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Leuchtröhren-Anlage zum Betriebe einer Anzahl von Leuchtröhren aus
einer Wechselstromquelle I>ic Erfindung bezieht sich auf 13eleuclitunigsanlagen
mit l.euclitröhren und bezweckt Mittel für (ien lietriel) einer:\rizalil Leuchtröhren,
miteinander in Reibe geschaltet, jede mit einer Spannung, \N-elclie \ iel niedriger
ist als die Summe der Durclisclilagsspanntingen der einzelnen Röhren. Die I?rtiiidtiiig
ist in den .\tisprüchen gekennzeichnet.
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In der Zeichnung sind verschiedene AusführttngsbeispIele geinätt der
Hrhndung angegeben. und zwar zeit Fig. i eine sclirniatisclie Seitenansicht eines
"I'i-citisforinators mit weiteren Unterteilen einer lleleuclitun!#sanlage gemäß
der Erfindung, Fig. 2 eiti Schaltschema der Anlage gemäß Fig. i, Fig. 3 eine Seitenansicht
gemäß Fig. i einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung, Fig. 4 ein Schaltschema
der Anlage gemäß Fig. 3, Fig. 5 eine Seitenansicht gemäß Fig. 3 und d einer dritten
Ausführungsform.
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Das in den Fig. i und a abgebildete System umfaßt drei Leuchtröhren
5, 6 und 7, gespeist von einem einzigen Transformator 8 ,mit einer primären Wicklung
d und zwei sekundären Wicklungen io und i r.
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Transformator 8 ist [hier als Manteltransformator ausgebildet,mit
hoher Streuung mit einem zentralen Kern 1a, auf dem drei Transformatorw.icklungen
nebeneinander angeordnet sind mit der primären
Wicklung 9 zwischen
den sekundären Wicklungen io und ii. Der zentrale Kern befindet sich zwischen zwei
parallelen Außenschenkeln 13 und 14 in einer bestimmten Entfernung, und diese Joche
und der Kern 12 sind miteinander verbunden durch Endjoche 15 und 16. Die primäre
Wicklung g und die sekundäre Wicklung i i liegen beiderseits der magnetischen Nebenschlüsse
17 mit hoher Streureaktanz.
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Die Röhren 5 und 6 liegen miteinander in Reihe an den Transformatorwicklungen
g und i o, während die Röhre 7 an den Wicklungen 9 und i i angeschlossen ist. Zwei
Strombegrenzungskondensatoren 18 und ig werden zweckmäßig in den Stromkreisverbindungen
der Röhren 5 und 6 aufgenommen, damit diese Röhren mit Erfolg in Reihe arbeiten
können bei Spannungen, .die innerhalb der zulässigen maximalen Grenzen liegen, die
für den sicheren Betrieb einer Anlage mit Leuchtröhren bedingt sind.
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Die primäre Wicklung 9 des Transformators 8 wird gespeist von einer
Wechselstroinquelle 2o, die eine geeignete Spannung oder Frequenz besitzen kann.
Spannungen .von i io oder 220 V Und Frequenzen von: 25, 5o oder 6o Hz sind für den
praktischen Betrieb ausreichend.
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Aus den St romkreisverbi.ndungen (s. Fig. 2) ergibt sich, daß die
primäre Wicklung 9 des Transformators 8 an die Wechselstromquelle 2o mittels der
Leitungen 21 und 22 angeschlossen ist. Das linke Ende der Wicklung 9 ist verbunden
mit dem rechten Ende der Wicklung io an der Verbindungsstelle 23. Das linke Ende
der Wicklung io ist mit der Transformatorseite des Kondensators 18 durch .die Leitung
24 und mit der Transformatorseite des Kondensators ig durch .die Zweigleitung 25
verbunden, die bei 26 mit der Leitung 24 in Verbindung steht. Die Röhrenseite des
Kondensators 18 ist mit der rechten Elektrode der Röhre 6 durch die Leitung 27 verbunden
und die linke Elektrode der Röhre 6 mit der linken Elektrode der Röhre 5 durch die
Leitung 28. Die rechte Elektrode der Röhre 5 steht durch die Leitung 29 mit dem
rechten Ende der Wicklung 9 in Verbindung. Die Röhrenseite des Kondensators ig ist
mit der Leitung 28 in 31 durch die Leitung 30 verbunden. Aus den Schaltkreisverbindungen
für die Röhren 5 und 6 und die Kondensatoren 18 und i9 ergibt sieh, daß der Kondensator
ig mit seinen Verbindungsleitungen 25 und 30 einen strombegrenzenden Seitenweg
bildet, durch den Strom in den Nebenschluß um die Röhre 6 nach 5 fließt.
