-
Elektrische Schaltungsanordnung zum Wechselstrombetrieb einer Vakuumqasentladunqslampe
mit Heizelektroden Die Erfindung betrifft elektrische Schaltungsanordnungen zum
Wechselstrombetrieb von Vakuumgasentladungslampen mit Heizelektroden und insbesondere
die allgemein bekannten Quecksilberdampflampen.
-
Eine Schwierigkeit beim Aufbau solcher Schaltungsanordnungen besteht
darin, eine genau bemessene Erhitzung der Lampenelektroden beim Einschalten und
während des normalen Betriebes zu gewährleisten. Der den Lampenelektroden zugeführte
Heizstrom muß zunächst nach dem Einschalten ausreichend groß sein, um die Elektroden
auf Elektronenemissionstemperatur zu erhitzen. Im weiteren Betriebsverlauf, wenn
die Elektroden zusätzlich durch die Entladung erhitzt werden, muß jedoch der Heizstrom
entsprechend verringert werden, damit Überhitzung der Elektroden und rasche Verdampfung
des elektronenemittierenden Materials und somit eine unerwünschte Verkürzung der
Lebensdauer der Lampe vermieden werden. Die an die Lampenelektroden zur Anregung
der Entladung gelegte Spannung ist gewöhnlich ungefähr doppelt so groß wie die normale
Betriebsspannung der Lampe. Im allgemeinen kann man sagen, daß die Spannung, die
an jede Elektrode zu deren Erhitzung während des normalen Betriebes gelegt wird,
ungefähr halb so groß wie die Spannung vor dem Einschalten der Lampe sein soll.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfache und geeignete
Anordnung zu schaffen, durch welche die erforderliche Verminderung der Elektrodenheizspannung
selbsttätig erzielt werden kann.
-
Eine elektrische Schaltungsanordnung nach der Erfindung zum Wechselstrombetrieb
einer Vakuumgasentladungslampe mit Heizelektroden besteht aus
einem
Streutransformator, der eine Primärnetzanschlußwicklung, eine Hauptsekundärwicklung
zum Anschluß an die Lampenelektroden zwecks Anregung und Aufrechterhaltung der Lampenentladung
und zwei Paar Elektrodenheizsekundärwicklungen aufweist, wobei jedes Paar aus zwei
Wicklungen gebildet ist, die in Reihe an verschiedene Lampenelektroden geschaltet
sind und von denen die eine `Vicklung mit der Primärwicklung und die andere mit
der Hauptsekundärwicklung des Transformators zusammenarbeitet. Die Anordnung ist
dabei so getroffen, daß, verglichen mit den vor dem Einschalten erhaltenen Werten,
die im Betrieb auftretenden Änderungen der Phase und?oder der Größe der Spannungen
an den mit der Hauptsekundärwicklung zusammenarbeitenden Elektrodenheizsekundärwicklungen,
die nach der Anregung der Lampenentladung auftreten, Verminderungen der Gesamtspannungen
ergeben, die an den genannten Wicklungspaaren auftreten und ausreichen, um die durch
die Entladung erzeugte zusätzliche Erhitzung der Lampenelektroden in beträchtlichem
Maße auszugleichen.
-
Die Erfindung kann bei kapazitiven Schaltungsanordnungen sowohl mit
Spar- als auch Doppelwicklungstransformatoren ausgeführt werden, aber nur mit Spartransformatoren
bei induktiven Schaltungsanordnungen, wie nachfolgend auseinandergesetzt wird. In
beiden Fällen können jedoch Aufwärts-oder Abwärtstransformatoren verwendet werden.
-
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. i bis q: der Zeichnungen
erklärt. Die Fig. i, 3 und4. veranschaulichen verschiedene Ausführungsformender
Erfindung, während Fig. 2 zur Erklärung der Arbeitsweise der in Fig. i dargestellten
Anordnung dient.
-
Fig. i zeigt eine induktive Schaltungsanordnung, deren Eingangsklemmen
Ii, I2 mit der Primärwicklung P eines Aufwärtsstreutransformators verbunden sind.
