DE3703026C1 - Vorschaltgeraet fuer Gasentladungslampen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vorschaltgerät für Gasentladungslampen oder dergleichen induktives Gerät mit senkrecht zur Gerätelängsrichtung stehenden Wickelachsen der Spulen und in Gerätelängsrichtung geschichtetem Kernpaket mit Kernformen wie z. B. E/E, U/T, E/I und mit einem Hauptschenkel, zwei Außenschenkeln und zwei Jochteilen, wobei die Kernbleche derart aus kornorientiertem Blech gestanzt sind, daß der Hauptfluß im Hauptschenkel in der magnetischen Vorzugsrichtung des kornorientierten Bleches verläuft, und wobei die Höhe der Jochteile etwa gleich der Hälfte der Breite des Hauptschenkels ist.

Ein derartiges Vorschaltgerät ist durch die DE-PS 23 44 403 bekanntgeworden. Der Einsatz von kornorientiertem Blech ist dort zwar nicht ausdrücklich erwähnt, im Hinblick auf die Einsparung von kostspieligem Kernblechmaterial jedoch wohl naheliegend.

Durch die CH-PS 4 77 075 ist weiter ein Induktionsgerät bekanntgeworden, dessen Mantelteil aus zwei Halbschalen, bestehend aus Blechpaketen aus sich in Längs- und Umfangsrichtung erstreckenden Blechstreifen, aufgebaut ist. Die Blechstreifen sind an den Enden mit Schlitzen versehen, die von den Steinkanten einwärts verlaufen.

Bekannte Kernformen für Drosselspulen, bei denen die Wickelachsen der Spulen senkrecht zu der Längsrichtung der Geräte stehen, wie z. B. E/E, U/T oder E/I, sind aus dem Buch Dr.-Ing. C. H. Sturm, Vorschaltgeräte und Schaltungen für Niederspannungsentladungslampen, Seiten 218 und 219 bekannt­ geworden.

Derartige Kernformen werden mit Elektroblech gemäß DIN 40 600, dem sogenannten kaltgewalzten Blech, eingesetzt. Bezüglich der Magnetisierung herrscht bei diesen Kernblechen längs und quer zur Walzrichtung etwa gleichgroße Sättigungsinduktion. Daher sind derartige Kernformen praktisch über den gesamten magnetischen Kreis durch entsprechende Dimensionierung des Hauptschenkels, der Außenschenkel und der Jochteile gleicher spezifischer Materialbeanspruchung hinsichtlich der Induktion ausgesetzt. Um mit solchen Kernformen wirtschaftliche Systeme zu erreichen, hat sich in den letzten Jahren der Trend gezeigt, die Eigenverluste der Vorschaltgeräte zu reduzieren. Dies hat, ausgehend von den konventionellen Vorschaltgeräten, (KVG) zu Vorschaltgeräten mit herabgesetzten Eigenverlusten, den sogenannten verlustarmen Vorschaltgeräten (VVG) geführt. Gegenüber den konventionellen Vorschaltgeräten konnten die Eigenverluste von 40 . . . 50% dadurch wirtschaftlich reduziert werden, daß bei gleichem Querschnitt die Baulänge des Vorschaltgerätes vergrößert wurde und darüber hinaus Elektrobleche mit geringem spezifischen Wattverlust (1,1 . . . 1,35 W/kg) zum Einsatz gelangten.

Bei derartigen verlustarmen Vorschaltgeräten (VVG), die in großen Mengen in den Leistungsstufen 36 W und 58 W für moderne stabförmige Leuchtstofflampen mit dem Rohrdurchmesser 26 mm hergestellt werden, entfallen von den Gesamtverlusten des Vorschaltgerätes etwa 75 . . . 80% auf die Kupferwicklung und der Rest auf den magnetischen Eisenkreis, d. h. das Kernpaket.

