DE589221C

DE589221C - Vorrichtung zum Speisen elektrischer Verbrauchsgeraete, wie z. B. elektrischer Leuchtroehren

Info

Publication number: DE589221C
Application number: DEN32359D
Authority: DE
Inventors: Hendrik Abraham Wij Klinkhamer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1930-07-26
Filing date: 1931-07-12
Publication date: 1933-12-04

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
4. DEZEMBER 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 f GRUPPE 84

Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. Juli 1931 ab

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Speisen elektrischer Verbrauchsgeräte, bei dienen die Zündspannung höher als die Betriebsspannung ist und die mit Hilfe eines. Transformators gespeist werden, wie z. B. Leuchtröhren.

Bei einer derartigen Vorrichtung ist es bekanntlich erforderlich, daß die Spannung an dem Verbrauchsgerät nach einer Unterbreehung der Belastung zum Wiederinbetriebsetzen erhöht wird.

Bei einem Gleichstromgerät erzielt man diese Spannungserhöhung bekanntlich durch Vorschalten eines Widerstands. Der Widerstand verursacht im Betrieb einen Spannungsabfall, der bei Unterbrechung der Belastung verschwindet.

Bei einem Wechselstfomgerät kann statt eines Widerstands in bekannter Weise eine

ao Reaktanz verwendet werden. Häufig wird hierzu ein Transformator mit einem großen Streufeld verwendet; dies bedingt aber eine wesentliche Vergrößerung des Transformators.

Da der Magnetisierungsstrom des Transformators gegenüber dem Belastungsstrom klein ist und für die beabsichtigte Wirkung keine Bedeutung hat, handelt es sich in diesem Fall ebenso wie bei dem Gleichstromgerät im Wesen auch um eine einfache Reihenechaltung. Der Spannungsabfall kann auch durch Anwendung einer negativen Reaktanz, d. h. durch Vorschalten eines Kondensators, erzielt werden. Für diesen Fall gilt das in Fig. 1 wiedergegebene Prinzipschaltbild. Die Wirkung des Kondensators auf das Verbrauchsgerät entspricht derjenigen einer positiven Reaktanz.

Es ist bekannt, für die Speisung von Leuchtröhren mit Hochfrequenz Transfermatoren mit Luftkern zu verwenden, vor deren Primärseite Kondensatoren geschaltet sind.

Weiterhin/ ist auch eine Wechselstromschaltung zum Speisen mehrerer ungleich langer Röhren bekannt, bei welcher jeder- Röhre ein besonderer Widerstand und außerdem allen Röhren ein gemeinsamer Widerstand vorgeschaltet ist. Der letztere kann auch in den Primärkreis des Transformators geschaltet sein. Die Widerstände können dabei sowohl aus Ohmschen Widerständen als auch aus Kondensatoren oder Drosselspulen bestehen. Für eine solche Schaltung ist aber eine bestimmte Bemessung der Elemente nicht vorgeschrieben.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Hendrik Abraham Wijnand Klinkhamer in Eindhoven; Holland.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird ein Transformator mit Eisenkern benutzt, dessen Primärseite ein Reihenkondensator vorgeschaltet ist. Erfindungsgemäß werden nun Kondensator und Transformator derart bemessen, daß der Leerlaufstrom der Leerlaufspannung voreilt und der Leerlaufstrom einen solchen Wert hat, daß bei Leerlauf eine starke Sättigung des Transformatorkerns erfolgt.

In Fig. 5 ist die Schaltanordnung einer Vorrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt. Mit T ist ein Transformator mit einem aus legiertem Blech gebildeten Kern bezeichnet, in dem die magnetische Induktion z. B. 13 000 bis 15 000 Gauß beträgt. In Reihe mit der Primärwicklung des Transformators ist ein veränderbarer Kondensator geschaltet, dessen Kapazität so groß gewählt ist, daß der Betriebsstrom durch das Verbrauchsgerät V, z. B. eine Leuchtröhre, die gewünschte Größe hat.

Für diesen Fall gilt jetzt das in Fig. 2 wiedergegebene Ersatzschaltbild, da der Magnetisierungsstrom gegenüber dem Betriebsstrom nicht mehr klein ist. Bei Belastung des Transformators durch das Verbrauchsgerät wird gemäß der Voraussetzung der Transformator auf einer viel niedrigeren Spannung gehalten, so daß der Transformator nicht mehr so stark gesättigt ist und der parallel zum Verbrauchsgerät liegende Magnetisierungsstromkreis vernachlässigt werden kann. Diese durch das Prinzipschaltbild nach Fig. 2 wiedergegebene Anordnung wirkt bei Belastung also genau so wie die bekannte Vorrichtung, deren Prinzipschaltbild in Fig. 1 gezeigt ist.