Eine Hauptsekundärwicklung S dieses Spartransformators ist an eine der Elektroden
F, einer Vakuumgasentladungslampe L und die andere Elektrode FZ der Lampe an das
von der Sekundärwicklung S abgewandte Ende der Primärwicklung P angeschlossen. Die
Ballastinduktivität für die Lampe wird natürlich durch die Streureaktanz zwischen
den Wicklungen P und S gebildet. In der Darstellung ist die Lampe mit einem geerdeten
Anlaßstreifen E versehen und mit einem Rundfunkstörschutzkonden-Bator C überbrückt.
-
Nach der Erfindung ist der Transformator mit zwei Paaren Sekundärwicklungen
Si, S3 und S2, S,, ausgerüstet, von denen S, und SZ mit der Hauptsekundär-Wicklung
S und S3 und S4 mit der Primärwicklung P !, zusammenarbeiten. Die Wicklungen S,
und S3 sind in Reihe an die Elektrode F1 angeschlossen, derart, daß sich die an
ihnen wirksamen Spannungen mit Bezug auf den Leerlaufzustand des Transformators
(P, S) addieren, während die Wicklungen S2 und S4 in entsprechender Weise in Reihe
an die Elektrode F, geschaltet sind. Die Windungsverhältnisse P : S3, P :
S,i, S : Si, S : S2 sind alle gleich.
-
Die Fig. 2 erklärt die Arbeitsweise dieser Anordnung. Der Vektor
AB kennzeichnet die Spannung, die während des Betriebes an der Primärwicklung
P des Transformators auftritt. Diese Spannung ist selbstverständlich konstant und
gleich der Netzspannung.
-
Der Vektor BC stellt die Spannung dar, die an der Sekundärwicklung
S im Leerlaufzustand des Transformators auftritt. AC ist infolgedessen die Spannung,
die an die Lampenelektroden zur Anregung der Entladung angelegt wird.
-
Wenn sich die Belastung des Transformators allmählich vergrößert,
läuft das die Spannung an S kennzeichnende Ende C des Vektors entlang der gestrichelten
Kurve, da sich der Vektor um B dreht, bis beim Kurzschlußzüstand des Transformators
die Spannung. an S gleich und entgegengesetzt der Netzspannung ist. Der Transformator
ist so bemessen, daß in Übereinstimmung mit den üblichen Erwägungen die Lampenbetriebsspannung
ungefähr die Hälfte der Leerlaufspannung ausmacht. Dieser Zustand wird durch das
Dreieck ACB in Fig. 2 dargestellt, wobei BC die Spannung an S, AC die Lampenbetriebsspannung
und AC = % AC ist.
-
Da nun der Schaltungssinn der Sekundärwicklungen S, und S, und der
Wicklungen P und S übereinstimmt und da auch die Windungsverhältnisse von
P : S.3 und S : S, gleich sind, erkennt man, daß in Fig. z AB benutzt
werden kann, um die Spannung an der Wicklung S3 darzustellen, die während des Betriebes
konstant bleibt. BC kann zur Darstellung der Spannung an der Wicklung S, verwendet
werden, die sich im Betrieb hinsichtlich der Größe und Phase im Verhältnis zur Spannung
an S3 ändert, wie durch die Drehung des Vektors BC um B gekennzeichnet, so
daß die an die Elektrode F, gelegte Spannung proportional der Lampenspannung folgt
und insbesondere die an F, gelegte, durch AC dargestellte Heizspannung im Betriebszustand
der Lampe die Hälfte von der Spannung ausmacht, die beim Einschalten der Lampe angelegt
und durch A C dargestellt wird. Entsprechendes gilt für die Elektrode M.
-
Wenn BC viel größer als AB ist (vgl. Fig.2), d. h. wenn ein
Transformator von sehr hohem Übersetzungsverhältnis benutzt wird, unterscheidet
sich AB -(- BC nicht wesentlich von BC und AC nicht viel von BC, so daß eine
einzelne Elektrodenheizsekundärwicklung, die mit der Hauptsekundärwicklung S zusammenarbeitet,
an sich bereits angenähert das gewünschte Ergebnis haben würde. Demgemäß ist die
Erfindung auch dann besonders zweckmäßig, wenn das Übersetzungsverhältnis des Transformators,
d. h. das Windungsverhältnis P : P + S verhältnismäßig klein ist und beispielsweise
ungefähr q. oder weniger ausmacht, was am häufigsten in der Praxis auftritt.