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Das Verbindungsschema für die Röhre 7 ist wie folgt ausgebildet: Die
linke Elektrode dieser Röhre ist verbunden mit der Leitung 29 in 32 und die rechte
Elektrode mit dem rechten Ende der Wicklung i i durch die Leitung 33. Das linke
Ende der Wicklung i i ist durch die Leitung 34 mit dem linken Ende der Wicklung
9 im Kreuzpunkt 23 verbunden. ' , Bei Betrieb der Beleuchtungsanlage gemäß Fig.
i und 2 wird die auftretende Spannung durch die Wechselstromquelle der primären
Wicklung 9 zugeführt und durch die Transformierung in den Wicklungen 9 und io erhöht.
Diese erhöhte Spannung wird aufrechterhalten innerhalb der maximalen Grenzen, welche
für einen sicheren Betrieb vorgeschrieben sind, welche Spannung (ungefähr 5oo V
für eine 4o-W-Röhre) im allgemeinen verwendet wird für .den Parallelbetriel> von
Leuchtröhren.
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Der Strombegrenzungskondensator ig und seine Verbindungsleitungen
25 und 30 bilden einen Nebenschluß mit hoher Impedanz, wodurch ein bestimmter
Bitrag an Strom abgezweigt wird um die Röhre 6 herum, um im Anfang einen ionisierten
und leitenden Weg in der Röhre 5 zu bilden. So wird die Impedanz der Röhre erniedrigt
auf einen Wert, wobei der Spannungsabfall in der Röhre sehr niedrig eist im Vergleich
zu der Spannung, welche bedingt wird, um den ionisierten und leitenden Zustand der
Röhre herbeizuführen. Unter diesen Umständen wird es 'klar sein, daß der Kondensator
19 ,derart dimemioniert ist, ,daß seine Impedanz hoch genug ist, um das Fließen
von Parallelstrom in die Röhre 5 auf einen Betrag zu begrenzen, der gerade ausreicht,
um den ionisierten und leitenden Zustand zu erzielen und aufrechtzuerhalten in genannter
Röhre. Wie aus dem Folgenden hervorgehen wird, ist diese Begrenzung des Wertes des
Parallelstromes, der der Röhre 5 zugeführt wird, notwendig, um den Maximalstrom
innerhalb zuläse@iger Grenzen zu halten. Bei ionisiertem und leitendem Zustand der
Röhre 5 ist die Spannung in den Wicklungen 9 und io direkt wirksam, um einen ionisierten
und leitenden Zustand der Röhre 6 herbeizuführen und einen genügenden Arbeitsstrom
fließen zu lassen durch die in Reihe geschalteten Kondensator 18 und Röhren 5 und
6, damit in beiden Röhren eine Stromdichtheit erzeugt und aufrechterhalten wird,
welche für eine befriedigende Wirkung bedingt ist. Hierbei ist der Kondensator 18
derart bemessen, daß dieser als Impedanz arbeitet und den Strom begrenzt, welcher
durch die Röhren 5 und 6 fließt, bis die Stromgrenzen erreicht werden, wofür die
Röhren bemessen sind. So beträgt z. B. im Fall einer 4o-W-Röhre die Stromgrenze
430 mA. Zur Erläuterung der wirksamen Kennr zeichen des Systems nach den Fig. r
und 2 wird weiter angenommen, daß der Transformator 8 bemessen ist für i io V, 6o
Hz und daß die Röhren 5 und 6 eine Leistung besitzen von 40 W. In diesem Fall müßte
der Kondensator 18 eine Impedanz besitzen, welche hoch genug ist, um den Strom,
der hier durchfließt, auf ungefähr 300 bis 350 mA zu begrenzen. Dieser Strom
wird deshalb bei ionisiertem Zustand durch die Röhre 6 fließen, aber der Strom,
der durch die Röhre 5 fließt, wird die Vektorsumrne des Stromes sein, .der durch
die Röhre 6 fließt, und des Stromes, der durch den strombegrenzenden Parallelkondensator
ig mit hoher Impedanz fließt. Zum Beispiel, wenn die Impedanz des Parallelkondensators
ig hoch genug ist, um den durchfließenden Strom auf 8o mA zu begrenzen, dann wird
der Strom durch die Röhre 5 ungefähr 430 mA betragen. @\'elcher Wert die
\'ektorstitnnie
Von 350 11t.1 durch den 1-Iattptstrornbegrenzungskondensator 18 und
8o tnA durch den \ebenschlußstrombegrenzungskondvnsator icg darstellt. Deshalb wird
der :Mittelwert der Ströme, welche durch die Rfillren 5 und 6 fließen, ungefähr
Die Einrichtung gemäß Fig. i und 2 ist nur ein Beispiel der vielen Einrichtungen,
womit eine Anzahl 1_eticlitr<ilil-eti wirtschaftlich in Reihen in 13etriel> genommen
