DE3047030C2

DE3047030C2 - Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Gasentladungslampe an einer Wechselspannung mit einer Frequenz von mehr als 15 000 Hz

Info

Publication number: DE3047030C2
Application number: DE3047030A
Authority: DE
Inventors: Victor David Burnt Hills New York Roberts
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-12-17
Filing date: 1980-12-13
Publication date: 1983-11-24
Also published as: FR2472266B1; JPS5693297A; KR840002365B1; BR8008382A; FR2472266A1; KR830004668A; DE3047030A1; JPS587030B2; GB2066559A; GB2066559B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Gasentladungslampe, deren Lampenkolben an den Enden mit Elektroden versehen ist, die an ein Vorschaltgerät angeschlossen sind, das eine Wechselspannung mit einer Frequenz von mehr als 15000 Hz liefert. Eine derartige Schaltungsanordnung ist z. B. aus der US-PS 40 42 852 bekannt.

Es ist bekannt, daß die Gewichts- und Materialer fordernisse des Vorschaltgerätes beträchtlich verringert werden können, wenn die Lampe bei Frequenzen über 15000 Hz betrieben wird. Es hat sich auch gezeigt, daß dieser Betrieb eine größere Lichtausbeute der Lampe ergibt. Es ist jedoch auch bekannt, daß Lampen, die bei so hohen Frequenzen arbeiten, d. h. bei Frequenzen über 15000 Hz, eine elektromagnetische Störung erzeugen können, die potentiell in der Lage ist, den Rundfunk- und Fernsehempfang zu stören. Wenn die Grundfrequenz eines elektronischen Umrichtervorschaltgerätes unter dem AM-Rundfunkband (535 kHz bis 1605 kHz) liegt, wird das größte Störungsproblem durch das Magnetfeld verursacht, welches durch das Lampe/Vorschaltgerät-System abgestrahlt wird. Das elektrische Feld bringt ein geringeres Störungsproblem mil sich, da AM-Heimrundfunkempfänger der im allgemeinen benutzten Art so ausgelegt sind, daß sie auf die Magnetfeldkomponentc einer elektromagnetischen Welle ansprechen und für die elektrische Feldkomponente relativ unempfindlich sind. Die Magnetfeldabstrahlung wird durch elektrische Ströme erzeugt, die in Leitern fließen, und insbesondere bei Verwendung von Entladungslampen mit ringförmigen Lampenkolben, an die hier gedacht ist, wird die Magnetfeldabstrahlung durch den Strom erzeugt, der in der Entladungslampe selbst fließt. Die Stärke des abgestrahlten Magnetfeldes ist zu dem in dem Stromkreis fließenden Strom multipliziert mit dem Flächeninhalt der Stromschlcife proportional. Diese Größe wird im allgemeinen als magnetisches Moment bezeichnet.

Die Abstrahlung von elektromagnetischer Störstrahlung kann auf verschiedenerlei Weise vermindert werden. Beispielsweise könnte eine leitende Abschirmung um die störende Stromschleife herum angebracht werden. Auf diese Weise ist es leicht, die von dem Vorschaltgerät selbst ausgehende elektromagnetische Störung zu steuern, indem einfach eine leitende Abschirmung benutzt wird. Es ist jedoch betrachtlich schwieriger, eine richtige Abschirmung für die Lampe selbst vorzusehen, weil es erwünscht ist. ein Material zu benutzen, das nicht nur eine hohe elektrische Leitfähigkeit, sondern auch eine hohe Lichtdurchlässigkeit besitzt. Eine weitere Maßnahme /um Vermindern der elektromagnetischen Störung besteht darin, die Vorschaltgerätausgangsschwingunti zu filtern, um Frequenzkomponenten, die in dem ΛΜ-Frequenzband liegen, zu eliminieren. Die Grundfrequcnz der meisten elektronischen Vorschalteerätc lieet zwar un-