-
Die Anordnung nach Fig. i könnte ohne weiteres auch mit einem Abwärtstransformator
ausgestattet sein, wobei lediglich der Sinn der Wicklung S und damit der Elektrodenheizwicklungen
S, und S2 umzukehren wäre. Da sich bei solchen Anordnungen die Spannung an der Hauptsekundärwicklung
immer von dem Leerlauf- zum Lampenbetriebszustand vergrößert, wird man bemerken,
daß eine Verringerung der Elektrodenheizspannung nicht mit einer einzelnen Elektrodenheizwicklung
erhalten werden könnte, die mit der Hauptsekundärwicklung zusammenarbeitet.
Bei
einer kapazitiven Schaltungsanordnung, d. h. bei einer Anordnung, bei der ein Kondensator
in Reihe mit der Hauptsekundärwicklung des Streutransformators zur Schaffung eines
kapazitiven Ballastes in Reihe mit der Lampe im Betriebszustand angeschlossen ist,
sind etwas andere Erwägungen zu berücksichtigen. Bei einer solchen Anordnung ist
die während des Betriebes der Lampe an der Hauptsekundärwicklung auftretende Spannung
etwa um einen Faktor k größer als die an dieser Wicklung beim Einschalten auftretende
Leerlaufspannung. Um eine Verminderung der Elektrodenheizspannung im weiteren Betriebsverlauf
zu gewährleisten, müssen demgemäß die beiden Elektrodenheizsekundärwicklungen eines
jeden Paares, abgesehen davon, ob es sich um einen Aufwärts- oder Abwärtstransformator
handelt, gegeneinandergeschaltet sein, und die Windungsverhältnisse P : S3, S :
S, und P : S4, S : S2 (diese Bezeichnungsweise entspricht der bei der induktiven
Schaltungsanordnung der Fig. i benutzten) müssen in bezug auf k geeignet gewählt
werden. Fig. 3 zeigt eine solche kapazitive Schaltungsanordnung, die der Ausführungsform
nach Fig. i entspricht, bei der aber ein Kondensator K in die von dem Ende der Hauptsekundärwicklung
zur Elektrode F, der Lampe L verlaufende Leitung geschaltet ist.
-
Es soll angenommen werden, daß v die beim Einschalten erforderliche
Elektrodenheizspannung und v/2 die während des normalen Lampenbetriebes benötigte
Elektrodenheizspannung ist. Falls v, und v3 die beim Einschalten an S, bzw. S3 auftretenden
Spannungen sind, kann man setzen: v3 - vi = v. (i) Die an S, und S3 nach dem Einschalten,
d. h. bei normalem Betrieb der Lampe auftretenden Spannungen sind kvi und v3. Infolgedessen
läßt sich ausdrücken: v3 - kvi - v12. (a) Man wird hierbei bemerken, daß sich die
Phase der an der Hauptsekundärwicklung S entwickelten Spannung nicht viel zwischen
dem Leerlauf- und Normalbetriebszustand der Lampe ändert, so daß die Gleichung (2)
die Vektoraddition mit ausreichendem Genauigkeitsgrad darstellt.
-
Aus (i) und (2) folgt: vi = v/2 (k - i) und v3=v(2k-i)/2(k-i). Diese
Gleichungen bestimmen also die Windungsverhältnisse P : S3 und S : S, und
in entsprechender Weise P : S4 und S : S2, die bei diesen kapazitiven Anordnungen
nach der Erfindung erforderlich sind. Auf diese Weise muß, falls das Windungsverhältnis
zwischen der Primärwicklung und der Hauptsekundärwicklung S R ist, bei jedem Paar
Elektrodenheizsekundärwicklungen das Windungsverhältnis zwischen den mit der Primärwicklung
zusammenarbeitenden Wicklungen (S3 oder S4) und den mit der Hauptsekundärwicklung
zusammenarbeitenden Wicklungen (S, oder S2) angenähert v3 : Rvi
= (2 k-i) : R sein.
