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Wechselstromgespeiste Anlage zum Aussenden.von: Strahlen,, insbesondere
Beleuchtungsanlage Es ist bekannt, mehrere Gasentladungsröhren über Transformatoren
miteinander und mit einer - Vorschaltimpedanz in Reihe zu schalten und in dieser
Schaltung zu be= treiben. Hierbei sind die Primärwicklungen der die -Röhren speisenden-
Transformatoren in Reihe geschaltet. Diese Transformatoren können als Autotransformatoren
ausgeführt werden. Die mit den Röhren in Reihe liegende Vorsehaltimpedanz kann sowohl
als selbständige Impedanz- ausgeführt sein, -als auch z. B: mit einem als- Stromquelle
dienenden Transformator-vereinigt werden-;: in Welchem Falle--, ein sögenanriter@-=S.treüfeldtrans@-förmator
etsteht. Diese-als'S%toriquellen dienenden Transformatoren werden häufig -angewendet,-weit
die Reihenschaltung der Entladungsröhren oft eine Spannung erfordert, die-größer
ist- als- die Spannung des vörhändenen I\Tetzes; Diese als Speisestromquellen dienenden
Transformatoren, aber auch gegebenenfalls körperlich selbständige Drosselspulen,-
werden häufig sä eingerichtet, daß der durch- sie abgegebene oder durchgelassene
Strom innerhalb gewisser Grenzen nahezu konstant ist.
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.,-[Trier- Gasentladungsröhren sind hier -nicht nur =mit einen. öder-
mehreren. Gasen -gefüllte Röhren;: sondern-.auch-:-Entlädungsröhren 'zu --erstehen,
deren Füllung aus -einem oder
mehreren Dämpfen oder einem Ga§dampfgetnisch
besteht.
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Es 'ist ohne weiteres ersichtlich, daß die die Stromquelle, Vorschaltimpedanz
und Entladungsröhren enthaltende Anlage nur eine gewisse Anzahl von Gasentladungsröhren
bestimmter Art betreiben kann. Werden mehr Röhren in Reihe geschaltet, so tritt
der Nachteil auf, daß die Röhren unruhig brennen. bis sie bei noch weiter gesteigerter
Röhrenanzahl schließlich überhaupt nicht mehr im Betrieb gehalten werden können.
Parallel dairiit gehen auch Zündschwierigkeiten einher, Die Erfindung betrifft eine
wechselstromgespeiste Anlage zum Aussenden von Strahlen, insbesondere Beleuchtungsanlage,
mit mehreren Transformatoren, deren Primärwicklungen miteinander und mit einer Vorschaltimpedanz
in Reihe liegen, und an deren Sekundärwicklungen Gasentladungsröhren angeschlossen
sind.
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Die Erfindung gibt Mittel an, um die Anzahl der in Reihe geschalteten
Gasentladungsröhren zu steigern und trotzdem ein ruhiges Brennen zu gewährleisten,
gegebenenfalls auch die Zündung der Entladungsröhren sicherzustellen und weitere,
nachstehend noch angeführte Vorteile zu erzielen.
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Gemäß der Erfindung wird bei der genannten Anlage in Reihe mit der
Vorschaltimpedanz und den Primärwicklungen der Röhrentransformatoren ein aus Selbstinduktion
und Kapazität aufgebautes Sperrorgan: für die dritte Harmonische des speisenden
Wechselstromes geschaltet. In Gasentladungsröhren werden bekanntlich höhere Harmonische
erzeugt. Es hat sich nun gezeigt, daß das unruhige Brennen der Röhren seine Ursache
in der zu geringen Impedanz des Stromkreises für die höheren Harmonischen hat. Es
wurde weiterhin gefunden, daß es genügt, die Impedanz für die dritte Harmonische
auf einen genügenden Wert zu bringen. Dies wird nun durch das Einschalten des Sperrorgans
für die dritte Harmonische, d. h. eines Organs, das für die dritte Harmonische im
Vergleich zu der Grundfrequenz eine relativ große Impedanz darstellt, erreicht.
Man hat also die Möglichkeit, die Impedanz des Stromkreises für die Grundfrequenz
genügend klein zu machen und dadurch die Stromstärke sowie die den einzelnen Röhren
zugeführte Leistung genügend zu steigern, dagegen die Impedanz für die dritte Harmonische
genügend hoch zu treiben, um .dadurch ein ruhiges Brennen bei erhöhter Röhrenanzahl
zu gewährleisten.