ter 535 kHz, trotzdem wird jedoch eine Störung durch Harmonische der Grundfrequenz verursacht, die Jurch das Vorschaltgerät oder die Lampe erzeugt und durch die Stromschleife innerhalb des Lampenkolbens abgestrahlt werden. Darüber hinaus kann allgemein gesagt werden, daß Hochleistungr.wechselrichter Ausgangsschwingungen erzeugen, die diese unerwünschten Harmonischen enthalten. Diese Störungen verursachenden Harmonischen können aus der Vcrschaltgerätschwingung herausgefiltert werden, bevor diese der Lampe zugeführt wird, solche Filter verbrauchen üblicherweise aber Leistung, sind körperlich groß und teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art die elektromagnetische Störstrahlung durch einfache Mittel zu vermindern.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den 2c Unteransprüchen gekennzeichnet.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ringförmigen Leuchtstofflampe mit einem zentral angeordneten Vorschaltgerät, die in eine herkömmliche Glühlampenfassung eingeschraubt werden kann,

F i g. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung, in welcher die Stromlöschschleife längs des Lampenkolbens angeordnet ist,

Fig. 3 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, in welcher die Löschschleife einen kleineren Durchmesser als die Entladungsstromschleife hat, wobei die Größendifferenz durch einen Stromwandler kompensiert wird,

Fig. 4 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung, in welcher die Differenz in den Stromschleifendurchmessern durch eine Vergrößerung der Windungszahl in der Löschschleife kompensiert wird,

Fig. 5 ein Schaltbild ähnlich dem von Fig. 4, in welchem jtdem Glühfaden eine Löschschleife zugeordnet ist,

Fig. 6 ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung, in welcher die Löschschleife eine Mehrwindungsspirale aufweist, und

Fig. 7 eine Aurführungsform der Erfindung, in welcher ein Starter in Reihe mit den Lampenglühfäden benutzt wird.

Fig. 1 zeigt eine Leuchtstofflampe des Typs, bei dem die Erfindung verwendbar ist. In dieser Lampe ist das ionisierbare Entladungsmedium 18, beispielsweise Quecksilberdampf und ein Edelgas, wie Argon, in dem Entladungskolben 10 enthalten, der aus Glas besteht, das mit einem UV-anregbaren Leuchtstoff überzogen ist. Innerhalb des Kolbens und an jedem seiner Enden sind Elektroden 15 und 16 (nicht gezeigt), zwischen denen der Entladungsstrom fließt. Der Lampenkolben 10 ist durch Speichen 11 abgestützt, die vorzugsweise aus einem leichten Kunststoffmaterial bestehen, welches etwas hitzebeständig ist. Die Speichen 11 sind an einer zentralen Nabe befestigt, die ein Vorschaltgerät 12 enthält, das durch Betätigung eines Schiebeschalters 14 entfernbar sein kann. Der Schiebeschalter 14 ist in der Speiche Πα angeordnet, die die elektrischen Zuleitungen enthält, welche das Vorschaltgerät 12 mit den Lampenelektroden 15 und 16 verbindet. Das Vorschaltgerät besitzt außerdem einen herkömmlichen Schraubsockel 13, der in eine herkömmliche Glühlampenfassung paßt. Das Vorschaltgerät wandelt 60-Hz-Wechselstrom oder Ströme mit anderen Frequenzen in Wechselstrom mit einer Frequenz von über 15000 Hz um, mit welchem die Lampe selbst versorgt wird. Die Wechselstromentladung in dem ionisierenden Medium 18 erzeugt eine UV-Strahlung, die von dem Leuchtstoff 17 (in Fig. 2 gezeigt) auftrifft, mit welchem die Kolbenwand innen bedeckt ist. Diese Anregung des Leuchtstoffes ist es, die Licht mit einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich ergibt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, in welcher eine Löschschleife außerhalb der Lampe angeofdnet ist. In F i g. 2 ist auch der mittlere Bogenentladungsweg 19 als gestrichelte Linie gezeigt. In dieser Ausführungsform ist der Durchmesser der Löschspule so gewählt, daß er im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Entladungsstrecke ist. Die Zuleitungen, die mit dem Glühfaden 15 verbunden sind, sind längs der Außenfläche des Entladungskolbens 10 angeordnet. Während des normalen Betriebes der Entladungslampe fließt der Strom in der Löschschleife 20 in einer Richtung, die zu der des Stroms in der Entladungsstrecke insgesamt entgegengesetzt ist. Dieser entgegengesetzte Strom erzeugt ein magnetisches Moment, welches im wesentlichen gleich dem durch den Strom in dem Entladungskolben 10 erzeugten magnetischen Moment, aber entgegengesetzt gerichtet, ist. Auf diese Weise wird die elektromagnetische Störung, die durch den Hochfrequenzbetrieb der Lampe erzeugt wird, beträchtlich verringert.

