwicklung 2, die auf einem teilweise gesättigten Eisenkern sitzt, eine Sekundärwicklung 3 und eine Primärwicklung if, die an^ine Wechselspannungsquelle 5 angeschlossen ist. Zwischen den Klemmen A und B des Transformators 1 liegt die Gasentladungslampe 6, während zwischen den Klemmen A und B ein Zündkondensator·7 angeschlossen ist. Die Wicklungszahl zwischen den Klemmen 0 und B ist so gewählt, daß die Leerlaufspannung zwischen den Klemmen 0 und B kleiner als die normale Zündspannung der Gasentladungslampe 6, aber höher als die Brennspannung derselben ist.

Wenn im Betrieb die Wechselspannungsquelle 5 eingeschaltet wird, fließt in der Sekundärwicklung 3 eine Spannung mit der Grundschwingung, in der Zusatzwicklung eine verzerrte Spannung und im Zündkondensator 7 ein voreilender Strom I, der hauptsächlich Anteile der dritten Oberwelle aufweist. Durch diesen voreilenden Strom I wird ein neuer verzerrter Magnetfluß im Eisenkern der Wicklung 2 erzeugt. Die Komponenten der Grundschwingung und der dritten Oberschwingung, die diesen Magnetfluß bilden, haben im wesentlichen die gleiche

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Phase wie der im Eisenkern der Wicklung 3 erzeugte Magnet fluß und bewirken insgesamt eine Zunahme des' Magnetflusses im Eisenkern der Wicklung 3· Dadurch wird die Spannung V der Sekundärwicklung 3 moduliert und erhöht, wie es in Fig, if gezeigt ist. Nicht nur die Grundwelle, sondern auch die höheren Oberwellen werden also durch den Einfluß der Zusatzwicklung 2 in der Sekundärwicklung 3 induziert, so daß die Spannung V ansteigt. Durch diese Spannun^überhöhung wird die Amplitude der Spannung V größer als die normale Zündspannung der Lampe 6, so daß die Lampe zündet; daiaxfhin übernimmt die elektrische Energie an den Klemmen 0 und B den weiteren Betrieb der Lampe.

Durch den gleichphasigen Anteil der dritten Oberschwingung in dem Magnetfluß der Wicklung -3 ist die maximale Amplitude größer als bei Sinusschwingungen mit dem gleichen Effektivwert, wie sie im Falle eines gewöhnlichen Eisenkerns mit Luftspalt für die Zusatzwicklung auftreten. Durch diese Verzerrung wird die Zündung der Gasentladungslampe begünstigt.

Fig. 5 zeigt eine Anwendung des vorstehend auseinandergesetzten Prinzips auf eine flimmerfreie Lampenanordnung mit zwei Gasentladungslampen 6 und 8. Der als Streutransformator ausgebildete Netztransformator 1

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hat eine Wicklung 2 mit verhältnismäßig hoher Windungszahl, die auf einen Eisenkern mit teilweise gesättigter Charakteristik gewickelt ist, eine Wicklung 3 mit verhältnismäßig niedriger Windungszahl und eine gemeinsame Primä-rwicklung k> die an eine Spannungsquelle 5 angeschlossen ist. Die eine Lampe 6 ist über einen Phasenschieberkondensator 7 mit der Hochspannungswicklung 2 verbunden, so daß sich ein in der Phase voreilender Speisestromkreis für diese Gasentladungslampe ergibt. Die zweite Gasentladungslampe 8 ist an die Niederspannungswicklung 3 angeschlossen. Ein Zündkondensator

9 überbrückt die freien Enden der Wicklungen 2 und 3· In diesem Falle ist die Spannung V„ der Hochspannungswicklung 2 gegen Masse auf einen Wert eingestellt, der zur Zündung der Lampe 6 ausreicht. Die Spannung V, der Niederspannungswicklung 3 gegen Masse ist kleiner als die normale Zündspannung der Lampe 8, aber höher als deren Brennspannung.