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Vorzugsweise wird dieses Sperrorgan so bemessen, daß die parallel
zu den Entladungsröhren liegende Impedanz, für die dritte Harmonische -des speisenden
Wechselstroms gerechnet, mehr als zweimal, vorzugsweise mehr als viermal so groß
ist als der innere Widerstand der Entladungsröhren. Selbstverständlich müssen hierbei
alle Werte auf derselben Basis miteinander verglichen werden. Es müssen also sämtliche
Werte entweder auf die Primärseite oder auf die Sekundärseite der Transformatoren
bezogen werden. Unter dem inneren Widerstand der Gasentladungsröhren ist naturgemäß
die Summe der inneren Widerstände der einzelnen köliren zu verstehen. Der genannte
Faktor, um welchen dieser innere Widerstand zweckmäßig größer sein soll, als der
für die dritte Harmonische berechnete Wert der parallel zu den Gasentladungsröhren
liegenden Impedanz, ist von der Art der Röhren abhängig. Er beträgt z. B. bei Natriumdampfentladungsröhren
etwa q., bei Quecksilberhochdruckentladungsröhren etwa a,8, und kann bei jeder beliebigen
Röhrengattung leicht durch Versuche ermittelt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Anlage nach der Erfindung
besteht das Sperrorgan aus der Parallelschaltung einer Selbstinduktion und einer
Kapazität, die für die dritte Harmonische der speisendenWechselstroniquelle mindestens
annähernd in Resonanz sind. Die Impedanz des Sperrorgans für die dritte Harmonische
kann auf diese Weise beliebig hoch getrieben werden. Selbstverständlich wird das
Sperrorgan außerdem so bemessen, -daß die Impedanz der Parallelschaltung für die
Grundfrequenz des speisenden Wechselstromes möglichst gering ist, uni möglichst
wenig Spannung von den Entladungsröhren wegzunehmen.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Anlage gemäß
der Erfindung besteht das Sperrorgan aus der Reihenschaltung einer Selbstinduktion
und einer Kapazität, die so bemessen sind, daß für die Grundfrequenz des speisenden
Wechselstromes die Kapazitanz der Kapazität gleich oder größer
ist als die Induktanz (o3 L) der Selbstinduktion, wobei co die mit :2,-t vervielfachte
Grundfrequenz des speisenden Wechselstromes, C den Wert der Kapazität in Farad und
L den Wert der Selbstinduktion in Henry bedeutet.
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Für den Fall, daß die Kapazitanz gleich der Induktanz ist, ist die
Impedanz des Sperrorgans, abgesehen von seinem Ohmschen Widerstand, für die Grundfrequenz
des speisenden Wechselstromes gleich Null, so daß von den Entladungsröhren überhaupt
keine Spannung weggenommen wird. Wird dagegen -die Kapazitanz größer als die Induktanz
gemacht, so erhält das Sperrorgan einen kapazitiv en . Charakter, so daß dann die
Selbstinduktionen
der Anlage teilweise kompensiert werden können, wodurch die Möglichkeit zu einer
Erniedrigung der Gestehungskosten der Anlage gegeben ist. Zweckmäßigerweise besteht
die Selbstinduktion des aus der Reihenschaltung einer Selbstinduktion und Kapazität
zusammengestellten Sperrorgans aus zwei Teilen und liegt parallel zu einem dieser
Selbstinduktionsteile ein Schalter, dessen Kontakte zur Zündung der Röhren geschlossen,
nach erfolgter Zündung aber geöffnet sind. Ferner wird dann der durch den Schalter
kurzschließbare Selbstindüktionsteil so bemessen, daß bei geschlossenem Schalter
durch die Anlage der zum Zünden der Röhren erforderliche Strom fließen kann. Das
Sperrorgan kann nun mit Leichtigkeit so bemessen werden, daß seine Impedanz bei
brennenden Röhren für die dritte Harmonische und für die Grundfrequenz die gewünschten
Werte aufweist und bei der Zündung der Röhren, d. h. bei geschlossenem Schalter,
eine für die Zündung günstigere, von der im Betrieb vorhandenen Impedanz abweichende
Impedanz hat. Die Bemessung des kurzschließbaren Selbstinduktionsteiles macht es
möglich, daß auch bei einer stark überlasteten Anlage die Entladungsröhren die normale
Zündspannung erhalten können, genau so wie bei einer nichtüberlasteten Anlage.