Der Versuch, noch hochwertigere Elektrobleche, nämlich kornorientierte Bleche mit magnetischer Vorzugsrichtung, einzusetzen, hat bei gleicher Kernform keine wesentlichen Vorteile gebracht, weil bei der erwähnten Aufteilung der Wicklungs- und Eisenverluste der Einsatz des kostspieligen kornorientierten Bleches in den Gesamtverlusten kaum zu Buche schlägt. Es ist nämlich festzustellen, daß bei kornorientiertem Blech eine höhere Materialbeanspruchung bezüglich der magnetischen Induktion von etwa 20 . . . 30% in magnetischer Vorzugsrichtung möglich ist, daß jedoch bei den bekannten Kernformen durch die Quermagnetisierung in wenigstens einem Jochteil der Vorschaltgeräte ein sehr großer Magnetisierungsbedarf erforderlich ist, der die für die Arbeitsweise der Lampe mitbestimmende Stromspannungskennlinie kaum merklich ausprägt; durch den relativ geringen prozentualen Anteil der Quermagnetisierung im gesamten magnetischen Kreis wird durch den Magnetisierungsbedarf in Querrichtung die Kennlinie im Sättigungsbereich hauptsächlich eben durch die Quermagnetisierung bestimmt. Die Quermagnetisierung ist gegenüber der Längsmagnetisierung etwa zehnmal größer; darüber hinaus ist die Sättigungsinduktion für die Quermagnetisierung geringfügig geringer als bei den bisher eingesetzten kaltgewalzten Blechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorschaltgerät der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei welchem bei gleichbleibenden Querschnittsmaßen und somit gleichbleibender Bauhöhe die Baulänge minimiert ist und somit Bauvolumen wie auch Verluste reduziert sind und kostspieliges Aktivmaterial eingespart wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf den Oberflächen wenigstens der quer zur magnetischen Vorzugsrichtung magnetisierten Jochteile Streifen aus ebenfalls kornorientiertem Blech planflächig derart angeordnet sind, daß deren magnetische Vorzugsrichtung in Flußrichtung verläuft.

Vorteilhaft ist dabei von der Höhe der Jochteile ein Anteil von etwa 0,70 bis 0,85 als Höhe der geschichteten Jochteile und ein Anteil von etwa 0,30 bis 0,15 als Höhe der Blechstreifenjochteile vorgesehen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Vorschaltgeräts mit Mischkernkombination wird die Bauhöhe gegenüber der herkömmlichen konstruktiven Ausgestaltung von Vorschaltgeräten nunmehr unter Beibehaltung gleichgroßer Wickelfenster erhalten, wodurch durch die mögliche höhere spezifische Materialbeanspruchung bezüglich der magnetischen Induktion von 20 . . . 30% die Baulänge des Vorschaltgerätes minimiert wird. Unter Beibehaltung gleicher spezifischer Eigenschaften der Vorschaltgeräte gegenüber herkömmlichen Vorschaltgeräten wird die Baulänge um 30 . . . 40% reduziert. Kostspieliges Aktivmaterial wird eingespart, sowohl bezüglich der kornorientierten Bleche als auch bezüglich des Wickelmaterials Kupfer.

Andererseits können unter Beibehaltung des gleichen Bauvolumens die Eigenverluste des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes gegenüber einem Vorschaltgerät konventioneller Bauweise noch erheblich weiter reduziert werden.

Bekanntlich sind Gasentladungslampen aufgrund ihrer negativen Stromspannungskennlinie ein Erzeuger von Oberschwingungen. Besonders die dritte Oberschwingung ist aufgrund der etwa rechteckförmigen Kurvenform der Lampenspannung besonders ausgeprägt. Um Netzrückwirkungen durch Oberschwingen des Lampenstromes zu vermeiden, insbesondere bezüglich der dritten Oberschwingung beim Überschreiten bestimmter Grenzwerte eine Überlastung des Nulleiters im Drehstromnetz, der praktisch im Querschnitt auf 80% reduziert werden kann, zu vermeiden, sind die Oberschwingungsanteile in nationalen/ internationalen Normen limitiert (dritte Oberschwingung etwa 25 . . . 27% bei einem Leistungsfaktor der Lampe von 0,9).

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Vorschaltgeräts mit kornorientierten Blechstreifen planflächig auf wenigstens den quer zur magnetischen Vorzugsrichtung magnetisierten Jochteilen wird die Arbeitskennlinie im ungesättigten Bereich linearisiert und damit eine zusätzliche Erzeugung von dritten Oberschwingungen von vornherein unterbunden.