Wenn die Wechselspannungsquelle 5 eingeschaltet wird, ergibt sich in der Wicklung 2 infolge der Sättigungs- . eigenschaft ihres Eisenkerns eine verzerrte Spannung, die hauptsächlich Komponenten der dritten Oberschwingung enthält. In der Wicklung 3» die auf einem normalen Eisenkern sitzt, wird eine Spannung mit der Grundschwingung induziert, über den Stromkreis, der von den Wicklungen

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2 und 3 und dem Kondensator 9 gebildet wird, fließt ein voreilender Strom in der höheren Oberschwingung, wodurch in den Eisenkernen der Wicklungen 2 und 3 ein Magnetfluß entsprechend einer verzerrten Schwingung erneut erzeugt wird. Die Komponenten der Grundschwingung und der dritten Oberschwingung, die diesen Magnetfluß bilden, haben weitgehend die gleiche Phase wie der im Eisenkern der Wicklung 2 erzeugte Magnetfluß und bewirken somit eine Verstärkung der Magnetisierung dieses Eisenkerns. Infolgedessen wird die Spannung V·. moduliert und überhöht. Es überlagern sich also nicht nur die Grundschwingungen, sondern auch die dritten Oberschwingungen in der Wicklung 3 und tragen zu der überhöhung der Spannung V^ bei. Durch diese Spannungsüberhöhung wird der Scheitelwert der Spannung V^ höher als die normale Zündspannung der Lampe 8. Die Lampe 8 zündet also, wird nach dem Zünden durch die von der Wicklung gelieferte elektrische Energie beherrscht und bleibt im Brennzustand. Da andererseits die Spannung V_e der phasenvoreüenden Wicklung 2 von vornherein ausreicht, um die Lampe 6 zu zünden, beginnt auch diese aufzuleuchten und bleibt im Brennzustand. Da die Spannung V-. nunmehr einen geringeren Wert als vorher hat, muß der Effektivwert der Spannung V_ des phasenvoreilenden Krei-

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ses herabgesetzt werden, um den Leistungsfaktor des ganzen Gerätes auf einem hohen Wert zu halten-. Da aber in der Äusführungsform der Fig. 5 die Wicklung 2 eine

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versteuerte Anstiegsfront hat, ergibt sich ein für die Zündung ausreichender Amplitudenwert der Spannung, die effektive Sekundärspannung wird herabgesetzt und man erhält ein Gerät zur flimmerfreien Beleuchtung mit hohem Leistungsfaktor.'

Da in dieser Ausführungsform der von der Wicklung 3 herrührende Anteil der Spannung VV durch die verstärkte Magnetisierung moduliert und überhöht wild, ist die Anzahl der Windungen der Wicklung 3 kleiner als bei den bekannten Geräten, so daß der ganze Streutransformator kleiner und leichter gebaut werden kann. Da ferner die Wicklung 2 mit teilweise gesättigter Charakteristik zur Speisung eines phasenvoreilenden Kreises verwendet wird, ergibt sich eine flimmerfreie Beleuchtungseinrichtung mit hohem Leistungsfaktor.

Auch hier ist es möglich, den Kondensator abzuschalten, wenn die Spannung V, so gewählt wird, daß sie die Wiederzündspannung der Gasentladungslampe 8 übersteigt. Dadurch können Störungen durch die gegenseitige Interferenz der den Kondensator 9 durchfließenden Ströme wegen der Phasendifferenz zwischen den Lampen 6 und 8 in der normalen Brennzeit vermieden werden.

Die Schaltung nach Fig. 6 entspricht derjenigen der Fig. 5, jedoch ist ein sogenanntes Triac-Halbleiter-

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element Io in Reihe mit dem Kondensator 9 geschaltet und über einen Trigger-Widerstand 11 mit Masse verbunden. Der Wert des Widerstandes 11 ist so gewählt, daß der Triac bei der Leerlaufspannung V^ leitet, bei brennender Lampe 8 aber gesperrt ist. Bevor die Lampe 8 also gezündet hat, leitet der Triac 1o; nach der Zündung verringert sich der Spannungsabfall am Widerstand 11, wodurch der Triac 1o abgeschaltet wird. Dadurch wird die Verbindung mit dem Zündkondensator 9 im Normalbetrieb unterbrochen.

