-
.Anordnung zum Betrieb von 13ampfentladungsiamp.en von einem Stromsammler
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betrieb von Dampfentladungslampen von
einer Gleichstromquelle niedriger Spannung, insbesondere einem Stromsammler für
z. B. 32 Volt, wie er als Lichtstromquelle in Schienenfahrzeugen benutzt wird. Es
sind bereits Anordnungen vorgeschlagen worden, mit denen ein solcher Gleichstrom
in einen Wechselstrom entsprechend höherer Spannung umgeformt «erden kann, die aus
einem Wechselrichter bestehen, der seinerseits einen Pendelwechselrichter und einen
Transformator umfaßt. Diese Anordnungen haben jedoch verschiedene Nachteile, die
z. B. darin bestehen, daß beim gleichzeitigen Betrieb einer Gruppe von Lampen die
Steuerung nicht genügend anpassungsfähig ist, wenn eine kleinere Anzahl von Lampen
dieser Gruppe in Betrieb genommen wird. Das Gewicht und die Kosten derartiger Ausrüstungen
sind außerdem hoch, und das Flackern der Lampen bzw. stroboskopische Erscheinungen
sind weitere Mängel der bekannten Einrichtungen.
-
Die Erfindung, die auf diesem bekannten Stand der Technik aufbaut,
besteht darin, daß die Primärwicklung des Transformators mit einem Kondensator zu
einem Reihenresonanzkreis verbunden ist, der eine Änderung der Wellensteilheit des
im Primärkreis fließenden Wechselstromes im Sinne eines flacheren Verlaufes in.
der Nähe des Nulldurchganges und in dem Zeitraum bewirkt; in den die Unterbrechungszeiten
des mechanischen Wechselrichters fallen. Diese Betriebseinrichtung erfüllt
außer
der Aufgabe der Verminderung des Schalt-. feuers an dem mechanischen Wechselrichter
noch die Aufgabe, einen Ballastwiderstand zu schaffen. Durch die Erfindung wird
ferner bezweckt, die Wellenform des im Sekundärkreis fließenden Lampenstromes so
zu gestalten, daß der Durchgang durch die Nullinie möglichst in steilem Anstieg
erfolgt, wodurch ein - Flackern vermieden und der große Vorteil einer längeren Lebensdauer
der Lampe erzielt wird.
-
Weitere Einzelheiten seien an Hand der Zeichnung erläutert; deren
Fig. idieSchaltungsanordnungzeigt,währenddie Fig. 2 bis 4 Kurvenformen der primärseitigen
und sekundärseitigen Ströme darstellen.
-
Nach Fig. i wird der Gleichstrom des Stromsammlers i in eine Wechselspannung
mit Hilfe eines mechanischen Wechselrichters 2 umgeformt, der als umlau-fehder Wechselrichter
oder als -eine umschalterartig wirkende Einrichtung gebaut sein kann. Der Wechselrichter
2 hat in der Ausführung als Pendelwechselrichter zwei biegsame Kontakte 3 und 4,
die durch Isolierzwischenglieder 6 von einem Hebel 5 angetrieben werden, der einen
Magnetanker 9 trägt, welcher, mit dem Magneten io zusammenarbeitet. Die Kontakte
3 und 4 bewegen sich zwischen gegenüberliegenden Kontakten, welche an den Speisestromkreis
7 angeschlossen sind. Der Wechselrichtet 2 arbeitet mit einer zweckmäßigen Frequenz
von z. B. 6o Perioden in der Sekunde. Die durch den Wechselrichter 2 erzeugte Wechselspannung
bei sekundärem Leerlauf des Wechselrichters ist durch die Kurve A in Fig. 2 veranschaulicht,
sie hat rechteckige Wellenform mit Unterbrechungen zwischen den positiven und- negativen
Halbwellen. Der Stromkreis 7 speist eine Mehrzahl von einzeln anschaltbaren Lampenkreisen;
von denen in Fig. i nur zwei dargestellt sind. Jede Dampfentladungs-Lampe i2 wird
über ein Vorschaltgerät 13 gespeist, das einen Transformator mit zwei Kernteilen
14 und 15 hat, die durch einen Luftspalt 16 getrennt sind. Der Kern 14 trägt die
Primärwicklung 17 auf dem Mittelschenkel und hat beiderseits magnetische Nebenschlüsse
i8 zwischen dem Mittelschenkel..und den Außenschenkeln. Jeder dieser Nebenschlüsse
weist eine durch den Einschnitt i9 erzeugte Querschnittsverminderung auf. Der verengte
Querschnitt erhält eine höhere Sättigung, während-die Wellenspitzen in der Primärwicklung
17 wirksam sind. Der Kern 15 hat E-Form und trägt auf dem Mittelschenkel
die Sekundärwicklung 2o.
-
Mit der über den Schalter 21 von den Leitern 7 gespeisten Wicklung
17 ist ein Kondensator in Reihe geschaltet, und diese beiden Teile bilden miteinander
einen Resonanzkreis, der auf eine etwas höhere Frequenz als der Pendelwechselrichter
2 abgestimmt ist. Zu Beginn und am Ende einer jeden Stromhalbwelle im Resonanzkreis,
d. fi. wenn- der Primärstrom klein ist, haben die magnetischen Nebenschlüsse geringere
Sättigung, und daher ist die Induktivität des Resonanzkreises verhältnismäßig hoch,
und die resultierendeResonanzfrequenz ist gering. Während des größeren Teiles jeder
Halbwelle jedoch sind die Nebenschlüsse gesättigt, und dann ist die Induktivität
des Resonanzkreises niedrig und die resultierende Resonanzfrequenz hoch.
