HU183859B

HU183859B - Electric device containing at least one low-pressure mercury-arc discharge tube

Info

Publication number: HU183859B
Application number: HU82845A
Authority: HU
Inventors: Leonard Woldring
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1981-03-23
Filing date: 1982-03-19
Publication date: 1984-06-28
Also published as: JPS57170498A; EP0061796A1; DE3263991D1; US4443739A; NL8101408A; CA1178651A; EP0061796B1; BR8201576A

Description

A találmány tárgya elektromos eszköz, amely legalább egy kisnyomású higanygőz kisülési csövet tartalmaz, és két bemeneti csatlakozója van, amelyek 50—60 Hz-es frekvenciájú, váltakozó feszültségforrásra csatlakoztathatók, és amely két bemeneti csatlakozó közé legalább a kisnyomású higanygőz kisülési cső, egy kondenzátor és egy tekercs soros kapcsolása van kapcsolva, a kondenzátor impedanciája az említett frekvencián nagyobb, mint a tekercs impedanciája, és működés közben a soros kapcsolás részét képező kisnyomású higanygőz kisülési cső(vek) (teljes) ívfeszültsége a bemeneti csatlakozók névleges feszültségének 80 és 110%-a között van.

Egy ilyen ismert típusú elektromos eszköz ismert például a 7.415.839 számú holland szabadalmi bejelentésből. Ennek az ismert eszköznek az a hátránya, hogy egy második tekercset is tartalmaz. Ez a második tekercs a kisülési csővel (vagy csövekkel) párhuzamosan van kapcsolva. A kisülési cső(vek) működése közben ez a második tekercs az elektromos eszköz járulékos elektromos veszteségét okozza.

A találmány elé célul tűztük ki egy olyan elektromos eszköznek a kidolgozását, amilyet a bevezetőben körülírtunk, és amelynél működés közben nem szükséges párhuzamos tekercs alkalmazása, és ily módon az elektromos veszteségek kicsik maradnak.

A találmány szerint az elektromos eszköz legalább egy kisnyomású higanygőz kisülési csövet tartalmaz, és két bemeneti csatlakozója van, amelyek 50—60 Hz-es frekvenciájú, váltakozó feszültségforrásra csatlakoztathatók, és amely két csatlakozó közé legalább a kisnyomású higanygőz kisülési cső, egy kondenzátor és egy tekercs soros kapcsolása van kapcsolva, a kondenzátor impedanciája az említett frekvencián nagyobb, mint a tekercs impedanciája, és a találmány szerint az elektromos eszköz soros kapcsolásában két kisnyomású higanygőz kisülési cső van, az egyes kisnyomású higanygőz kisülési csövek körhenger alakúak, belső átmérőjük 24 mm, a kisülési csőben legalább 50 atom% kriptont tartalmazó nemesgáz van, amelynek töltési nyomása 100—300 Pa.

Működés közben a soros kapcsolás részét képező kisnyomású higanygőzcsövek teljes ívfeszültsége a bemeneti csatlakozók névleges feszültségének 80 és 100%-a között van, és a soros kapcsolás részét képező kisnyomású higanygőz kisülési cső elrendezés olyan, hogy:

a) a 82-es számú IEC közlemény szerinti referencia balaszttal működtetve a lámpa a értéke 0,5 és 0,85 közé esik, ha a referencia ballaszt és a kisnyomású higanygőz kisülési cső által alkotott soros áramkör két vége közötti effektív feszültség hozzávetőlegesen a kisülési cső ívfeszültségének kétszerese,

b) valamint az elektromos eszköz bemeneti csatlakozói között a névleges feszültség jelenléte esetén a szükséges újragyújtási feszültség az elektromos eszköz bemeneti csatlakozói közötti névleges effektív feszültségnek keve170 sebb, mint _— ^θι _{n az} elektromos eszköz soros kapcsolásában lévő kisnyomású higanygőz kisülési csövek száma.

Ennek az elektromos eszköznek az az előnye, hogy a kisülési cső(vek) működése közben nem szükséges párhuzamos tekercset alkalmazni, és ily módon az elektromos veszteségek kicsik maradnak. Egy további előny, hogy — a párhuzamos tekercs hiányának ellenére — a kisülési cső(vek) mégis működésben maradnak, az elektromos eszköz bemeneti csatlakozói közötti névleges feszült2 ség kis ingadozásai esetén is. Ezt az alábbiakban részletesebben is ismertetjük. Először azonban a hivatkozott IEC közleményt és a lámpa a fogalmát fogjuk ismertetni.