Die Ausführungsform nach Fig. 7 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 5 darin, daß ein Beruhigungskondensator 9¹ zur Geräuschminderung parallel zur Lampe geschaltet ist. Dadurch werden nicht nur die von der Lampe 8 erzeugten Geräusche, sondern auch diejenigen von der Lampe 6 unterdrückt. Der Kondensator 9' könnte auch mit gleichem Erfilg parallel zur Lampe 6 gelegt werden.

Fig. 8 zeigt eine Betriebsschaltung für drei Gasentladungslampen. Der Streutransformator 1 hat eine erste Sekundärwicklung 2, die auf einen Eisenkern mit teilweise gesättigter Charakteristik gewickelt ist, eine zweite Sekundärwicklung 31 die auf einem normalen Eisenkern sitzt, und eine gemeinsame Primärwicklung Zf.

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Der Unterschied zu Fig. 5 besteht nur darin, daß statt einer Lampe 6 zwei· Lampen 6 und 6' in Serie über den Phasenschieberkondensator 7 an das freie Ende der Sekundärwicklung 2 und den Massenpol 0 angeschlossen sind. Die Spannung V_n zwischen den Klemmen A und 0 reicht

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aus, um die beiden in Serie geschalteten Lampen 6 und 6' zu zünden. Die Spannung VV zwischen dem freien Ende B der Sekundärwicklung 3 und dem Massenpol 0 ist größer als die Brennspannung der Lampe 8, aber kleiner als die Zündspannung derselben. Die Arbeitsweise ist die gleiche wie in Fig. 5. Es= kann auch wieder ein Seräuschminderungskondensator 9¹ wie in Fig. 7 vorgesehen sein. Durch die hierbei auftretende Spannungsteilung zwischen den Kondensatoren 9 und 9¹ wird im übrigen auch die Überhöhung der Spannung V·. für die Zündung der Lampe 8 weiter unterstützt. Statt der beiden in Serie geschalteten Lampen 6 und 6¹ kann auch eine lange Gasentladungslampe mit entsprechend höherer Betriebsspannung verwendet werden.

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Claims

PATENTANWALT Λ Z 4 I / O α Ο

DR. HEINRICH HERMELINK ^³
8Mündien60,ApoUowee9,Tei.8ii457· München, den 9. April

27/032 - Dr.Hk/rie

Matsushita Electric Works, Ltd.

Patentansprüche

ί 1 -/Vorschaltgerät für Gasentladungslampen mit einem Streutransformator, an dessen Sekundärwicklung eine oder mehrere Gasentladungslampen über ein Strombegrenzung sglied angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leerlaufspannung der Sekundärwicklung (3) nicht ausreicht, um die Zündung der Gasentladungslampe (6) zu bewirken und daß der Streutransformator (1) eine magnetisch mit der Sekundärwicklung (3) gekoppelte Zusatzwicklung (2) aufweist, an die ein phasenvoreilender Stromkreis (7) angeschlossen ist.

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwicklung (2) auf einen Eisenkern mit teilweise gesättigter Charakteristik aufgebracht ist.

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3· Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der phasenvoreilende Stromkreis von einem Kondensator i7) gebildet wird.

if. Vorschaltgerät nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß· eine Gasentladungslampe (6) und der Kondensator (7) in Reihe geschaltet sind und daß _ein zweiter Kondensator (9) und eine zweite Gasentladungslampe (8) in Beihe parallel der erstenReihenschaltung angeordnet sind.

5. Vorschaltgerät nach Anspruch if, gekennzeichnet durch einen zu einer der Gasentladungslampen parallelgeschalteten Kondensator (9¹)·

6. Vorschaltgerät nach Anspruch ^ oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die eine Reihenschaltung zwei Gasentladungslampen (6, 6¹) hintereinander enthält.

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