werden können nach dem Prinzip der Ertindting, ititierhalb zulässiger Spannungsgrenzen
und mit eitler minimalen Vergrößerung der Abmessungen des Transformators. Die Abbildung
bezieht sich auf eine Anlage mit drei Röhren von je 4o W und einer Gesamtleistung
von 12o NN' an der Röhrenseite. Hierzu kann noch bemerkt werden, daß ohne die Röhre
5 und den Kondensator i9 ungefähr 4oo rnA notwendig sein würden, um eine 40-1N'-Leisttlng
für die 4o-W-Rölire 6 zu erreichen. Es ist darum klar, daß eilt Betrieb der Röhren
5 und 6 in Reilie keine großen Änderungen für das Transforrnatorkupfer lredirigt
und daß auch keine nennenswerte Änderung der Wicklung io notwendig sein würde für
eitlen Betrieb vori zwei oder dreiRöhren in keili-e auf der Kondensatorseite des
Systems. In dieser Hinsicht kann noch bemerkt «-erden, daß die Benennung Kondensatorseite
des Systems verwendet wird für den Teil des Systems, der die Leuchträliren 5 und
6 und die Kondensatoren 18 und tcg und die Verbindungsleitungen umfaßt als liequenier
Fachausdruck, um diesen Teil des Systems von dem übrigen zu unterscheiden, der die
Röhre 7 und die dazugehörigen Stromkreisverbindungen umfaßt, welcher Teil fortan
induktive Seite des Systems genannt wird.
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Auf der induktiven Seite des Systems ist die holte Spannung aus den
Wicklungen g und i i für die Röhrt 7 ausreichend, um den ionisierten und leitenden
Zustand genannter Röhre aufrechtzuerhalten. Wenn einmal Strom -durch die Wicklung
ii fließt, ist die hohe Reaktanz dieser Wicklung und die hohe Reluktaliz der magnetischen
Nebenschlüsse 17 wirksam und begrenzen den Strom durch die Röhre auf einen Wert,
für den die Röhre bemessen ist.
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Beim Entwurf einer Transformator- und Kondensatorkombination für Verwendung
nach dein System gemäß Fig. i und 2 bestehen die zusätzlichen Kosten aus den geringen
Mehrkosten für die Kondensatoreinheit und 'für den geringen Mehrbedarf an Kupfer
für die primäre Wicklung 9. Untersuchungen 'hal>en ergeben, daß nach einem System
gemäß Fig. i und 2 ,drei Röhren in Reihe betriebest @@ @#rdcn l:üunen niit derselben
Eisenrnerige wie für den Betrieb -mit zwei Röhren in Reihe. Es ist deshalb möglich,
eine Beleuchtungsanlage mit drei 1,#<iliren gemäß der Erfindung zu erhalten,
die außerdem sofort anläuft. ztt einem Preis, der ungefähr derselbe ist wie der
einer üblichen Beleuchtungsanlage,wobei drei Röhren mit,heißer Kathode und einer
Anlaufvorrichtung oder Relais oder Vorerwärmutigselementen in den Röhren verwendet
werden.
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Nach obiger Beschreibung an Hand er Fig. i und 2 wird es klar sein,
daß ohne den Nebensch,lußstrombegrenzungskondensator i9 ungefähr iooo V (was nach
den Sicherheitsvorschriften verboten ist) benötigt würden, um einen Betrieb der
Röhren 5 j und 6 in Reihe zu erzmöglichen. Aber durch :die Aufnahme der Kondensatoren
18 und i9 (oder andere in Wirkung :gleichwertige strombegrenzende Vorrichtungen,
wie Reaktanzen oder Drosselspulen) in die Stromkreisverbindungen der in Reihe geschalteten
Röhren 5 und 6 wird es möglich sein, diese in Reihe geschalteten Röhren mit einer
Span-' nung von ungefähr 5oo V in einer praktischen und befriedigenden Weise zu
betreiben. Wie bereits früher erwähnt, ist der geringe Strom, den der Kondensator
i9 durch die Röhre 5 bei der erreichbaren Spannung von ungefähr 5oo V gehen läßt,
hoch genug, um den sofortigen ionisierten Zustand dieser Röhre herbeizuführen, wonach
die hohe Spannung in den Wicklungen 9 und i i in dem Kondensator 18 sofort wirksam
wird, um die Röhre 6 zu ionisieren und genügend Strom durch die beiden in Reihe
geschalteten Röhren fließen zu lassen, wobei die Impedanz des Kondensators 18 hoch
genug ist, um den Strom in .den zwei in Reihe geschalteten Röhren innerhalb praktisch
zulässiger Grenzen zu halten.
