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Vorschaltgerät für Gasentladungslampen . Die Erfindung betrifft ein
Vorschaltgerät-für Gas-. entladungslampen unter Verwendung eines im Leerlauf im
magnetisch übersättigten Gebiet arbeitenden Konstantspannungstransformators, zu
dessen einer Wicklung ein Resonanzkondensator parallel geschaltet ist und bei dem
zwischen Primär- und Sekundärwicklung ein Streuflußweg erhöhten magnetischen Widerstandes
derart vorgesehen ist, daß ein Teil des Magnetflusses eine Wicklung unter Ausschluß
der anderen durchsetzen kann.
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Es ist üblich, Gasentladungslampen, insbesondere röhrenförmige Lampen
für Reklamezwecke u. dgl., über einen Streufeldtransformator zu speisen. Es sind
dies Transformatoren mit einer stark lastabhängigen Ausgangsspannung, welche ein
stabiles Arbeiten der Gasentladungslampe mit ihrer negativen Strom-Spannungs-Kennlinie
bei einem bestimmten Strom ermöglichen. Diese Transformatoren sind so ausgelegt,
daß die Sekundärspannung im Leerlauf für die Zündung der Gasentladungslampe ausreichend
hoch ist und bei Betrieb der Lampe mit dem gewünschten Lampenstrom auf die Brennspannung
abfällt.
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Um den Arbeitspunkt bei derartigen Transformatoren verändern zu können,
ist ein veränderbarer Streupfad vorgesehen. Ein solcher veränderbarer Streupfad
ist insbesondere dann erforderlich, wenn der Transformator für Gasentladungslampen
verschiedener Entladungsweglängen, z. B. für einzelne oder mehrere hintereinandergeschaltete
Leuchtröhren, verwendet werden soll, da die Röhren mit einem vorbestimmten Strom
betrieben werden müssen, der sich in Abhängigkeit von der Entladungsweglänge einstellt.
Der verstellbare Streupfad ist sehr nachteilig, da er verhältnismäßig aufwendig
ist und starke akustische Brummgeräusche bewirkt, die durch besondere Mittel gedämpft
werden müssen. Außerdem haben die bekannten Streufeldtransformatoren einen großen
Blindstrombedarf, der durch Zuschalten von Kondensatoren geeigneter Größe auf der
Primärseite kompensiert werden muß. Derartige primärseitig angeordnete Kondensatoren
sind insbesondere dann nachteilig, wenn zur Steuerung von Beleuchtungsanlagen od.
dgl. auf die Netzleitung Hochfrequenzsignale oder Mittelfrequenzsignale gegeben
werden. In diesen Fällen sind in der Netzzuleitung Schutzdrosselspulen erforderlich.
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Es sind ferner magnetische Spannungskoiistanthalter unter Verwendung
von Streufeldtransformatoren mit zu einer Wicklung parallelgeschaltetem Resonanzkondensator
bekannt, die zur Speisung von Gasentladungslampen verwendet werden können, und zwar
zu dem Zweck, die Speisespannung der Gasentladungslampe -konstant zu halten
und damit Helligkeitsschwankungen der Lampe auszuschalten. Damit dies erreicht wird,
muß der Spannungskonstanthalter der zu speisenden Gasentladungslampe hinsichtlich
Nennstrom -und Brennspannung angepaßt werden, d. h., der Spannungskonstanthalter
ist nur im Zusammenhang mit einer Gasentladungslampe bestimmter Konstruktion verwendbar.
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Es ist auch allgemein ein Konstantspannungs-Transformator bekannt,
der im Leerlauf im magnetisch übersättigten Gebiet arbeitet und zu dessen einer
Wicklung ein Resonanzkondensator parallel geschaltet ist und bei dem zwischen Primär-
und Sekundärwicklung ein Streuflußweg erhöhten magnetischen Widerstandes derart
vorgesehen ist, daß ein Teil des Magnetflusses eine Wicklung unter Ausschluß der
anderen durchsetzen kann. Die Ausgangskennlinie dieses Transformafors weist einen
Abschnitt konstanter Spannung und einen anschließenden Strombegrenzungsteil auf,
d. h., es wird bis zu einer bestimmten Belastung die Ausgangsspannung konstant gehalten,
während von dieser bestimmten Belastung an die Spannung so herabgesetzt wird, daß
der Ausgangsstrom nicht wesentlich ansteigen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorschaltgerät der eingangs
genannten Art zu schaffen, das für Lampen unterschiedlicher Brennspannung ohne zusätzliche
Stabilisierungselemente verwendbar ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erweicht,
daß der Transformator- so ausgebildet und ausgelegt ist, daß der Ausgangsstrom zwischen
Kurzschluß der Ausgangsklemmen und einer nur etwa 10 % unterhalb der Leerlaufspannung
liegenden Betriebsspannung auf dem Lampen-Nennstrom konstant gehalten wird. Der
Transformator wird also mit einem solchen Strom belastet, daß er gerade in dem Kennlinienknick
arbeitet. Da sich hier die Ausgangsspannung in Abhängigkeit yöm Belastungsstrom
außerordentlich
stark ändert, paßt sich die Ausgangsspannung der für die angeschlossenen Lampen
erforderlichen Spannung an, sofern Lampen mit bestimmtem Nennstrom verwendet werden.