A fent említett 82-es számú IEC (International Electrotechnical Commission) közlemény címe: „Ballasztok csőalakú fluorescens lámpákhoz” („Ballasts pour lampes tubulaires a fluorescence”), 1980., 4. kiadás. Részletesebben: egy referencia ballaszt egy olyan induktív ballaszt, amelynek lényegében a rajta lévő feszültségnek és a rajta átfolyó áramnak az aránya állandó.

a alatt értjük a következő hányadost:

π

I. V.

ahol:

i a kisülési csövön keresztül folyó pillanatnyi áram amperben;

v a kisülési csövön fellépő pillanatnyi feszültség értéke; w = 2Πί, ahol/a frekvencia Hz-ben, t az idő másodpercben;

I a kisülési csövön átfolyó effektív áram értéke amperben, és

V a kisülési csövön megjelenő effektív feszültség értéke.

a az elektromos áram torzítási tényezője, amely arra a körülményre vonatkozik, hogy a kisülési csőnek másmilyen az elektromos terhelése, mint például egy ohmos ellenállásnak. Az „ol-t például W. Elenbaas, Philips Technical Library, 1971., 108. oldalán megjelent • Fluorescent lamps” című cikk ismerteti. A kisülési csövön megjelenő, gyakorlatilag állandó v feszültségnek és a kisülési csövön átfolyó i áram szinuszos változásának a kombinációjakor a lámpa a értéke 0,9-et tesz ki.

Referencia ballasztról működtetve kisebb lámpa a értéket például úgy kaphatunk, hogy a kisülési cső keresztmetszetét kisebbre választjuk. Más módon, a kisülési csövet feltölthetjük például üveggyapottal. Ez megismerhető például a 163.669. számú holland szabadalmi leírásból.

A ,,szükséges újragyújtási feszültség” alatt azt a legkisebb, a kisülési csövön fellépő pillanatnyi feszültséget értjük, amelynek a kisülési csövet tápláló feszültség valamennyi félperiódusában meg kell jelennie ahhoz, hogy a kisülési cső újragyújtson. A találmány szerinti elektromos elrendezésben a kisülési cső a hálózati feszültség pillanatnyi értéke, és a ballaszt kondenzátorán visszamaradó feszültség kombinációjával gyújt újra. A kisnyomású higanygőz kisülési cső szükséges újragyújtási feszültsége többek között a töltőgáz összetételétől függ, amely például nemesgázok keveréke. A töltőgáz nyomása szintén befolyásolja a szükséges újragyújtási feszültséget.

Az alábbiakban a találmányi gondolatot ismertetjük. A már hivatkozott 7.415.839. számú holland szabadalmi bejelentésben ismertetett elektromos eszközben alkalmazott második tekercsnek az a feladata, hogy a tápfeszültség valamennyi félperiódusában olyan magas feszültség jelenjen meg a kisülési csövön, hogy az újragyújtson, valahányszor az áram a 0 értéken áthalad.

Meglepő módon azt találtuk, hogy a találmány szerinti elektromos eszközben a kisülési cső könnyen újragyújt, annak ellenére, hogy nem alkalmazzuk a második tekercset. Ez annak az eredménye, hogy a kondenzátoron

-2τ

183 859 viszonylag magas feszültség marad röviddel a kisülési csövön átfolyó áram nullátmenete után. Ezt annak a hatása eredményezheti, hogy az illető kisülési cső áramának nullátmenetekor kicsi a lámpa a értéke, és 0,5—0,85 közé esik, és ily módon nagy az ohmos ellenállása. Ennek következtében megszűnik a kondenzátor kisülése, és a hálózati feszültség pillanatnyi értéke, valamint a kondenzátoron visszamaradó feszültség értéke közt adódik egy rövid időre, ameddig a kisülési csövön meg nem jelenik a szükséges újragyújtási feszültség. Ennek hatására a kisülési cső újragyújt. Ha a lámpa a értéke a 0,85 értéket meghaladja, akkor a lámpa nem gyújt be újra, vagy legalábbis sokkal kevésbé megbízhatóan. Ha a lámpa a értéke kisebb, mint 0,5, akkor annak az a hátránya, hogy a rendszer hatásfoka például lumen/watt-ban kifejezve viszonylag kisebb lesz.