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Bei .dem System gemäß Fig. 3 und 4 wird ein Spartransformator 5° verwendet
in Kombination mit den Kondensatoren 6° und 7a für den Betrieb von zwei in Reihe
geschalteten Leuchtröhren 8a und 9a mit einer Spannung, die nicht wesentlich höher
ist als für den Betrieb dieser Röhren in Parallelschaltung.
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Der Transformator 5a ,ist dargestellt als Spartransformator mit zwei
Längskernen ioa und 11a, verbunden durch Endjoche 12a. Die primäre Wicklung besteht
aus einer Spule 13a auf dem Kern ioa und einer Spule 14a auf dem Kern 1
j a. Die sekundäre Wicklung besteht aus Spulen 15a und
17,1 auf ,dem Kern io° und Spulen 16a und 18a auf dem Kern 11a. Die primären
und sekundären Spulen sind elektrisch in Sparschaltung geschaltet, wie angegeben
in 19a, 20a, Zia, 22a und 23a. Der. Transformator ist derart gebaut, daß die sekundären
Spulen 15a, 16a, 17a und 18a eine hohe induktive Reaktanz besitzen.
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Die primären Spulen 13a und 14a werden. von einer Wechselstromquelle
24a gespeist, die irgendeine geeignete Spannung und Frequenz besitzen 'kann.
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Die Kondensatoren 6a und 7a sind derart in den sekundären Stromkreis
des Transformators geschaltet, daß .der Kondensator 6a in Reihe liegt mit den zwei
Röhren 8a und 9a, während der Kondensator 7a in Reihe liegt mit der Röhre 9a und,
im ebenschluß an die Röhre 8a.
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Aus dem Schaltschema gemäß Fig. 4 geht hervor, daß die primären Spulen
13a und 14a des Transformators 5a angeschlossen sind an .die Wechselstromquelle
24a mittels Leitungen 26a und 27a. Das
litik: Heide der Primärspule
13" ist ani @'erllit;r@ungspunkt 2o" verbunden mit der Leitung 261° und mit dem
rechten Ende der sekundären Spule 15a. Das rechte Ende der primären Spule 13a ist
in I911 verbunden finit dem linken Ende der primären Spule 1411. Das rechte Ende
der primären Spule i411 ist ein Verbindungspunkt 25a, verbunden mit der Leitung
27a. Das linke Ende der sekundären Spule i511 ist in 21a verbunden mit dem rechten
Ende -der sekundären Spule 1611, während das linke Ende dieser Spule 111
22a verbunden ist mit dem rechten Ende der sekundären Spule 1711. Das linke Ende
der sekundären Spule r711 ist in 23a verbunden mit dem rechten Ende der sekundären
Spule 1811. Das linke Ende der sekundären Spule 18a ist verbunden mit der Transformatorseite
des Kondensators 611 durch eine Leitung 29a und mit der Kondensatorseite des Kondensators
711 mittels einer Leitung 3o11, welche im Kreuzpunkt 3I11 mit der Leitung 29a verbunden
ist. Die Röhrenseite des Kondensators 611 ist durch die Leitung 32a mit der rechten
Elektrode cler Röhre e11 verbunden. Die linke Elektrode der 1Zölire 811 ist durch
die Leitung 33" mit der linken Elektrode der Röhre 911 verbunden. Die rechte Elcktrode
der Röhre ga-ist durch die Leiturig 34a verbunden mit dem rechten Ende der Spule
14a im Verbindungspunkt 25a. Die Röhrenseite des Kondensators 711 ist durch die
Leitung 35a verbunden finit der Leitung 33a im Verbindungspunkt 36a. Bei Durchsicht
dieses Verbindungsschemas für die Röhre 81' und 911 und die Kondensatoren 611 und
711 ist ersichtlich, daß der Kondensator 711 mit seinen Leitungen 3o11 und 35a einen
strombegrenzenden \elyeni*-eg bildet, durch welchen Strom in den Nebenschluß geführt
wird um die Röhre 811 herum und durch die Röhre 911.