In den planflächig angeordneten Blechstreifen im Bereich des Austritts des Hauptflusses aus dem Hauptschenkel können vorteilhaft in der magnetischen Vorzugsrichtung verlaufende Schlitze angeordnet werden. Hierdurch können die Verluste, insbesondere die Zusatzverluste der Eisenverluste des Magnetkernes weiter reduziert werden.

Vorzugsweise und besonders vorteilhaft sind die Kernbleche aus kornorientiertem Blech E- und I-förmige Kernbleche.

Entsprechend einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes ist das Kernpaket in einem im wesentlichen U-förmigen Bodenblech angeordnet und von einer im wesentlichen U-förmigen Blechhaube abgedeckt. Das Bodenblech und/oder die Blechhaube können dabei aus kornorientiertem Blech mit magnetischer Vorzugsrichtung quer zur Schichtungsrichtung des Kernpakets ausgebildet und damit unmittelbar in den magnetischen Kreis des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes integriert sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vorschaltkreises besteht darin, daß die Außenflächen der Schenkel des Bodenblechs bündig mit den Außenflächen der Außenschenkel sind und daß die Schenkel der Blechhaube die Schenkel des Bodenblechs überlappen und Stoßstellen in den Außenschenkeln übergreifen. Hiermit lassen sich die aus dem Bodenblech und der Blechhaube nach außen austretenden Streuflüsse auf ein Minimum bringen.

Schließlich sind zweckmäßig drei oder mehr Blechstreifen (mit einer Dicke von je 0,35 mm) übereinander auf den Oberflächen wenigstens der quer zur magnetischen Vorzugsrichtung magnetisierten Jochteile angeordnet.

Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Kernpakets eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 eine Darstellung von Magnetisierungskurven kornorientierten Blechs in Walzrichtung und 90° quer zur Walzrichtung,

Fig. 3 eine Darstellung von Kennlinien einer Drosselspule,

Fig. 4 eine Darstellung des Kernaufbaus eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts aus EE- Blechen,

Fig. 5 eine Darstellung des Kernaufbaus eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts aus UT- Blechen, und

Fig. 6 eine Darstellung des Kernaufbaus eines bevorzugten erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts aus EI-Blechen mit Bodenblech und Blechhaube.

In Fig. 1 ist ein Beispiel eines in Gerätelängsrichtung geschichteten Kernpakets 1 dargestellt. Die Wickelachse der Spule 2 steht senkrecht zur Gerätelängsrichtung. Das Kernpaket 1 hat eine Breite B und eine Höhe H. Es weist einen Hauptschenkel 3, zwei Außenschenkel 4 und zwei Jochteile 5 auf. Die längsgeschichteten Kernbleche des Kernpakets 1 sind derart aus kornorientiertem Blech gestanzt, daß der Hauptfluß Φ _H im Hauptschenkel 3 in der magnetischen Vorzugsrichtung des kornorientierten Bleches verläuft. Die magnetische Vorzugsrichtung ist durch drei doppelartige Pfeile angedeutet.

Auf den Oberflächen der quer zur magnetischen Vorzugsrichtung magnetisierten Jochteile 5 sind kornorientierte Blechstreifen 6 planflächig derart angeordnet, daß deren magnetische Vorzugsrichtung (angedeutet durch drei doppelspitzige Pfeile) in Richtung des Flusses in den Jochteilen 5 verläuft. In den Blechstreifen 6 können im Bereich des Austritts des Hauptflusses Φ _H aus dem Hauptschenkel 3 in der magnetischen Vorzugsrichtung verlaufende Schlitze 7 angeordnet sein.

Die Jochteile 5 weisen eine Höhe h auf, welche etwa gleich der Hälfte der Breite 2 a des Hauptschenkels ist. Die Höhe h der Jochteile 5 setzt sich zusammen aus einer Höhe h ₁ der geschichteten Jochteile und einer Höhe h ₂ der Blechstreifenjochteile: h = h ₁ + h ₂. Zweckmäßig beträgt die Höhe h ₁ etwa 0,70 bis 0,85 und die Höhe h ₂ etwa 0,30 bis 0,15 der Höhe h. Vorzugsweise sind jeweils drei oder mehr Blechstreifen 6 auf der jeweiligen Oberfläche des Jochteils 5 vorgesehen.