Das Vorschaltgerät gemäß der Erfindung kann also, sofern Lampen mit einem bestimmten
Nennstrom verwendet werden, zur Speisung von Lampen unterschiedlicher Brennspannungen,
z. B. auch für eine oder für mehrere in Reihe geschaltete Lampen, Anwendung finden,
soweit die für den Betrieb der Lampen erforderliche Gesamtspannung einen maximalen
Wert nicht überschreitet. Dabei sind zusätzliche Stabilisierungselemente nicht erforderlich.
Eine Änderung des für den Betrieb der zu speisenden Gasentladungslampe erforderlichen
Ausgangsstromes ist dabei in einfacher Weise durch Änderung der Anschlüsse der Netzzuleitung
an die Primärwicklung oder der Anschlüsse des Resonanzkondensators an die Resonanzwicklung
möglich.
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Der Resonanzkondensator wird vorzugsweise der Sekundärwicklung des
Konstantspannungs-Transformators parallel geschaltet. Der Konstantspannungs-Transformator
kann zwei Sekundärwicklungen aufweisen, von denen eine an den Resonanzkondensator
und die zweite an die Leuchtstofflampe angeschlossen ist. Es können auch zwei sekundärseitig
gegensinnig in Reihe geschaltete Konstantspannungs-Transformatoren vorgesehen sein,
wobei der Verbindungspunkt der beiden Sekundärwicklungen geerdet ist. Auf diese
Weise läßt sich eine hohe Spannung zur Speisung von Gasentladungslampen erreichen,
ohne daß die Spannung gegen Erde einen unzulässigen oder einen unerwünschten Wert
überschreitet.
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Die Sekundärwicklungen des Konstantspannungs-Transformators können-
räumlich getrennt auf dem Transformatorkern angeordnet sein, wobei vorzugsweise
diese Sekundärwicklungsteile je auf einem Schenkel eines U-förmigen- Kernteiles
aufgebracht sind.
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Insbesondere bei Verwendung von Lamellen mit magnetischer Vorzugsrichtung
für den Transformatorkern, z. B. bei Verwendung eines Schnittbandkernes, läßt sich
das Vorschaltgerät mit sehr kleinen Abmessungen und geringem Aufwand herstelle,
so daß z. B. bei Reklameröhren jeder Röhre bzw. einer bestimmten Röhrenlänge ein
Vorschaltgerät zugeordnet werden kann. Vorzugsweise wird die Ausgangsspannung des
Geräts gegen Erde unterhalb 1000 Volt gewählt, in . welchem Fall die für Niederspannungsanlagen
vorgeschriebene Isolation ausreicht.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 ein. Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen
Vorschaltgeräts, Fig.2 ein Prinzipschaltbild eines. Vorschaltgeräts mit zwei in
Reihe geschalteten Transformatoren, F i g. 3 ein Schaltbild -eines erfindungsgemäßen
Vorschaltgeräts mit mehreren Anschlüssen zur Ver-° änderung des Lampenstromes, F
i g. 4 eine grafische Darstellung der Ausgangskennlinie eines Vorschaltgeräts, z.
B: nach F i g. 3, F i g. 5 a und 5 b grafische Darstellungen des Verlaufes der Ausgangsspannung
und des Ausgangsstromes bei einsetzendem Zündvorgang der Leucht stoftlampe, und
zwar 5 a bei kalter Lampe und 5 b bei betriebswarmer Lampe, F i g. 6 a und 6 b ein
Ausführungsbeispiel des Vorschaltgeräts in Seitenansicht (6 a) und in Draufsicht
(6 b), F i g. 7 a und 7 b eine weitere Ausführungsform des Vorschaltgeräts in Seitenansicht
(7 a) und in Draufsicht (7b).