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Bei Anwendung des Systems, dargestellt in den Fis. 3 und 4, wird die
Speisespannung zu den primären Spulen 13a und 14a geführt durch die Leitungen 2611
und 2711, danach durch Transformierung erhöht auf eilte höhere Spannung und den
Klemmen des sekundären Stromkreises zugeführt, worin die Röhren und Kondensatoren
aufgenommen sind. Diese höhere Spannung wird innerhalb der vorgeschriebenen maximalen
Grenzen gehalten, welche für einen sicheren Betrieb erforderlich, und diese Spannung
(ungefähr 45o bis 500 V für eine 4o-W-Röhre) stimmt überein mit der Spannung,
die im allgemeinen für in Nebenschluß geschaltete Leuchtröhren verwendet wird.
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Der strombegrenzende Kondensator 711 und seine Verbindungen 3o11 und
35a bilden einen Nebenweg oder Drosselverbindung mit hoher Impedanz, durch die ein
begrenzter Strombetrag im Nebenschlu1i tun die Röhre 811 herum geführt wird für
die sofortige Erzeugung eines ionisierten und leitenden Zustandes der Röhre 911.
Die Impedanz der Röhre 811 wird in dieser Weise auf einen Wert heruntergesetzt,
bei dein der Spannungsabfall in genannter 1Zölire verhältnismäßig gering ist ini
Vergleich zu Gier Spannung, die bedingt wird. um den ionisierten und leitenden Zustand
dieser Röhre herbeizuführen. Es ist leicht verständlich, daß der Kondensator 711
derart bemessen wird, daß seine kapazitive Recktanz oder Impedanz hoch :genug ist,
um den Nebenschlußstrom in der Röhre 9° auf einen Betrag zu begrenzen, der ausreicht,
uln den ionisierten und leitenden Zustand genannter Röhren zu erzeugen und aufrechtzuerhalten.
Wie weiter hervorgeht, ist die Begrenzung des Stromes, der der Röhre 911 zugeführt
wird, notwendig, um den maximalen Strom innerhalb geeigneter Grenzen zu halten.
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In dem ionisierten und leitenden Zustand der Röhre 911 ist die Spannung
zwischen den Elektroden der Röhre 811 direkt wirksam, um einen ionisierten und leitenden
Zustand der Röhre 811 herbeizuführen und genügend Strom durch den in Reihe geschalteten
Kondensator 611 und Röhren 811 und 911 fließen zu lassen, um den Strom auf einen
Betrag, wofür die Röhren bemessen sind, zu begrenzen. So wird z. B. im Fäll einer
4o-W-Röhre der Strom auf ungefähr 430 mA begrenzt.
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Aus obigem geht hervor, daß die Arbeitskennzeichen des Systems gemäß
Fig. 3 und 4 im großen und ganzen dieselben sind wie diejenigen des Systems gemäß
Fig. i und 2. Demgegenüber fällt auf, .daß ein bedeutendes Kennzeichen des Systems,
beschrieben in Fig. 3 und 4, darin besteht, daß die holte induktive Recktanz der
sekundären Transformatorspulen i511 bis 18a ausbalanciert ist gegenüber der hohen
kapazitiven Recktanz der Kondensatoren 611 und 7" für das Erreichen eines Rollen
Leistungsfaktors (über o,9). Ein anderer Vorteil dieses Systems ist, daß beide Röhren
ionisiert sind und fast augenblicklich aufleuchten hei einer Arbeitsspannung, die
nur etwas höher liegt als die Ionisierungsspannung einer einzigen Röhre; und hierdurch
können Ersparnisse in den Transformatorkosten erzielt werden.
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In Fig. 5 ist noch ein etwas geändertes System dargestellt, wobei
die Transformatorseite des Kondensators -11 durch die Leitung 30 verbunden
ist mit dem Verbindungspunkt 38a zwischen den sekundären Spulen 17a und 1811. Diese
Änderung Rat einen besseren Wirkuugsgrad des Systems zur Folge.
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Es wird klar sein, daß in den beschriebenen Ausführungsformen der
Erfindung noch verschiedene Änderungen angebracht werden können, ohne daß diese
außerhalb des Gebietes der Erfindung fallen.