In dem Diagramm Fig. 2 sind Magnetisierungskurven B = f(H) für den Aufbau des Kernpakets 1 aus kornorientierten Blechen dargestellt. Die Kurve a zeigt den Magnetisierungsbedarf in den in Walzrichtung, d. h. in der magnetischen Vorzugsrichtung magnetisierten Teilen des Kernpakets 1, während die Kurve b den typisch ausgeprägten Magnetisierungsbedarf in den 90° quer zur Walzrichtung, d. h. quer zur magnetischen Vorzugsrichtung magnetisierten Teilen des Kernpakets 1 zeigt. In der Kurve b ist deutlich der ausgeprägt nichtlineare Verlauf im Anfangsbereich, d. h. im ungesättigten Bereich, zu erkennen.

In dem Diagramm Fig. 3 sind die bekannten gescherten Kennlinien einer Drossel B = f(I ·W) bzw. U _Dr = f(I _DR ) dargestellt. Der Sitz der magnetischen Energie ist bekanntlich hauptsächlich im Luftspalt. Der Zusammenhang zwischen Drosselspannung und Drosselstrom ist dabei linear, wie in Kurve A dargestellt. Bei Verwendung kornorientierten Bleches für das Blechpaket 1 mit der bekannten Dimensionierung von Form, Höhe, Breite und Länge des Blechpakets wird hinsichtlich der Aussteuerung der Kennlinie praktisch kein Vorteil erreicht, weil durch die nahezu gleichgroße Sättigungsinduktion bei der Quermagnetisierung etwa die gleiche Form der Kennlinie erzielt wird wie beim Aufbau mit herkömmlichem kaltgewalzten Elektroblech. Diese Kennlinie ist in Fig. 3 als Kennlinie D dargestellt. Die Kennlinie D läßt auch erkennen, daß aufgrund der deutlich ausgeprägten Nichtlinearität des Magnetisierungsbedarfs in Abhängigkeit von der magnetischen Induktion B bereits im Anfangsbereich der Arbeitskennlinie eine Abweichung von der Linearität gegeben ist.

Eine bessere Aussteuerung der Arbeitskennlinie wäre anhand einer aus dem Transformatorenbau bekannten Jochverstärkung erreichbar, wie es die Kennlinie C in Fig. 3 zeigt. Auch bei der Kennlinie C bleibt die Nichtlinearität im Anfangsbereich aufgrund des großen Magnetisierungsbedarfes in den quer zur Vorzugsrichtung magnetisierten Teilen von etwa 0,3 . . . 0,4 A erhalten.

Die Kennlinie B in Fig. 3 zeigt nun eine Kennlinie für ein Vorschaltgerät mit den Abmessungen des Blechpakets 1 gemäß der Erfindung mit auf die quer zur magnetischen Vorzugsrichtung magnetisierten Jochteile 5 planflächig aufgebrachten kornorientierten Blechstreifen 6. Hier ist nicht nur eine Erhöhung der spezifischen Materialbeanspruchung von 25 . . . 30% erzielbar, sondern durch die erfindungsgemäße Anordnung eines Mischkernes im Jochbereich ist auch im Anfangsbereich der Stromspannungskennlinie der Drossel die Linearität erhalten. Dies läßt sich daraus erklären, daß im Anfangsbereich der Magnetisierung der Fluß durch die parallel zu den quer zur magnetischen Vorzugsrichtung magnetisierten Jochteilen 5 angeordneten kornorientierten Blechstreifen 6 verläuft, d. h. sich den Weg mit dem geringsten magnetischen Widerstand sucht.

Während infolge der Nichtlinearität der Kennlinien C und D im Vorschaltgerät zusätzlich insbesondere dritte Oberschwingungen erzeugt werden, die sich zum Nachteil der der Leuchtstofflampe addieren und damit die zulässigen Grenzwerte überschritten werden können, ist bei der Kennlinie B diese Nichtlinearität im Anfangsbereich praktisch nicht vorhanden. Durch die erwähnte erfindungsgemäße Ausgestaltung des Vorschaltgeräts wird vielmehr durch die lineare Ausbildung der Arbeitskennlinie B eine zusätzliche Erzeugung von dritten Oberschwingungen von vornherein unterbunden.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch ein Kernpaket, das aus E- und E-förmigen Kernblechen geschichtet ist, während Fig. 5 einen Schnitt durch ein Kernpaket zeigt, das aus U- und T-förmigen Kernblechen geschichtet ist. In beiden Fällen sind die beiden Jochteile 5 quer zur magnetischen Vorzugsrichtung magnetisiert, so daß auf beiden Jochteilen 5 die Blechstreifen 6 angeordnet sind.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch das Kernpaket eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Vorschaltgeräts. Hier sind die Kernbleche E- und I-förmige Kernbleche. In dem von den I-förmigen Kernblechen gebildeten Jochteil 5 verläuft hier der Fluß in Richtung der magnetischen Vorzugsrichtung des kornorientierten Bleches, so daß hier keine Blechstreifen vorgesehen sind.