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Wie erwähnt, kann die Kapazität des Sperrorgans zur Kompensation von
Selbstinduktionen der Anlage herangezogen werden. Besonders zweckmäßig ist es, die
Anlage als sogenannte Konstantstromanlage, d. h. als eine Anlage auszubilden, die
mit einem einen konstanten Strom liefernden Regeltransformator oder mit einer einen
konstanten Strom durchlassenden gesonderten Drosselspule versehen ist, wobei der
Transformator oder die Drosselspule eine gegenüber einer ortsfesten Spule bewegliche
Spule enthält, und dabei die Kapazität des Sperrorgans so zu bemessen, daß
ist, wobei 4r einen Wert zwischen der kleinsten und größten Streuinduktion des erwähnten
Regeltransformators oder der erwähnten Drosselspule, in Henry gemessen, bedeutet.
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Diese Maßnahme ergibt den weiteren Vorteil, daß die elektrischen Eigenschaften
des Regeltransformators oder der Vorscbaltdrossel derart beeinflußt werden können,
ß zum Aufheizen der Entladungsröhren ein stärkerer Reihenstrom zur Verfügung steht.
Auch können in diesem Falle -günstigere Werte der Leerlaufspannung und des Kurzschlußstromes
der die Röhren speisenden Rehentransformatoren gewählt werden.
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Da die bewegliche Spule des Regeltransformators oder der Drosselspule
sich nach erfolgter Zündung in Bewegung setzt, kann diese Bewegung zweckmäßigerweise
zurr. Öffnen der Kontakte des den einen Selbstinduktionsteil kurzschließenden Schalters
benutzt werden.
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Unter Umständen kann: durch die Aufnahme des Sperrorgans gemäß der
Erfindung ein unerwünscht großer Einschaltstrom verursacht werden. Zweckmäßigerweise
wird deshalb in die Reihenschaltung ein Regulierwiderstand aufgenommen, der so eingestellt
ist, daß er seinen größten Widerstandswert beim Einschalten der Anlage aufweist.
Um eine besondere Bedienung dieses Regulierwiderstandes zu vermeiden, kann als Regulierwiderstand
vorzugsweise ein Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten des elektrischen
Widerstandes verwendet werden.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert. Die dargestellte Anlage wird von der Sekundärwicklung r eines Transformators
a gespeist, dessen Primärwicklung 3 an eine Wechselstromquelle 4, z. B. an ein Netz
von 220 Volt Spannung und einer Frequenz von 5o Hz, angeschlossen ist. Die Anlage
enthält mehrere Transformatoren 5, deren Primärwicklung 6 miteinander in Reihe liegen
und an deren Sekundärwicklungen 7 Gasentladungsröhren 8 angeschlossen sind.
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Die Entladungsöhren 8 mögen im vorliegenden Falle Natriurndampfentladungsröhren
darstellen, die mit einem Edelgas, z. B. Neon unter niederem Druck, gefüllt sind
und Natrium enthalten, dessen Dampf im Betrieb intensiv an der Lichtemission der
Entladungsröhre beteiligt ist. Die Entladungsröhren enthalten in der Zeichnung nicht
dargestellte Glühelektroden, welche durch die Entladung auf die für die Elektronenemission
erforderliche Temperatur gebracht werden, obgleich es auch möglich ist, in bekannter
Weise einen besonderen Heizstrom durch die Elektroden hindurchzuführen, Die Primärwicklungen
6 sind in an sich bekannter- Weise unter Zwischenschaltung einer Selbstinduktion
9_ an die Enden der Sekundärwicklung z des die Anlage speisenden Transformators
2 angeschlossen. Die Selbstinduktion 9 dient als Vorschaltimpedanz für die über
die Transformatoren 5 gespeisten Entladungsröhren B. Diese Vorschaltimpedanz braucht
jedoch kein räumlich selbständiger Körper zu .sein; im Falle eines Streufeldtransformators
stellt die -- Selbstinduktion 9 die Streuinduktivität des Transformators 2 dar.
