DE2417593C3 - Vorschaltgerät für Gasentladungslampen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für Gasentladungslampen mit einem Streufeldtransformator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Normalerweise muß bei Vorschaltgeräten mit Streufeldtransformator die Leerlaufspannung des Streufeldtransformators höher als die Zündspannung der Gasentladungslampe gewählt werden, um eine sichere Zündung zu gewährleisten. Der innere Widerstand der Sekundärwicklung darf aber nicht zu groß sein, damit im Betrieb die Stromstärke nicht zu gering wird. Das bedeutet, daß der Wicklungsquerschnitt verhältnismäßig groß sein muß, wodurch Platzbedarf, Gewicht und Preis des Vorschaltgerätes ungünstig beeinflußt werden. Andererseits sind Vorschaltgeräte für Gasentladungslampen bekannt, bei denen die Sekundärwicklung eines Transformators so bemessen ist, daß ihre Leerlaufspannung nicht ausreicht, um die Zündung der Gasentladungslampe zu bewirken.

An die Sekundärwicklung sind eine oder mehrere Gasentladungslampen über ein Strombegrenzungsglied angeschlossen und es sind Mittel vorhanden, welche durch Überlagerung einer zusätzlich induzierten Spannung die Zündspannungen liefern. Zur Erzeugung dieser Zusatzspannung kann beispielsweise eine magnetisch mit der Sekundärwicklung des Streufeldtransformators gekoppelte Zusatzwicklung dienen, die zusätzlich zu der Sekundärwicklung über einen Kondensator an die Gasentladungslampe^) angeschlossen ist (GB-PS 02 772).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem Streufeldtransformator geringen Windungsquerschnitts und geringer Windungszahl auszukommen und trotzdem eine sichere Zündung der Gasentladungslampe^) S zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zusatzwicklung auf einen Außenkern mil teilweise gesättigter Charakteristik aufgebracht ist Durch die teilweise gesättigte Charakteristik wird in

ίο bekannter Weise ein versteuerter Anstieg des Magnetflusses im Vergleich zu Sinusschwingungen mit dem gleichen Effektivwert der Wechselspannung erreicht, wodurch die maximale Amplitude größer wird als bei Sinusschwingungen, wie sie im Falle eines gewöhnlichen Eisenkerns mit Luftspalt für die Zusatzwicklung auftreten. Durch diese Verzerrung wird die Zündung der Gasentladungslampe begünstigt

In den normalen Betriebsschaltungen für Gasentla-. dungslampen kann ein solcher Transformator mit versteuertem Anstieg nicht verwendet werden. Wenn nämlich die Spannung der voreilenden Phase herabgesetzt wird, um die Vorteile des versteuerten Anstiegs auszunützen, ergibt sich ein schädlicher nacheilender Phasenwinkel. Wenn andererseits die Spannung der nacheilenden Phase so gewählt wird, daß der nacheilende Phasenwinkel kompensiert wird, sind die Belastungsschwankungen auf der Seite der nacheilenden Phase so groß, daß die Anordnung praktisch nicht verwendbar ist. Der Einsatz eines Transformators mit versteuertem

jo Anstieg bringt also in den normalen Lampenbetriebsschaltungen keinen Vorteil.

Dagegen wurde festgestellt, daß in der oben geschilderten Schaltung ein Eisenkern mit versteuertem Anstieg erhebliche Vorteile bringt, weil hier der phasenvoreilende Kondensator an beide Enden der zusätzlichen Sekundärwicklung angeschlossen ist, die nicht in die nacheilende Lampenphase einbezogen ist. Wenn der Eisenkern, auf dem diese Zusatzwicklung sitzt, teilweise gesättigt ausgebildet ist, wird die Zündung der Gasentladungslampe erleichtert, ohne daß ein nachteiliger Einfluß auf die nacheilende Phase ausgeübt wird.

Dieser Vorteil macht sich besonders bei Betriebsschaltungen mit zwei Gasentladungslampen für soge- nannten flimmerfreien Betrieb bemerkbar. Hier kann durch den Einsatz des teilweise gesättigten Eisenkerns bis auf die phasenvoreilende Zusatzwicklung eine erhebliche Leistungseinsparung bei gutetn Phasenwinkel erreicht werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Hierin zeigen

F i g. 1 und 2 Gasentladungslampenanordnungen bekannter Art,

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, F i g. 4 ein erläuterndes Diagramm, und

F i g. 5 bis 7 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.