Wird die Belastung der Schaltanordnung nach Fig. 5 (Ersatzschaltbild Fig. 2) unterbrochen, dann liegt nur die Reihenschaltung aus der kapazitiven Reaktanz und der Magnetisierungsreaktanz an der Spannungsquelle. Diese bilden zusammen einen Schwingungskreis, durch den bei Leerlauf (unterbrochene Belastung) die Spannung an der Magnetisierungsreaktanz, d. h. die Transformatorspannung, höher als die angelegte Netzspannung wird.

Das Wesentliche ist, daß der Kondensator bei der Vorrichtung nach der Erfindung, wie zwar an sich bekannt ist, in den Primärkreis und nicht in den Sekundärkreis des Transformators geschaltet ist, denn in letzterem Fall würde bei Unterbrechung der Belastung kein Schwingungskreis übrigbleiben, so daß auch die Spannung an der primären Transformatorwicklung nicht über die Netzspannung erhöht werden würde.

Die Vorrichtung nach der Erfindung weist den bekannten Vorrichtungen gegenüber verschiedene wichtige Vorteile auf, und gleichzeitig erfüllt die Vorrichtung auch die bereits erwähnte Bedingung, daß die Spannung an den Klemmen des Verbrauchsgeräts beim Aussetzen der Belastung selbsttätig erhöht wird.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird dagegen ein großer Teil der erforderlichen selbsttätigen Spannungserhöhung dadurch erzielt, daß bei unterbrochenem Belastungskreis (Leerlauf) eine Spannungserhöhung hervorgerufen wird, die bei Belastung nicht bestehen bleibt.

Die Größe des Transformators wird durch den erforderlichen Vollaststrom und die Leerlaufspannung bestimmt. Es ist hierbei vorteilhaft, eine möglichst große Leerlaufinduktion im Blech zu haben. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird eine viel höhere Leerlaufinduktion erzielt, als sie bei den bekannten Vorrichtungen möglich ist. Dadurch kann, wenn der. Fall der Speisung von Leuchtröhren als Beispiel ins Auge gefaßt wird, die nach den Vorschriften zulässige Höchstzündspannung, die für die größte Länge des Lichtbogens maßgebend ist, mit einem viel kleineren Kernquerschnitt erreicht werden, so· daß der Transformator billiger wird. Es treten dabei zwar höhere Leerlaufverluste auf, doch brauchen diese für die Er- go wärmung des Transformators nicht berücksichtigt werden, da der Leerlaufzustand nur vorübergehend auftritt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei der Vorrichtung nach der Erfindung eine selbsttätige Regelung der Leerlaufspannung erzielt wird, wodurch diese unabhängig von den Schwankungen der Netzspannung einen konstanten Wert behält.

Bei den bekannten Vorrichtungen mit nicht hochgesättigtem Transformatorkern ist die Leerlaufspannung der Netzspannung proportional und folgt demnach allen Schwankungen, die diese erfährt. Gemäß den Vorschriften darf die der höchsten Netzspannung entsprechende Leerlaufspannung einen festgesetzten Höchstwert nicht überschreiten, und andererseits ist die Röhrenlänge so zu wählen, daß der Lichtbogen auch bei der niedrigsten Netzspannung immer wieder gezündet no werden kann. Wenn man annimmt, daß die Netzspannung Schwankungen von z. B. io°/o aufweist, so beträgt die größte Röhrenlänge, die an den Transformator angeschlossen werden kann, nur 80 °/₀ der Röhrenlänge, die man benutzen könnte, wenn die Leerlaufspannung dauernd ihren Höchstwert behalten würde. Die Transformatorkosten für jeden Meter Röhrenlänge ermäßigen sich hierdurch allein schon um 25 °/₀. '

Beim Anschluß mehrerer Verbrauchsgeräte mit verschiedenem Betriebsstrom kann man

58&221

diesen Strom sehr leicht auf den gewünschten ■ Wert einstellen. Man braucht zu diesem Zweck, wie an sich bekannt, lediglich den Vorschaltkondensator veränderbar auszubilden, indem man ihn z. B. mit mehreren Anzapfungen versieht. Dies ist ein Vorteil gegenüber den bekannten Vorrichtungen mit Streutransformator, bei denen die Größe der Streuung nicht in einfacher Weise über einen großen Bereich geändert werden kann.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach der Erfindung ist folgende (Fig. 3 und 4).