-
Die Dampfentladungslampe r2 ist mit der Sekundärwicklung 2o unter
Zwischenschaltung des Kondensators 22 in Reihe geschaltet, so daß die der Lampe
zugeführte Energie gemeinschaftlich durch die Sekundärwicklung, den Kondensator
22 und damit zusätzlich unmittelbar vom Primärkreis geliefert wird,-da der Kondensator
22 auch dem Primärkreis angehört. Die Entladungslampe kann eine solche bekannter
Art sein und besitzt z. B. Heiz-', elekfroden an den beiden Enden. Zum Aufheizen
der Elektroden bei Inbetriebsetzung der Lampe *.dient ein Kurzschlußschalter 24,
der zunächst geschlossen ist und geöffnet wird, wenn die Elektroden die erforderliche
Temperatur aufweisen. Das Zünden der Lampe erfolgt dann durch einen induktiven Stoß
der Sekundärwicklung. Zum Bedienen des Schalters 24 können beliebige Anordnungen
vorgesehen sein, die den Schalter schließen und-nacheiner bestimmten Zeit wieder
öffnen. Um -eine größere Gleichförmigkeit im Betrieb unabhängig von Spannungsänderungen
zu erreichen und -die Frequenzgrenzen des Resonanzkreises bei Laständerung a4frechtzuerhalten,
liegt im Nebenschluß zum Kondensator 22 eine Eisendrossel 26 in Reihe mit einem
Widerstand 27. Gewöhnlich arbeitet die Drossel mit geringer Sättigung, die jedoch
bei einem Spannungsanstieg zunimmt, wodurch die Impedanz des Nebenschlusses herabgesetzt
und die Wirkung des Spannungsanstieges am Kondensator 22 des Resonanzkreises ausgeglichen
wird. Der Nebenschluß verhütet außerdem eine wesentliche Änderung der Frequenz des
Resonanzkreises bei plötzlichen Laständerungen, beispielsweise beim Ausschalten
der Lampe.
-
In Fig. 2. ist mit 3o derjenige Zeitpunkt bezeichnet, in dem der Umschalter
2 in einer bestimmten Richtung geschlossenjwird und eine Stromhalbwelle durch den
Umschalter; die Leiter 7 und den Resonanzkreis geht. Wenn der Resonanzkreis auf
eine etwas höhere Frequenz als der Umschalter abgestimmt ist, entsteht im Resonanzkreis
nur eine Halbwelle; bevor der Umschalter wieder seine Kontakte öffnet. Diese Halbwelle
ist mit B bezeichnet, sie liegt zwischen den mit 30 und 31 bezeichneten Schließ-
und Öffnungszeiten des Umschalters. Während des größeren Teiles der Halbwelle sind,
wie vorher erläutert, -die Nebenschlüsse 18 gesättigt, während zu Beginn und am
Ende der Halbwelle die Sättigung in den magnetischen Nebenschlüssen gering ist.
Hierdurch tritt eine Änderung im Stromverlauf in der Nähe des Nulldurchganges im
Sinne eines flacheren Verlaufes der Stmomkurve ein, und die Wende-Übergangspunkte
zu kleineren Steilheiten sind mit 32 und 33 bezeichnet. Das Maß- der Steilheitsänderung
erreicht schließlich einen sehr geringen Wert, der sich durch den flachen Verlauf
der Kurvenform bei 34 (Fig. 3) zeigt. In dieser Fig. 3 ist in größerem Maßstabe
der entsprechende Teil der Kurve B dargestellt. Die Spannung ist zwischen den Punkten
38 und 39 praktisch gleich
Null, und da das Öffnen der Umsehalterkontakte
in diesen Bereich fällt, wird die Entstehung des Schaltfeuers an den Kontakten wirksam
vermieden. Es erübrigt sich demgemäß eine besondere Steuerung, um die Unterbrechung
in ganz bestimmte Zeitpunkte zu legen. Auch geringe Abweichungen in der Frequenz
des Umschalters bzw. des Resonanzkreises werden somit ausgeglichen. Wenn der Umschalter
2 die gegenüberliegenden Köntakte schließt, etwa bei 35 gemäß Fig. 2, entsteht im
Primärkreis eine Halbwelle entgegengesetzter Polarität, die mit B' bezeichnet ist.
-
Die Kennlinie C veranschaulicht die Wellenform des durch die Entladungslampe
im Sekundärkreis fließenden Stromes, der zum Teil von der Sekundärwicklung des Transformators
und zwischen den Zeitpunkten 36 und 37 von dem Kondensator 22 geliefert wird. Beim
Nulldurchgang hat die Stromkurve im Sekundärkreis einen sehr steilen Anstieg, was
zur Folge hat, daß ein Flackern der-Lampe sehr wesentlich herabgedrückt wird. Wie
bereits ausgeführt, zeigen die Kurven B und B' die Kurvenform des
den Speiseleitungen 7 entnommenen Stromes während4er Betriebszeit der Lampe. Wird
jedoch die Lampe abgeschaltet, so wird die Wellenform dieses Stromes etwas spitzer,
wie beispielsweise in Fig.4 durch die Linie B". angedeutet ist. Trotzdem bleibt
der flache Kurvenverlaurf in der Nähe der Nullinie im wesentlichen der gleiche;
ebenso wie beim Inbetriebnehmen der Lampe durch Einlegen des Kurzschlußschalters
24. Dieser Verlauf in der Wellenform bleibt also bei allen möglichen Schaltzuständen
der Lampen annähernd derselbe.