F i g. 2 zeigt eine Schnellstartlampe, bei der zwei Leiter von jedem Ende der Lampe aus mit dem Vorschaltgerät verbunden sind. Da ein Teil des Entladungsstroms, der zu oder aus einem Ende der Lampe fließt, über einen der an dieses Ende der Lampe angeschlossenen Leiter fließt, während der übrige Entladungsstrom zu diesem Ende der Lampe über den an dasselbe Ende der Lampe angeschlossenen anderen Leiter fließt, wird die Entladungsschleife durch beide von einem Ende der Lampe ausgehenden Zuleitungen als Leiterpaar gebildet. Dieses Leiterpaar bildet eine eine Windung aufweisende Löschschleife. Wenn Sofortstart- oder Starterlampen benutzt werden, wird die Löschschleife durch einen der einzelnen Leiter gebildet, der zwischen das Vorschaltgerät und ein Ende der Lampe geschaltet ist. Eine Ausführungsform der Erfindung, die bei einer Starterlampe benutzt wird, ist weiter unten mit Bezug auf Fig. 7 beschrieben.

Die leitenden Löschschleifenzuleitungen selbst können auf verschiedenerlei Weise vorgesehen werden. Es kann beispielsweise ein leitender Überzug auf dem Glas selbst vorgesehen werden, insbesondere wenn der Überzug einen ausreichend niedrigen elektrischen Widerstand hat. Es ist außerdem erwünscht, daß der elektrische Überzug lichtdurchlässig ist. Es sind beispielsweise Zinnoxid oder Legierungen aus Indium und Zinnoxid unter gewissen Lampenbetriebsbedingungen verwendbar. Statt dessen können die Zuleitungen als ein leitendes Band vorgesehen werden, das an die Kolbenwand angeklebt wird.

Die Zuleitungen, die die Löschschleife bilden, können spiralförmig um den Lampenkolben selbst herumgeführt werden. Wenn leitende Überzüge benutzt werden, ergeben breite Überzüge, die einen beträchtlichen Teil der Glasoberfiäche bedecken, eine wirksa-

mere Auslöschung als schmale Überzüge. Wenn leitende Überzüge bei Starter- oder Sofortstartlampen benutzt werden, die nur eine Einzelleiterlöschschleife erfordern, ist die bevorzugte Ausführungsform ein leitender Überzug, der im wesentlichen die gesamte Lampenoberfläche bedeckt. Das bewirkt, daß das Löschmagnetfeld dem Lampenmagnetfeld am engsten angepaßt ist.

Die Löschleiter 20 führen im allgemeinen ungefähr einen Strom von 0,6 A während des normalen Betriebes. Das Isolieren dieser Leiter ist zweckmäßig, um Berührungsgefahren zu verringern.

Außerdem sind gemäß Fig. 2 leitende Zuleitungen von den Glühfäden 15 und 16 zu der Mitte der Lampe zu einer Vorschaltgerätnabe derselben, wie sie in F i g. 1 gezeigt ist, gerichtet. Die Zuleitungen zu dem Vorschaltgerät werden insbesondere längs der Speiche 11a in Fig. 1 geführt. Die Maßnahmen nach der Erfindung sind jedoch auch anwendbar, wenn das Vorschaltgerät nicht in der Mitte der Lampe angeordnet ist.

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in der die Löschschleife einen Durchmesser D_c hat, der kleiner als der Durchmesser D_L der Bogenentladungsstrecke ist. Die oben angegebene Definition des magnetischen Moments zeigt jedoch, daß die Löschung in dieser Ausführungsform wegen der Differenz in den Flächeninhalten des Schleifenweges nicht automatisch erfolgt. Die Löschschleife 22 ist jedoch über einen Stromwandler 23 mit Wicklungen gekoppelt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Das Windungsverhältnis der Primärwicklungen und der Sekundärwicklung wird gemäß folgender Formel eingestellt:

Solange das Windungsverhältnis, das in Fig. 3 gezeigt ist, gemäß der obigen Formel gewählt wird, erfolgt die Löschung des magnetischen Moments. Besonders zweckmäßig ist es, den Wert des Durchmessers D_c so zu wählen, daß die Löschstromschleife vollständig in der Vorschaltgerätnabe 10 enthalten ist, die auch den Stromwandler 23 enthalten wird. Der Übersichtlichkeit halber ist jedoch diese räumliche Anordnung der Einzelteile nicht gezeigt, da F i g. 3 hauptsächlich einen Schaltplan darstellt. Statt dessen kann der Durchmesser D_c so gewählt werden, daß sich die Löschschleife längs des Innendurchmessers des Entladungskolbens 10 befindet, in welchem Fall sie auch als Starthilfe benutzt werden kann, die zur wirksamen Entladungseinleitung in Schnellstartlampen erforderlich ist. Der Stromwandler kompensiert nicht nur die relativ kleine Differenz in den Stromschleifenflächeninhalten gemäß der Formel (1), sondern sorgt auch für eine elektrische Trennung zwischen der Löschschleife und den Lampenelektroden, was gestattet, die Löschschleife mit der gemeinsamen Schaltungsklemme oder einer Spannungsquelle innerhalb des Vorschaltgerätes zu verbinden, die so ausgelegt ist, daß sie ein relativ hohes Potential zwischen der Löschschleife und den Elektroden 15 und 16 aufbaut. Das Aufbauen dieses Potentials hat keinen nachteiligen Einfluß auf den Stromfluß durch die Schleife und ändert daher nicht das durch die Löschschleife erzeugte Magnetfeld. Wenn Sofortstart- oder Starterlampen benutzt werden, wird der Stromwandler nur eine Primärwicklung haben, die mit dem von einem Ende der Lampe ausgehenden einzelnen Leiter verbunden ist. Die Erfindung ist auch bei Löschschleifen verwendbar, die einen Durchmesser D_c besitzen, der größer als der Durchmesser der Entladungsstrecke ist. Das Windungsverhältnis der Primärwicklungen und der Sekundärwicklungen des Stromwandlers 23 wird wieder gemäß der obigen Formel (1) eingestellt.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher der Löschschleifendurchmesser kleiner als der Entladungsschleifendurchmesser ist.

ίο d. h. D_c ist kleiner als D₁. Durch Vorsehen einer größeren Windungszahl in der Löschschleife wird jedoch die Aufhebung der magnetischen Momente ohne weiteres erreicht. Insbesondere werden in der Ausführungsform von F i g. 4 zum Erzielen der im wesentliehen optimalen Aufhebung die bedeutsamen Entwurfsparameler folgendermaßen aufeinander bezogen:

Dc = D₁Jy[N, (2)

wobei N die Windungszahl der Löschschleife ist. Fig. 4 zeigt den Fall für N = 2. Wenn Schnellstartlampen benutzt werden, führt jeder der beiden Leiter, die mit einem besonderen Glühfaden verbunden sind, einen Teil des Entladungsstroms. Die Leiter werden deshalb gemeinsam als ein Paar genommen, wenn die Löschschleife aufgebaut wird. Die Windungszahl N in der obigen Formel (2) wird in diesem Fall bestimmt, indem die Windungszahl von Leiterpaaren gezählt wird.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die mit der in Fig. 4 gezeigten übereinstimmt, mit der Ausnahme, daß in dieser Ausführungsform eine Löschstromschleife in jedem der Stromkreise für die Elektroden 15 und 16 vorgesehen ist. Die Gleichung