Das Kernpaket nach Fig. 6 ist weiter in einem im wesentlichen U-förmigen Bodenblech 8 angeordnet und von einer im wesentlichen U-förmigen Blechhaube 9 abgedeckt. Das Bodenblech 8 und/oder die Blechhaube 9 können gegebenenfalls aus kornorientiertem Blech mit magnetischer Vorzugsrichtung quer zur Schichtungsrichtung des Kernpakets 1 ausgebildet sein. In diesem Falle stellt die Dicke des Bodenblechs 8 und/oder der Blechhaube 9 einen Teil der Höhe h der Jochteile 5 dar.

Vorzugsweise sind die Außenflächen der Schenkel des Bodenblechs 8 bündig mit den Außenflächen der Außenschenkel 4, und die Schenkel der Blechhaube 9 überlappen die Schenkel des Bodenblechs 8 und übergreifen Stoßstellen 10 in den Außenschenkeln 4. Hiermit läßt sich erreichen, daß aus Bodenblech 8 und Blechhaube 9 austretende Streuflüsse auf ein Minimum gebracht sind.

Claims (6)

1. Vorschaltgerät für Gasentladungslampen oder dergleichen induktives Gerät mit senkrecht zur Gerätelängsrichtung stehenden Winkelachsen der Spulen (2) und in Gerätelängsrichtung geschichtetem Kernpaket (1) mit Kernformen wie z. B. E/E, U/T, E/I und mit einem Hauptschenkel (3), zwei Außenschenkeln (4) und zwei Jochteilen (5), wobei die Kernbleche derart aus kornorientiertem Blech gestanzt sind, daß der Hauptfluß ( Φ _H ) im Hauptschenkel (3) in der magnetischen Vorzugsrichtung des kornorientierten Bleches verläuft, und wobei die Höhe (h) der Jochteile (5) etwa gleich der Hälfte der Breite (2 a) des Hauptschenkels (3) ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Oberflächen wenigstens der quer zur magnetischen Vorzugsrichtung magnetisierten Jochteile (5) Streifen (6) aus ebenfalls kornorientiertem Blech planflächig derart angeordnet sind, daß deren magnetische Vorzugsrichtung in Flußrichtung verläuft.

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Höhe (h) der Jochteile (5) ein Anteil von etwa 0,70 bis 0,85 als Höhe (h ₁) der geschichteten Jochteile und ein Anteil von etwa 0,30 bis 0,15 als Höhe (h ₂) der Blechstreifenjochteile (6) vorgesehen ist.

3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den planflächig angeordneten Blechstreifen (6) im Bereich des Austritts des Hauptflusses ( Φ _H ) aus dem Hauptschenkel (3) in der magnetischen Vorzugsrichtung verlaufende Schlitze (3) angeordnet sind.

4. Vorschaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenzeichnet, daß das Kernpaket (1) in einem im wesentlichen U-förmigen Bodenblech (8) angeordnet und von einer im wesentlichen U-förmigen Blechhaube (9) abgedeckt ist.

5. Vorschaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenblech (8) und/oder die Blechhaube (9) aus kornorientiertem Blech mit magnetischer Vorzugsrichtung quer zur Schichtungsrichtung des Kernpakets (1) ausgebildet sind.

6. Vorschaltgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen der Schenkel des Bodenblechs (8) bündig mit den Außenflächen der Außenschenkel (4) sind, und daß die Schenkel der Blechhaube (9) die Schenkel des Bodenblechs (8) überlappen und Stoßstellen (10) in den Außenschenkeln (4) übergreifen.