A találmány szerinti elektromos eszközzel alkalmazott kisülési csőhöz szükséges újragyújtási feszültség a fentiekben a b) pont alatt ismertetett feltételeknek megfelelően egy előre meghatározott érték alatt kell maradnia. A szükséges újragyújtási feszültségnek kisebb értéken kell maradnia annál a feszültségnél, amely a kisülési cső újragyújtásához rendelkezésre áll. A rendelkezésre álló feszültség függ többek között a soros kapcsolásban lévő kisülési csövek n számától. Ez a feszültség annál kisebb, minél nagyobb az n értéke.

A találmány szerinti elektromos eszköz bemeneti csatlakozói közötti feszültségnek a névleges feszültségtől való kis eltérése esetén a kisülési cső(vek) üzemben maradnak.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezéshez viszonylag alacsony lámpa α-val rendelkező, és viszonylag alacsony szükséges újragyújtási feszültséggel rendelkező kisnyomású higanygőz kisülési csövet választottunk. Azt találtuk, hogy a névleges bemeneti feszültségtől való kismértékű eltérések esetén a kisülési cső nem alszik ki.

Megjegyzendő, hogy olyan elektromos eszköz, amely nagynyomású higanygőz kisülési csövet tartalmaz, és két bemeneti csatlakozója van, amely bemeneti csatlakozók 50—60 Hz-es frekvenciájú, váltakozó feszültségforrásra csatlakoztathatók, és amely bemeneti csatlakozók közé legalább egy nagynyomású higanygőz kisülési cső, egy kondenzátor és egy tekercs soros kapcsolása van kötve, és amellyel a kondenzátor impedanciája a fent említett frekvencián meghaladja a tekercs impedanciáját, továbbá működés közben a nagynyomású higanygőz kisülési cső ívfeszültsége lényegében egyenlő a bemeneti csatlakozók közötti feszültséggel, és a nagynyomású higanygőz kisülési cső szükséges újragyújtási feszültsége egy meghatározott érték alatt van, önmagában ismert a 487.469. számú angol szabadalmi leírásból. Ez a szabadalmi leírás azonban nem kisnyomású higanygőz kisülési csőre, hanem nagynyomású higanygőz kisülési csőre vonatkozik. Ezen túlmenően az említett angol szabadalmi leírás nem ad semmilyen útmutatást arra vonatkozóan, hogy a hálózati feszültség változásai miként befolyásolják a kisülési cső folyamatos működését.

A találmány szerinti elektromos eszközben a tekercs impedanciája a megadott frekvencián olyan kicsi, és következésképpen a soros kapcsolás részét képező egyes kisnyomású higanygőz kisülési csöveken átfolyó áram értéke olyan nagy, hogy a bemeneti csatlakozókon lévő névleges feszültség melletti működés közben a kisülési csőben a higanygőz nyomása 0,4 és 2 Pa között van, és a kisülési cső ívfeszültség-higanygőz nyomás karakterisztikája olyan, hogy maximuma 0,4 és 2 Pa nyomástartományon belül van.

Ennek az az előnye, hogy szokásos hálózati feszültségingadozáson belül (a névleges hálózati feszültségnek 90 és 110% tartományon belüli) a kisülési cső nagyon megbízható újragyújtása biztosítható. További előny, hogy a fényhatásfok (például lumen/watt-ban kifejezve) viszonylag nagy.

Megjegyzendő, hogy kisnyomású higanygőz kisülési csőben ismeretes, hogy az elektromos energiának sugárzási energiává történő átalakításának optimuma hozzávetőlegesen 0,75 Pa biganygőznyomás mellett biztosítható.

Elképzelhető az is, hogy a találmány szerinti elektromos eszköz olyan kisnyomású higanygőz kisülési lámpával működik, amelyben amalgám van.

A találmányt az alábbiakban a mellékelt ábrákon bemutatott kiviteli példák kapcsán ismertetjük részletesebben, ahol az

1. ábra egy találmány szerinti elektromos eszköz kiviteli alakját mutatja, amelyben két, sorba kapcsolt kisnyomású higanygőz kisülési cső van; a

2. ábra az 1. ábrán bemutatott kisülési cső elrendezés ívfeszültség-higanygőznyomás karakterisztikáját mutatja.