-
Der Wert von k kann natürlich durch Versuche bestimmt werden und beträgt
gewöhnlich in der Praxis ungefähr 1,5 oder 2.
-
Bei einer kapazitiven Schaltung kann die gleiche Änderung der Spannung
an der Hauptsekundärwicklung mit einem Doppelwicklungsstreutransformator ebenso
wie mit einem Spartransformator erzielt werden. Es können dabei die gleichen Erwägungen
hinsichtlich der Schaltung und Bemessung der Elektrodenheizsekundärwicklungen angestellt
werden. Andererseits ist bei einem Doppelwicklungsstreutransformator in einer induktiven
Schaltung, bei der die Lampe direkt an die Hauptsekundärwicklung angeschlossen ist,
die Spannung anderHauptsekundärwicklung natürlich immer gleich der Lampenspannung,
und eine einzelne Elektrodenheizwicklung, die der Hauptsekundärwicklung für jede
Elektrode zugeordnet ist, wird selbsttätig die erforderliche Verminderung der Heizspannung
für die Elektroden gewährleisten. Es besteht infolgedessen in einem solchen Fall
keine Notwendigkeit zur Anwendung der Erfindung.
-
Es wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf Anordnungen
zur Betätigung einzelner Lampen beschränkt ist. Zwei oder mehr Lampen können bequem
in Parallelschaltung von einem einzelnen Streutransformator betrieben werden, indem
jede Lampe mit einer anderen Wicklung einer größeren Anzahl Hauptsekundärwicklungen
zusammenarbeitet, die alle derselben Primärwicklung zugeordnet sind. Es können auch
Kombinationen von induktiven und kapazitiven Schaltungsanordnungen nach er Erfindung
benutzt werden. In entsprechender Weise kann eine größere Anzahl Lampen bequem in
Reihe geschaltet werden. Fig. q. zeigt beispielsweise eine Anordnung nach der Erfindung
zum Betrieb von zwei hintereinandergeschalteten Lampen.
-
Bei dieser Schaltungsanordnung ist die Primärwicklung P des Streutransformators
an die Eingangsklemmen Il, I2 angeschlossen. Das der Primärwicklung abgewandte
Ende der Hauptsekundärwicklung S ist an die eine Elektrode S, der einen Lampe L,
angeschaltet, während die andere Elektrode F2 dieser Lampe an die eine Elektrode
F3 der zweiten Lampe L2 und die andere Elektrode F4 von L2 an das der Sekundärwicklung
abgewandte Ende der Primärwicklung angeschlossen ist.
-
Die Elektrode F, der Lampe L, liegt parallel zu den beiden Elektrodenheizwicklungen
S, und S3 des Transformators, die in Reihe geschaltet sind, wobei S, mit der Hauptsekundärwicklung
S und S3 mit der Primärwicklung P zusammenarbeitet. In entsprechender Weise überbrückt
die Elektrode F4 der Lampe L2 die Elektrodenheizsekundärwicklungen S2 und S4, die
in Reihe geschaltet sind und von denen S2 mit S und S4 mit P zusammenarbeitet. Die
Windungszahlen von S6 und Se müssen natürlich doppelt so groß sein wie die WindungszahIen
von S, oder S3 bzw. S2 oder S4.
-
Die übrigen zwei Elektroden F2 und F3 überbrücken in Reihe geschaltet
zwei weitere Elektsrodenheizsekundärwicklungen S5 und SR, die ihrerseits hintereiriandergeschaltet
sind,
wobei S5 mit S und S6 mit P zusammenarbeitet.
-
Die drei Paare Sekundärwicklungen S1, S3 und S2, S4 und S5, SB sind
in Übereinstimmung mit der Erfindung jeweils so angeordnet, daß die genauen Spannungen
zur Heizung der Elektroden beim Einschalten in entsprechender Weise an die Elektroden
F1, F4 und die Reihenkombination von F2 und F3 gelegt werden. Diese Spannungen werden
selbsttätig um die Hälfte herabgesetzt, wenn sich die Lampe in dem normalen Betriebszustand
befindet.
-
Die Lampen L1 und L2 sind mit geerdeten Anlaßstreifen El und E2 versehen
und mit Rundfunkstörschutzkondensatoren C, und G überbrückt.