Im vorliegenden-Fille möge
der Transformator 2 mit der Selbstinduktion
9 zusammen einen Regeltransformator zur Abgabe eines nahezu konstanten Stromes darstellen,
der bekanntlich mit einer ortsfesten und einer in senkrechter Richtung beweglichen-
Spule ausgerüstet ist. Auf die bewegliche Spule wirkt die magnetische Abstoßkraft
der ortsfesten Spule sowie ihr eigenes Gewicht, und diese Kräfte werden durch ein
an einem Hebelarm veränderlicher Länge aufgehängtes Gegengewicht im Gleichgewicht
gehalten.
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Erfindungsgemäß ist in Reihe mit der Vorschaltimpedanz ein Sperrorgan
aufgenommen, das gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus der Reihenschaltung
einer Kapazität io und der Selbstinduktionsspulen i i und 12 besteht. Parallel zu
der Spule i i liegt ein Schalter 13, dessen Kontakte bei der Zündung der Röhren
geschlossen, nach erfolgter Zündung aber geöffnet sind.
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In einem konkreten Falle konnten in einer Anlage nach der Erfindung
durch Anwendung der Elemente io, i i und 12 6o Natriumdampfentladungsröhren angeschlossen
werden. Hierbei hatten die einzelnen Glieder der Schaltung folgende Daten: Der Regeltransformator
2 hatte eine sekundäre Leerlaufspannung von iooo Volt; er war zur Abgabe eines konstanten
Stromes von io A eingerichtet. Seine Streuselbstinduktion, die in der Zeichnung
durch 9 dargestellt ist, hatte eine Impedanz von 2o bis ioo Ohm bei einer Frequenz
von So Hz. Ebenfalls bei einer Frequenz von So Hz betrugen die Impedanzen des Kondensators
io . und der Selbstinduktionsspulen i i und 12 ... 300, ioo bzw. Zoo
Ohm. Die Leer-Laufimpedanz eines Transformators 5 hatte einen Wert von 3 Ohm, für
alle 6o Transformatoren betrug dieser Wert somit i8o Ohm bei f = So Hz. Das Spannungsübersetzungsv
erhältnis der Transformatoren 5 hatte einen Wert von 16 : i (sekundär :primär).
Die Entladungsröhren 8 hatten eine maximale Brennspannung von 212 Volt, ihr Entladungsstrom
betrug o,6 A. Der auf die Primärseite der Transformatoren 5 reduzierte innere Widerstand
ergibt sich somit zu 1,37 Ohm und der innere Widerstand aller 6o verwendeten Entladungsröhren
zu 82,5 Ohm.
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Parallel zu den Entladungsröhren liegt die Leerlaufimpedanz der Transformatoren
5 und parallel zu dieser die Impedanz der Reihenschaltung der Elemente 9, io, i
i und 12. Aus den angegebenen Werten folgt, daß für die dritte Harmonische des speisenden
Wechselstromes, also für f = i '5o Hz gerechnet, eine Impedanz von 330 Ohm
parallel zu dem inneren Widerstand der Entladungsröhren liegt. - Diese Impedanz
von 330 Ohm erfüllt die erfindungsgemäß gestellte Forderung, indem sie viermal
so groß ist als der innere Widerstand der Entladungsröhren von zusammen 82,5 Ohm.
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Wie ersichtlich ist, hat weiterhin die Gesamtimpedanz der Elemente
io, ii und 12 für die Grundfrequenz des speisenden Wechselstromes, nämlich für f
= So Hz, den Wert Null, so daß auch diese erfindungsgemäße Forderung erfüllt war.
Schließlich hatte auch die Selbstinduktionsspule i i eine derartige Impedanz, daß
im kurzgeschlossenen Zustand der Spule i i der volle, zur Zündung der Röhren erforderliche
Serienstrom von io A durch die Reihenschaltung fließen konnte.
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Bei Verwendung der erfindungsgemäß bemessenen und geschalteten Elemente
io, ii und 12 brannten alle 6o Gasentladungslampen mit ihrer normalen Leistung und
wiesen keinerlei Flimmererscheinungen auf.
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Würde man aus der dargestellten Schaltung die erfindungsgemäß angewendeten
Elemente io, ii und 12 weglassen, so könnten nur 26 Entladungsröhren gezündet und
mit der normalen Leistung nur 21 Entladungsröhren betrieben werden. Hieraus ist
ersichtlich, daß durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Regel unter Zuhilfenahme
einfacher Mittel die Leistungsfähigkeit der Anlage auf mehr als das Doppelte gesteigert
werden konnte.