Az 1. ábrán a találmány szerinti elektromos eszköznek egy kiviteli alakja látható, amelynek 40 és 41 bemeneti csatlakozója van. A 40 és 41 bemeneti csatlakozók 50 Hz-es, 220 V-os névleges feszültségforrásra kapcsolhatók. A 40 és 41 bemeneti csatlakozók közé a 43 kondenzátorból, 44 tekercsből és két kisnyomású higanygőz 45 és 46 kisülési cső soros kapcsolása csatlakozik, amely 45 és 46 kisülési csövek egymással sorban vannak kapcsolva. A 45 és 46 kisülési csövek mindegyikének két előfuthető 47, 48 és 49,50 elektródája van. A 47 és 50 elektródák egy 60 gyújtóval vannak összekötve. Az alábbiakban a 60 gyújtó felépítését ismertetjük.

A 60 gyújtónak hat A, B, C, D, E, F bemenő csatlakozója van. Az A bemenő csatlakozó a 44 tekercs és a 47 elektróda közös pontjára van kötve. A B bemenő csatlakozó a 47 elektródának ahhoz a kivezetéséhez csatlakozik, amely a 40 bemeneti csatlakozóhoz képest a távolabbi oldalon van. A C bemenő csatlakozó a 48 elektródához van kötve, a D bemenő csatlakozó a 49 elektródához csatlakozik. Az E bemenő csatlakozó az 50 elektródának ahhoz a kivezetéséhez csatlakozik, amely a 41 bemeneti csatlakozóhoz képest távolabb esik. Az F bemenő csatlakozó a 41 bemeneti csatlakozóhoz van kötve.

Az A és C bemenő csatlakozók egymással 70 kondenzátoron keresztül össze vannak kötve.

A B és E bemenő csatlakozók közé egy 72 feszültséglökés-csillapító, valamint egy első 73 diódahíd csatlakozik. A B és E bemenő csatlakozók egymással egy 74 kondenzátor, 75 ellenállás, egy második 76 diódahíd, egy 77 ellenállás és egy 78 kondenzátor soros kapcsolásán keresztül van összekötve.

Az első 73 diódahíd kimenő csatlakozói közé van kapcsolva egy 79 ellenállásnak, egy transzformátor 80 tekercsének és egy 81 tranzisztornak a soros kapcsolása. A transzformátornak egy további 82 tekercse a 81 tranzisztor emitter-bázisa közé csatlakozik. Ez a bázis-emitter egy 83 ellenállással is össze van kötve.

A 81 tranzisztor bázisa egy további 85 tranzisztor kollektorával, egy 84 kétirányú küszöbelemen (szilícium bilaterális kapcsolón) keresztül össze van kötve. Ennek a további 85 tranzisztornak az emittere a 81 tranzisztor emitterével össze van kötve.

183 859

A 79 ellenállásból, 80 tekercsből és 81 tranzisztorból álló soros kapcsolással párhuzamosan kapcsolódik egy további, második soros áramkör, amelyben 86 ellenállás,

Zener dióda és 88 kondenzátor kapcsolódik sorba, továbbá egy harmadik soros áramkör is, amely 89 és 90 ellenállásokból áll.

A 87 Zener dióda és a 88 kondenzátor csatlakozási pontja közé 91 ellenállás van kötve, amelynek másik vége a 85 tranzisztor kollektora és a 84 kétirányú küszöbelem közös pontjára csatlakozik. A 89 és 90 ellenállások 1 közötti csatlakozási pont egy 92 diódához van kötve.

A második 76 diódahíd kimeneti kapcsai közé 93 és 94 ellenállások soros kapcsolása csatlakozik. A 94 ellenállással 95 kondenzátor kapcsolódik párhuzamosan. Ennek a második 76 diódahídnak a két kimeneti csatlakozója egy 1 soros kapcsolással van összekötve, amelyben 96 dióda, 97 Zener dióda és 98 ellenállás van egymással sorba kapcsolva. A 98 ellenállás a 85 tranzisztor bázisát és emitterét köti össze. A 92 dióda katódja a 96 dióda és 97 Zener dióda közös pontjára csatlakozik.

A fentiekben ismertetett 60 gyújtó hasonlóságot mutat a 7.502.053. számú holland szabadalmi bejelentésben ismertetett gyújtóhoz.

A 60 gyújtó először egy sorozat kis csúcsfeszültségű újragyújtó impulzust állít elő, majd ezt követően egy sorozat nagy csúcsértékű gyújtóimpulzust. A 60 gyújtó működésen kívül kerül egy bizonyos idő eltelte után, annak eredményeképpen, hogy a 85 tranzisztor vezetővé válik.