(2) ist auch auf die Ausführungsform von Fig. 5 anwendbar, die ebenfalls den Fall für N = 2 zeigt.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen werden kreisförmige Stromschleifen verwendet, um ein Aufheben der Magnetfelder zu erreichen, die durch den Entladungsstrom erzeugt werden; es können jedoch auch andere Löschschleifenmuster benutzt werden, um denselben Zweck zu erreichen. Insbesondere zeigt F i g. 6 ein symmetrisches Spiralmuster von Löschschleifenleitern 28, das die elektromagnetische Störung ebenfalls wirksam verringert.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher eine mit Starter versehene Leuchtstofflampe benutzt wird. Der Starter 31 ist zwischen die Glühfäden 15 und 16 geschaltet. In dieser besonderen Ausführungsform wird eine einzelne Löschschleifenzuleitung 30 benutzt. F i g. 7 zeigt außerdem die Tatsache, daß ein beirächiliches Ausmaß der elektromagnetischen Störung sogar durch Anordnen der Löschschleifen längs einen Innendurchmessers des Entladungskolbens eliminiert wird. Die Aufhebung des magnetischen Moments ist zwar nicht exakt, es ergibt sich jedoch eine ausreichende Verminderung der Störstrahlung bei minimaler Behinderung.
Bei den in den Fig. 2 und 7 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung ist es vorzuziehen, die Löschschleifenleiter 20 bzw. 30 an dem Entladungskolben 10 zu befestigen. Bei den in den F i g. 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen ist es vorzuziehen, die Löschschleifen 24 bzw. 26 so zu wählen, daß sie einen ausreichenden Durchmesser haben, damit sie gänzlich oder zumindest im wesentlichen innerhalb der Vorschaltgerätnabe 10 enthalten sind. Diese Leiter können jedoch auch innerhalb eines gesonderten konzen-

trischen, kreisförmigen, isolierten Gehäuses angeordnet sein, das durch die Speichen 11 abgestützt ist.

Obige Darlegungen zeigen, daß die Erfindung einen Betrieb von ringförmigen Leuchtstofflampen mit Wechselströmen relativ hoher Frequenz ohne das Problem einer Störung durch elektromagnetische Abstrahlung gestattet. Das wird bei minimaler Konstruktionsänderung und bei einfacher Herstellbarkeit erreicht.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Gasentladungslampe, deren Lampenkolben an den Enden mit Elektroden versehen ist, die an ein Vorschaltgerät angeschlossen sind, das eine Wechselspannung mit einer Frequenz von mehr als 15000Hz liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben der Gasentladungslampe ringförmig ist, daß mindestens ein schleifenförmiger Leiter außerhalb des Kolbens in der Ebene des Kolbens und im wesentlichen konzentrisch mit dem Kolben angeordnet ist und daß der schleifenförmige Leiter mit einem Strom beaufschlagt wird, dessen Richtung zur Richtung des Entladungsstroms im Kolben entgegengesetzt itt und dessen Stromstärke so bemessen ist, daß das magnetische Moment, das von dem Entladungsstrom im Kolben erzeugt wird, im wesentlichen aufgehoben wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine Leuchtstofflampe ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschaltgerät (12) in der Mitte der ringförmigen Lampe angeordnet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (15,16) Glühfäden sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei schleifenförmige Leiter vorhanden sind, die sich von einem der Glühfaden (15, 16) aus längs der Außenseite des Kolbens (10) im wesentlichen parallel zu dem Strompfad (19) innerhalb des Kolbens erstrecken (Fig. 2).

6. Schaltungsanordnung r.ach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß der schleifenförmige w Leiter (22) einen Durchmesser (D₁) hat, welcher kleiner oder größer als der Durchmesser (D_Lj der Gasentladungsstrecke (19) ist, und an einen Stromwandler (23), der ein ausgewähltes Windungsverhältnis hat, angeschlossen ist (F i g. 3).

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der schleifenförmige Leiter (24) einen Durchmesser (D₁) hat, der kleiner als der Durchmesser (D_L) des Entladungsstrompfades (19) ist, und er mehrere Windungen aufweist (Fig. 4).

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der schleifenförmige Leiter (24) mit nur einer Elektrode (15; 16) direkt elektrisch verbunden ist oder daß eine leitende Stromschleife in jedem Elektrodenkreis vorgesehen ist (Fig. 4, Fig. 5).

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der schleifenförmige Leiter eine symmetrische Spirale (28) aufweist, die wi in der Ebene der Leuchtstofflampe angeordnet ist (Fig. 6).

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühfaden (15, 16) mit einem Starter (31) und mit dem Vorschaltgerät f.5 in Reihe geschaltet sind, wobei ein elektrischer Leiter (30), der von der Stromversorgung ausgeht, längs der Leuchtstofflampe angeordnet ist

(Fig. 7).

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der schleifenförmige Leiter einen elektrisch leitenden Überzug umfaßt, der auf dem Kolben (10) angeordnet ist.