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In F i g. 1 ist mit 10 der Hauptkern eines Konstantspannungs-Transformators
bezeichnet. 11 ist das Streujoch dieses Transformators. 12 ist die Primärwicklung
und 13 und 15 zwei auf dem Hauptkern 10 angeordnete Sekundärwicklungen. An die Sekundärwicklung
13 (Resonanzwicklung) ist der Resonanzkondensator 14 angeschlossen. An die-Sekundärwicklung
15 (Arbeitswicklung) ist die Gasentladungslampe, z. B. eine oder mehrere Leuchtstoffröhren
16, angeschlossen. Es handelt sich hier um eine Schaltung, bei welcher ein etwa
auf Netzfrequenz abgestimmter Resonanzkreis mit übersättigter Eisenkerninduktivität
mit einer im wesentlichen ungesättigten Eisenkerninduktivität zusammenwirkt. Derartige
Schaltungsanordnungen haben die Eigenschaft, den Einfuß von Schwankungen der Netzspannung
auf die Ausgangsspannung in weiten Grenzen auszugleichen.
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Die Ausgangsspannung des Vorschaltgeräts wird vorzugsweise bis 1000
Volt oder darunter gewählt, damit die einfache Niederspannungsisolation verwendet
werden kann.
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Bei dem Vorschaltgerät nach F i g. 2 sind zwei gleichartige Transformatoren
der in F i g. 1 gezeigten Art verwendet. Die Sekundärwicklungen 15 und 15' sind
miteinander gegensinnig in Reihe geschaltet. Der gemeinsame Verbindungspunkt 17
der beiden Sekundärwicklungen 15 und 15' ist geerdet. Da die Ausgangsspannung der
Transformatoren je 1000 Volt beträgt, steht insgesamt eine Ausgangsspannung von
2000 Volt zur Verfügung, während die Spannung gegen Erde, die für die Ausführung
der Isolation entscheidend ist, nur 7.000 Volt beträgt.
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Bei dem Gerät nach F i g. 3 ist mit 20 der Haupt-.kern und mit 21
das Streujoch des Transformators bezeichnet. 22 ist die Primärwicklung mit den Klemmen
22 a, 22 b, 22 c, 22 d. Die Sekundärwicklung weist mehrere Anzapfungen auf,
die an die Klemmen 23 a, 23 b, 23 c und 23 d geführt sind. 24 ist der Resonanzkondensator,
der einerseits an die Klemme 23 a fest angeschlossen ist und andererseits mit der
Zuführung 24 a wahlweise an eine der Klemmen 23 b oder 23 c geführt werden kann.
25 ist die Leuchtstofflampe.
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Bei normalem Betrieb wird die Netzzuleitung an die Klemmen
22 a und 22 c der Primärwicklung 22
angeschlossen. Durch Anschluß
der veränderbaren Netzzuleitung an die Klemme 22 b wird eine Erhöhung und durch
Anschluß der beweglichen Netzzuleitung ' an die Klemme 22 d eine Verringerung des
Lampenstromes erreicht.
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Durch Änderung der Zuleitung 24a von der Klemme 23 b an die Klemme
23 c oder umgekehrt ist ein Ausgleich in bezug auf die Kapazitätstoleranz des Kondensators
24 möglich. Gleichzeitig tritt damit auch eine Veränderung des Lampenstromes ein.
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F i g. 4 zeigt die Spannungsstrom-Kennlinie eines erfindungsgemäßen
Vorschaltgeräts. Wie die Kennlinie ohne weiteres erkennen läßt, wird die Ausgangsspannung
in einem weiten Bereich unabhängig vom Ausgangsstrom konstant gehalten. Nach Erreichen
eines bestimmten Stromwertes sinkt die Spannung sehr stark ab; so d'aß ein bestimmter
Stromwert
nicht überschritten werden kann. Der Transformator ist
so ausgelegt, daß der maximale Ausgangsstrom dem Lampenstrom entspricht. Es können
dann mit einem solchen Transformator beliebig viele Leuchtröhren betrieben werden,
vorausgesetzt, daß die Gesamtbrennspannung unterhalb der Leerlaufspannung des Transformators
bleibt. In jedem Fall tritt unabhängig von der Brennspannung eine Begrenzung des
Lampenstromes auf einen konstanten Wert ein.
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Es hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung eines Konstantspannungs-Transformators
gemäß der Erfindung als Vorschaltgerät für Leuchtstofflampen die maximale Brennspannung
nur wenig unterhalb der Leerlaufspannung gewählt werden kann. Es treten nämlich
bei Einsetzen des Zündvorganges in der Leuchtatofflampe in jeder Halbwelle Spannungsspitzen
auf, die die Leerlaufspannung bis zu 50 % übersteigen, wie die Darstellungen in
F i g. 5 zeigen. Die Kurven A zeigen die Ausgangsspannung und die Kurven B den Ausgangsstrom,
der um 180° gegenüber der Spannung verschoben dargestellt ist. F i g. 5 a zeigt
die Werte bei kalter Leuchtstofflampe, während die F i g. 5 b die Werte bei betriebswarmer
Leuchtstofflampe zeigt. Infolge dieser auftretenden Spannungsspitzen ist eine sichere
Zündung auch dann gewährleistet, wenn die Brennspannung der nachgeschalteten Leuchtstofflampe
nahezu die Leerlaufspannung des Transformators erreicht. Wie aus F i g. 4 hervorgeht,
liegt die maximale Betriebsspannung nur etwa 10 % niedriger als die Leerlaufspannung.