Egy gyakorlati kiviteli alaknál a 43 kondenzátor értéke hozzávetőlegesen 3,7 gF, és a 44 tekercs induktivitása mintegy 1,3 H.

A 45 és 46 kisülési csöveket referencia ballasztról működtetve a lámpa a értéke mintegy 0,8-et tesz ki.

A 70 kondenzátor értéke hozzávetőlegesen 68 nF.

A 71 kondenzátor értéke hozzávetőlegesen 22 nF.

A 74 kondenzátor értéke hozzávetőlegesen 100 nF.

A 78 kondenzátor értéke hozzávetőlegesen 100 nF.

A 95 kondenzátor értéke hozzávetőlegesen 15 μΡ.

A transzformátor 82—80 tekercseinek menetszámaránya hozzávetőlegesen 1:1.

A 75 ellenállás értéke hozzávetőlegesen 270 kOhm.

A 77 ellenállás értéke hozzávetőlegesen 270 kOhm.

A 86 ellenállás értéke hozzávetőlegesen 20 kOhm.

A 89 ellenállás értéke hozzávetőlegesen 360 kOhm.

A 90 ellenállás értéke hozzávetőlegesen 10 kOhm.

A 91 ellenállás értéke hozzávetőlegesen 22 kOhm.

A 93 ellenállás értéke hozzávetőlegesen 1,5 kOhm.

A 94 ellenállás értéke hozzávetőlegesen 120 kOhm.

A 98 ellenállás értéke hozzávetőlegesen 22 kOhm.

A 87 Zener dióda Zener feszültsége hozzávetőlegesen 180 V.

A 97 Zener dióda Zener feszültsége hozzávetőlegesen 15 V.

Ennél a kiviteli alaknál a lámpa árama hozzávetőlegesen 475 milliamper.

A szükséges újragyújtási feszültség az egyes kisülési 170 csöveknél kevesebb, mint 220 V-nak a %-a= 187 V (n = 2 ebben az esetben).

A rendszer hatásfoka hozzávetőlegesen 90 Iumen/watt.

A 2. ábrán a 180 görbe az 1. ábra szerinti kiviteli alak 45 és 46 kisülési csöveinek teljes B ívfeszültségét mutatja V-okban, a P higanygőznyomás függvényében (Pa-ban). 5 A 2. ábrán feltüntettük a kisülési cső fala leghidegebb helyének T hőmérsékletét °C-ban. A 2. ábrán a 0,4 és 2 Pa határokat szaggatott vonalakkal jelöltük. Ebből az ábrából látható, hogy az ívfeszültségnek maximuma van az említett higany gőznyomás-tartományon belül.

A 180 görbén megkeresztezett rész jelöli a működési pontot abban az esetben, ha az 1. ábra szerinti elektromos eszköz 40 és 41 bemeneti csatlakozói között 50 Hz-es, 200 V-os névleges feszültség van jelen.

A fentiekben ismertetett két elektromos eszköznek 2 5 csak kis ballasztja és gyújtója van, és az újragyújtás megbízhatóan bekövetkezik akkor is, ha a hálózati feszültség ± 10 %-os intervallumon belül ingadozik.

Elképzelhető az is, hogy a találmány szerinti elektromos eszköz olyan lámpaegységhez is alkalmazható, mint 30 amilyent például a 7.906.203. számú holland szabadalmi bejelentés ismertet.

Claims

Szabadalmi igénypont

Elektromos eszköz, amely legalább egy kisnyomású higanygőz kisülési csövet tartalmaz és két bemeneti csatlakozója van, amelyek 50—60 Hz-es frekvenciájú, váltakozó feszültségforrásra csatlakoztathatók, és amely két 40 bemeneti csatlakozó közé legalább a kisnyomású higanygőz kisülési cső, egy kondenzátor és egy tekercs soros kapcsolása van kapcsolva, a kondenzátor impedanciája az említett frekvencián nagyobb, mint a tekercs impedanciája, azzal jellemezve, hogy az elektromos eszköz soros 45 kapcsolásában két kisnyomású higanygőz kisülési cső (45, 46) van, az egyes kisnyomású higanygőz kisülési csövek (45, 46) körhenger alakúak, belső átmérőjük 24 mm, a kisülési csőben (45, 46) legalább 50 atom% kriptont tartalmazó nemesgáz van, amelynek töltési nyo50 mása 100—300 Pa.