In der bekannten Anordnung der F i g. 1 ist eine Wechselstromquelle U mit der Primärseite eines Streutransformators 12 verbunden, an dessen Sekundärseite eine Gasentladungslampe 13 angeschlossen ist. Bei dieser Schaltung ist es erforderlich, daß die Sekundärspannung U₂ des Streutransformators 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 Sekundärwicklung mit großer s Windungszahl und hohem Drahtquerschnitt verteuert den Streutransformator 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 4. Die Primärwicklung 4 ist an die Wechselspaimungsquelle 5 angeschlossen. Zwischen den Klemmen 0 und B des Transformators 1 ist die Gasentladungslampe 6 angeschlossen, während zwischen den Klemmen A und B der Wicklung 2 ein Kondensator 7 liegt. Die Windungszahl zwischen den Klemmen 0 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 zo

Wenn bei dieser Schaltung die Netzwechselspannungsquelle eingeschaltet wird, fließt infoige der in der Wicklung 2 induzierten Spannung ein in der Phase voreilender Strom / 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 LJ 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 O 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 O und B des Streutransformators 1 so gewählt werden, daß die Sekundärspannung U ohne Berücksichtigung des phasenvoreilenden Stromes / unterhalb der normalen Zündspannung der Gasentladungslampe 6 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 U zwischen O und B (wie in Fig. 1) höher als die Wiederzündspannung 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 U 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 F i g. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 2 darin, daß der Streutransformator als sogenannter Transformator mit nicht linearem steilerem Anstieg ausgebildet ist, worin der Eisenkern für die Sekundärwicklung teilweise gesättigt ist Fig.4 zeigt die Sekundärspannung eines gewöhnlichen Transformators (Kurve A) und diejenige eines Transformators mit nichtlinearem steilerem Anstieg (Kurve B).

Der Streutransforrnator 1 in F i g. 3 hat eine Zusatzwicklung 2, die auf einem teilweise gesättigten Eisenkern sitzt eine Sekundärwicklung 3 und eine Primärwicklung 4, die an eine Wechselspannungsquelle 5 angeschlossen ist Zwischen den Klemmen O und ßdes Transformators 1 liegt die Gasentladungslampe 6, während zwischen dien Klemmen A und B ein Zündkondensator 7 angeschlossen ist Die Wicklungszahl zwischen den Klemmen O und B ist so gewählt, daß die Leerlaufspannung zwischen den Klemmen O und B kleiner als die normale Zündspannung der Gasentladungslampe 6, aber höher als ihre Brennspannung ist

Wenn im Betrieb die Wechselspannungsquelle 5 eingeschaltet wird, fließt in der Sekundärwicklung 3 eine Spannung mit der Grundschwingung, in der Zusatzwicklung 2 eine verzerrte Spannung und im Zündkondensator 7 ein voreilender Strom /, der hauptsächlich Anteile der dritten Harmonischen aufweist. Durch diesen voreilenden Strom / wird ein neuer verzerrter Magnetfluß im Eisenkern der Wicklung 2 erzeugt. Die Komponenten der Grundschwingung und der dritten Harmonischen, die diesen Magnetfluß bilden, haben im wesentlichen die gleiche Phase wie der im Eisenkern der Wicklung 3 erzeugte Magnetfluß und bewirken insgesamt eine Zunahme des Magnetflusses im Eisenkern der Wicklung 3. Dadurch wird die Spannung i7der Sekundärwicklung 3 moduliert und erhöht, wie es in Fig.4 gezeigt ist. Nicht nur die Grundwelle, sondern auch die höheren Harmonischen werden also durch den Einfluß der Zusatzwicklung 2 in der Sekundärwicklung 3 induziert, so daß die Spannung U ansteigt. Durch diese Spannungsüberhöhung wird die Amplitude der Spannung U größer als die normale Zündspannung der Lampe 6, so daß die Lampe zündet; daraufhin übernimmt die elektrische Energie an den Klemmen O und Öden weiteren Betrieb der Lampe.

Durch den gleichphasigen Anteil der dritten Harmonischen 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 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 Primärwicklung 4, 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 angeschlosssen. Ein Zündkondensator 9 überbrückt die freien Enden der Wicklungen 2 und 3. In diesem Falle ist die Spannung Ui der Hochspannungswicklung 2 gegen Masse auf einen Wert eingestellt, der zur Zündung der Lampe 6 ausreicht. Die Spannung Ub 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 Sättigungseigenschaft ihres Eisenkerns eine verzerrte Spannung, die hauptsächlich Komponenten der dritten Harmonischen 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 2 und 3 und dem Kondensator 9 gebildet wird, fließt ein voreilender Strom in der höheren Harmonischen, 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 Harmonischen, 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 Ub moduliert und überhöht. Es überlagern sich also nicht nur die x> Grundschwingungen, sondern auch die dritten Harmonischen in der Wicklung 3 und tragen zu der Überhöhung der Spannung Lk bei. Durch diese Spannungsüberhöhung wird der Scheitelwert der Spannung Ub höher als die normale Zündspannung der ij Lampe 8. Die Lampe 8 zündet also, wird nach dem Zünden durch die von der Wicklung 3 gelieferte elektrische Energie beherrscht und bleibt im Brennzustand. Da andererseits die Spannung U_a der phasenvoreilenden Wicklung 2 von vornherein ausreicht, um die Lampe 6 zu zünden, beginnt auch diese aufzuleuchten und bleibt im Brennzustand. Da die Spannung Ub nunmehr einen geringeren Wert als vorher hat, muß der Effektivwert der Spannung U, des phasenvoreiienden Kreises herabgesetzt werden, um den Leistungsfaktor des ganzen Gerätes auf einem hohen Wert zu halten. Da aber in der Ausführungsform der F i g. 5 die Wicklung 2 eine nichtlinear steilere 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 Ub durch die verstärkte Magnetisierung moduliert und überhöht wird ist die Anzahl der Windungen der Wicklung 3 kleiner als bei den bekannten Geräten, so daß der ganze Streutransformator 1 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 Ub 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 F i g. 6 entspricht derjenigen der Fig.5, jedoch ist ein sogenanntes Triac-Halbleiterbauteil 10 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 Ub leitet, bei brennender Lampe 8 aber gesperrt ist. Bevor die Lampe 8 also gezündet hat, ieitet der Triac 10; nach der Zündung verringert sich der Spannungsabfall am Widerstand 11, wodurch der Triac 10 abgeschaltet wird. Dadurch wird die Verbindung mit dem Zündkondensator 9 im Normalbetrieb unterbrochen.

Die Ausführungsform nach F i g. 7 unterscheidet sich von derjenigen nach F i g. 5 darin, daß ein Beruhigungskondensator 9' zur Geräuschminderung parallel zur Lampe 8 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 Erfolg parallel zur Lampe 6 gelegt werden.

F i g. 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 3, die auf einem normalen Eisenkern sitzt, und eine gemeinsame Primärwicklung 4.

Der Unterschied zu F i g. 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 Massepol 0 angeschlossen sind. Die Spannung U₁ zwischen den Klemmen A und 0 reicht aus, um die beiden in Serie geschalteten Lampen 6 und 6' zu zünden. Die Spannung Ub zwischen dem freien Ende β der Sekundärwicklung 3 und dem Massepol 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 Geräuschminderungskondensator 9' wie in Fig.7 vorgesehen sein. Durch die hierbei auftretende Spannungsteilung zwischen den Kondensatoren 9 und 9' wird im übrigen auch die Überhöhung der Spannung Ub für die Zündung der Lampe 8 weiter unterstützt Statt der beiden in Serie geschalteten Lampen 6 und 6' kann auch eine lange Gasentladungslampe mit entsprechend höherer Betriebsspannung verwendet werden.

Hierzu 4 Blaff Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorschaltgerät für Gasentladungslampen mit einem Streufeldtransformator, an dessen Sekundärwicklung, die so bemessen ist, daß ihre Leerlaufspannung nicht ausreicht, um die Zündung der Gasentladungslampe zu bewirken, eine oder mehrere Gasentladungslampen über ein Strombegrenzungsglied angeschlossen sind und mit Mitteln, die die Zündspannung durch Oberlagerung einer zusätzlich induzierten Spannung liefern, wobei der Streufeldtransformator eine magnetisch mit der Sekundärwicklung gekoppelte Zusatzwicklung aufweist, die zusätzlich zu der Sekundärwicklung über einen Kondensator an die Gasentladungslampe^) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwicklung (2) auf einen Eisenkern mit teilweise gesättigter Charakteristik aufgebracht ist

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zusatzwicklung (2) des Streufeldtransformators (1) ein erster Kondensator (7) mit einer ersten Gasentladungslampe (6) in Reihe geschaltet und parallel dazu ein zweiter Kondensator (9) mit einer zweiten Gasentladungslampe (8) in Reihe geschaltet angeschlossen sind, wobei die Sekundärwicklung (3) die zweite Gasentladungslampe (8) unmittelbar speist.

3. Vorschaltgerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zu einer der Gasentladungslampen parallelgeschalteten Kondensator (9').

4. Vorschaltgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Reihenschaltung zwei Gasentladungslampen (6,6') hintereinander enthält.