Es- können also mit einem Transformator für beispielsweise 980 Volt effektiver Nennspannung
Gasentladungslampen gespeist werden, deren Brennspannung bei etwa 900 Volt liegt.
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Die Anordnung des Resonanzkondensators bei den Geräten nach F i g.
1 bis 3 auf der Sekundärseite des Transforrnators ist insofern vorteilhaft, als
eine Störung von Fernsteuerschaltungen unter Verwendung von Hochfrequenz- oder Mittelfrequenzsignalen
nicht eintritt. Der Resonanzkondensatox bewirkt im übrigen gleichzeitig eine Blindstromkompensation.
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Da praktisch die gesamte Nennspannung des Transformators ausgenützt
werden kann, ist es möglich, z. B. bei Reklamebeleuchtungsanlagen, einzelne Transformatoren
zu verwenden, deren Nennspannung unter 1000 Volt liegt, so daß beispielsweise jedem
Reklamebuchstaben bis zu etwa 3 m Rohrlänge ein Transformator zugeordnet werden
kann.
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In. den F i g. 6 a und 6 b ist eine Ausführungsform des Vorschaltgeräts
gezeigt. Der Konstantspannungs- ; Transformator enthält hier zwei den Hauptkern
bildende Kernteile 30 und 31 und einen Streuflußweg aus einem Kernteil
32. Alle Kernteile sind aus Blechen mit magnetischer Vorzugsrichtung aufgebaut.
Das Streujoch 32 ist an den Kernteil 31 so angesetzt, ; daß zwischen den beiden
Kernteilen 31 und 32 Luftspalte verbleiben.
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Sämtliche Kernteile werden durch ein Spannband 33 zusammengehalten,
dessen Enden mit Hilfe eines Spannschlosses 34 zusammengehalten werden. i 36 ist
die Primärwicklung und 37 die Sekundärwicklung des Transformators. 38 ist der Resonanzkondensator.
Transformator und Resonanzkondensator 38 sowie die Klemmen 39 und 40 sind auf einem
gemeinsamen Brett 35 angeordnet. Um einen t Schutz des Transformators und des Kondensators
zu gewährleisten, können beide in den mit gestrichelter Linie angedeuteten Kunststoffblock
41 eingegossen werden. In diesem Fall kann auf ein besonderes Gehäuse für den Resonanzkondensator
38 verzichtet werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 ist mit 50 der U-förmige
Kernteil und mit 51 der gerade Kernteil des Hauptkernes bezeichnet. 52 ist
das Streujoch, das unter Bildung von Luftspalten an den geraden Kernteil 51 angesetzt
ist. 53 ist das die Kernteile zusammenhaltende Spannband, 54 das Spannschloß.
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Auf dem geraden Kernteil 51 ist die Primärwicklung 64 angeordnet.
Die Sekundärwicklung ist in zwei Wicklungsteile 62 und 63 aufgeteilt, die räumlich
voneinander getrennt auf dem U-förmigen Kernteil 50 angeordnet sind. Die
räumlich getrennte Anordnung der Sekundärwicklungen 62 und 63- ergibt eine Beseitigung
oder zumindest eine wesentliche Verringerung des Oberwellengehaltes des Ausgangsstromes.
Dies ist darauf zurückzuführen, daß durch die Aufteilung der Sekundärwicklungen
(vgl. F i g. 1) eine Streuinduktivität im Belastungsstromkreis erzeugt wird, die
eine glättende Wirkung ausübt. Der Lampenstrom erhält dann eine Kurvenform, die
der Sinusform stärker angenähert ist. Die Aufteilung der Sekundärwicklungen auf
die beiden Kernschenkel ergibt außerdem eine günstigere Wärmeabfuhr und ermöglicht
eine Erhöhung der Typenleistung des Transformators. Durch die Herabsetzung des Oberwellengehaltes
des Lampenstromes ergibt sich ein ruhigeres Brennen der Gasentladungslampen als
bei den bisher bekannten Ausführungen.
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Mit 55 ist eine die Netzanschlußklemme 56 tragende Isolierstoffplatte
bezeichnet. 57 ist eine weitere Isolierstoffplatte, welche die Anschlußklemmen 58
für die Leuchtstoffröhre trägt. 59 ist der Resonanzkondensator, der an der Isolierstoffplatte
57 befestigt ist. Das ganze Gerät ist auf Halterungen 60
und 61 befestigt.
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Auch das in F i g. 7 gezeigte Gerät kann zum Schutz vollständig in
Kunststoff eingegossen werden.