In Fig. 3 ist mit der Kurve e_x die effektive Gegen-EMK einer Eisendrosselspule oder eines Transformators als Funktion der effektiven Stromstärke / aufgetragen. Die Linie ε_ω die mit der Abszisse einen Winkel α bildet, stellt die Gegen-EMK einer konstanten Kapazität dar.

Fig. 4 zeigt den Verlauf der Gesamtspannung der in Reihe mit dem Kondensator geschalteten Transformatorwicklung als Funktion dies Stroms. Daraus ist ersichtlich, daß die Reihenschaltung bei kleiner Stromstärke als Induktivität und bei großer Stromstärke als Kapazität wirkt. Schließt man die Klemmenspannung AB₁ an die Reihenschaltung an, so wird der Strom / so lange zunehmen, bis die Reaktanzkraft e und die Klemmenspannung-^i?! im Gleichgewicht sind, bis also Punkt P₁ erreicht ist. Dies ist der Zustand für die bekannte Vorrichtung mit schwach gesättigtem Transformator und Vorschaltkondensator bei Leerlauf. Die Reihenschal-

35^ tung wirkt in diesem Fäll als Induktivität. Erhöht man für den Fall der Vorrichtung nach der Erfindung nun die Klemmenspannung auf einen Wert ^iS₂, der über dem Wert P₃ liegt, so nimmt der Strom so weit zu, bis der Punkt P₂ erreicht ist, der, da die Reihenschaltung als Kapazität wirkt, so weit unterhalb der Abszisse liegt, daß die Spannung e wieder mit der angelegten Spannung im Gleichgewicht ist, d. h. der Punkt P₂ liegt in einem Abstand AB₂ (AB₂' gleich AB₂) unter der Abszisse.

Dieser Zustand kann auch aus der Magnetisierungskurve nach Fig. 3 abgeleitet werden, wie dies durch die gestrichelten Linien dargestellt, ist. Die Punkte B₁ und P₁ beziehen sich auf eine bekannte Vorrichtung und die

Punkte B₂ und P₂ auf die Vorrichtung gemäß ' der Erfindung.

Die Ordinaten von B₁ und B₂ stellen die angelegte Klemmenspannung und die Ordinaten P₁ und P₂ die Gegen-EMK des Transformators, mit anderen Worten, die Leerlaufspannungen dar. Die Leerlaufinduktionen der bekannten Vorrichtung und der Vorrichtung nach der Erfindung verhalten sich also wie die Ordinaten der Punkte P₂ und P₁, d. h. die Leerlaufinduktion ist' bei der Vorrichtung nach der Erfindung viel höher als bei der bekannten Vorrichtung.

Der Vorzug, daß die Leerlaufspannung nahezu unempfindlich gegen Netzspannungsschwankungen ist, ist auch aus Fig. 3 ersichtlich. Eine Änderung der Ordinate des Punktes B₂ hat nur eine geringe Änderung der Ordinate des Punktes P₂ zur Folge, da die Magnetisierungskurve in der Umgebung des Punktes P₂ nahezu flach verläuft.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung ist der Kurzschlußstrom nur etwas größer als der Vollaststrom, so daß der Transformator also ohne weiteres unempfindlich gegen Kurzschluß ist. Gefährlicher ist dagegen ein Leerlauf, der z. B. infolge Röhrenbruchs auftreten kann. Durch die hohe Sättigung und den großen Leerlaufstrom könnte der Transformator zu stark erwärmt werden. Da aber der Leerlaufstrom größer als der Kurzschlußstrom ist, ist es einfach, den Transformator durch Anbringung einer Schmelzsicherung im Primärkreis ausreichend zu sichern.

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Speisen elektrischer Verbrauchsgeräte, bei denen die Zünd-Spannung höher al's die Betriebsspannung ist und die Speisung mit Hilfe eines Transformators mit Eisenkern über einen primär vorgeschalteten Reihenkondensator erfolgt, wie z. B. Leuchtröhren, dadurch gekennzeichnet, daß Kondensator und Transformator derart bemessen sind, daß der Leerlaufstrom der Leerlaufspannung voreilt und der Leerlaufstrom einen solchen Wert hat, daß bei Leerlauf eine starke Sättigung des Transformatorkerns erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen