DE1136776B - Ballast for gas and / or vapor discharge lamps - Google Patents
Ballast for gas and / or vapor discharge lampsInfo
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Description
Vorschaltgerät für Gas- und/oder Dampfentladungslampen Die Erfindung bezieht sich auf ein Vorschaltgerät für den starterlosen Betrieb von Gas- und/oder Dampfentladungslampen mit vorheizbaren Glühelektroden, bestehend aus einer in einem Gehäuse konstanten Querschnitts angeordneten Drosselspule mit einer Haupt- und einer Hilfswicklung auf einem gemeinsamen Kern (Doppeldrosselspule), die in der Betriebsschaltung derart in Reihe miteinander mit einem Kondensator und mit den zwei Glühelektroden der Lampe an eine Wechselstromquelle angeschlossen sind, daß die Lampe durch die Reihenschaltung des Kondensators und der Hilfswicklung überbrückt ist und der durch die Haupt- und die Hilfswicklung fließende Reihenstrom vor Zündung der Lampe im gemeinsamen Kern einander entgegengesetzte Magnetfelder erzeugt.Ballast for gas and / or vapor discharge lamps The invention refers to a ballast for the starterless operation of gas and / or Vapor discharge lamps with preheatable glow electrodes, consisting of one in one Housing of constant cross-section arranged choke coil with a main and a Auxiliary winding on a common core (double inductor coil), which is in the operating circuit so in series with one another with a capacitor and with the two glow electrodes the lamp are connected to an alternating current source that the lamp through the Series connection of the capacitor and the auxiliary winding is bridged and the through the main and auxiliary windings flow series current before ignition of the lamp in the common core generates opposing magnetic fields.
Wünscht man bei ungeändertem Gehäusequerschnitt die Scheinleistung der Drosselspule zu erhöhen, so können Schwierigkeiten auftreten.If you want the apparent power with an unchanged housing cross-section Difficulty may arise when increasing the choke coil.
Bei einem gegebenen Wert der verwendeten magnetischen Induktion, der Stromdichte und der Füllfaktoren des magnetischen und Stromleitungsmaterials ist die je Volumeinheit des Gehäuses untergebrachte Leistung im wesentlichen konstant.For a given value of the magnetic induction used, the Is the current density and the fill factors of the magnetic and power conduction material the power accommodated per unit volume of the housing is essentially constant.
Wünscht man daher bei ungeändertem Gehäusequerschnitt die Leistung zu erhöhen, so wird die Drosselspule länger und demzufolge ihre Induktivität größer. Im normalen Fall, bei dem die Speisespannung ungeändert bleibt, muß die Induktivität jedoch gerade kleiner werden, um mehr Strom durchzulassen. Wenn hierbei die Wicklungen nicht mehr näher zueinander angeordnet werden konnten, mußte bisher der Gehäusequerschnitt vergrößert werden.Therefore, if you want the power with an unchanged housing cross-section increase, the choke coil becomes longer and, consequently, its inductance becomes greater. In the normal case, in which the supply voltage remains unchanged, the inductance must however, they are just getting smaller to allow more current to pass through. When doing the windings could no longer be arranged closer to each other, so far the housing cross-section had to be be enlarged.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, diesem Übelstand abzuhelfen.The purpose of the present invention is to remedy this drawback.
Nach der Erfindung ist jede der Wicklungen in zwei miteinander in Reihe geschaltete Abschnitte aufgeteilt, von denen je ein Abschnitt der Haupt-und der Hilfswicklung auf einem gemeinsamen Kernteil und -die anderen Abschnitte je auf verschiedenen zu beiden Seiten des gemeinsamen Kernteiles liegenden Kernteilen angeordnet sind und die Drosselspule für eine Belastung ihres Gehäusequerschnitts größer als 8a VA/cm2 bemessen ist, wobei a der Gleichung: entspricht, in welcher a das durch das Volumen der Wicklungen geteilte Volumen des Wickeldrahtes ist, i die Durchschnittsstromdichte in_ A/mm2, b das Volumen des magnetischen Materials, geteilt durch das um das Volumen der Wicklungen ermäßigte Innenvolumen des die Drosselspule umhüllenden Gehäuses, und B die magnetische Induktion in Gaußeinheiten im Kern.According to the invention, each of the windings is divided into two sections connected in series, of which one section of the main and the auxiliary winding is arranged on a common core part and the other sections are arranged on different core parts lying on both sides of the common core part and the choke coil is dimensioned for a load on its housing cross-section greater than 8a VA / cm2, where a of the equation: corresponds to, in which a is the volume of the winding wire divided by the volume of the windings, i is the average current density in_ A / mm2, b is the volume of the magnetic material divided by the internal volume of the housing enclosing the choke coil less the volume of the windings, and B the magnetic induction in Gaussian units in the core.
Es hat sich gezeigt, daß die erwähnte Grenze bei den doppelten Drosselspulen der genannten Art bei einer Belastung des Gehäusequerschnitts mit etwa 8 Watt je Quadratzentimeter auftritt, sofern mit einer Höchstinduktion von 13 000 Gauß, einer Durchschnittsstromdichte von 3,5 Ampere je Quadratmillimeter Drahtquerschnitt und Werten der mit a und b bezeichneten Füllfaktoren von 0,35 bzw. 0,75 gearbeitet wird. Bei von diesen. Werten nennenswert abweichenden Belastungen sollen diese mit dem Korrektionsfaktor a multipliziert werden.It has been shown that the mentioned limit occurs with the double choke coils of the type mentioned when the housing cross-section is loaded with about 8 watts per square centimeter, provided that with a maximum induction of 13,000 Gauss, an average current density of 3.5 amperes per square millimeter of wire cross-section and values the fill factors of 0.35 and 0.75 marked with a and b are used. With of these. Values of significantly different loads, these should be multiplied by the correction factor a.
Beim Leerlauf (bei noch nicht gezündeter Lampe) heben sich die durch die auf dem gleichen Kernteil angeordneten Abschnitte der Haupt- und Hilfswicklung erzeugten Magnetfelder praktisch auf.When idling (with the lamp not yet ignited) they lift through the sections of the main and auxiliary windings arranged on the same core part generated magnetic fields practically.
Durch Anordnung dieser Abschnitte zwischen den aufverschiedenen Kernteilen angeordneten Wicklungsabschnitten wird die Induktivität beim Leerlauf bei gleicher Konstruktionslänge aus zwei Gründen ermäßigt. Erstens ist ein bestimmtes Volumen mit sich magnetisch aufhebenden Windungen besetzt, und zweitens ist hierdurch das Volumen der Induktivität liefernden Windungen kleiner.By arranging these sections between the different core parts arranged winding sections, the inductance when idling is the same Construction length reduced for two reasons. First is a certain volume occupied with magnetically canceling turns, and secondly, this is the result of this Volume of the inductance supplying turns is smaller.
Wenn die Wicklungsabschnitte,- die auf dem gemeinsamen Kernteil angeordnet sind, wie übereinander angeordnete Zylinderspulen ausgebildet sind, ist es zu bevorzugen, daß die obere Spule ein Abschnitt der Hilfswicklung ist. Dies fördert die Wärmeabgabe.When the winding sections - those arranged on the common core part are like on top of each other arranged solenoid coils are formed, it is preferable that the upper coil is a portion of the auxiliary winding. this promotes heat dissipation.
Vorzugsweise bestehen die Joche der Drosselspule aus Lamellen, die senkrecht zur Ebene durch die Längsachsen des Kerns und des betreffenden Joches stehen. Diese Jochkonstruktion ist sehr einfach und billig, verursacht jedoch meistens starke Wirbelstromverluste. In Kombination mit der Spulenkonstruktion nach der Erfindung werden diese Verluste jedoch ziemlich klein.The yokes of the choke coil preferably consist of lamellae that perpendicular to the plane through the longitudinal axes of the core and the relevant yoke stand. This yoke construction is very simple and cheap, but mostly causes strong eddy current losses. In combination with the coil construction according to the invention however, these losses become quite small.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. In Fig. 1 ist das Bild der verwendeten Schaltung, in Fig: 2 ein Längs- und in Fig.3 ein Querschnitt der Drosselspule mit Gehäuse dargestellt.The invention is explained in more detail with reference to the drawing. In Fig. 1 is the picture of the circuit used, in Fig: 2 a longitudinal and in Fig.3 a Cross section of the choke coil with housing shown.
In Fig. 1 sind mit 1 und 2 die Pole einer Wechselstromquelle bezeichnet, mit denen beim Betrieb die Reihenschaltung einer zweiteiligen Hauptwicklung 3, 4 einer Drosselspule 5, einer Glühelektrode 6, einer Gas- und/oder Dampfentladungslampe 7, z. B. einer Niederdruckquecksilberd'ampfentladungslampe mit Leuchtstoffbelag an der Wand, einer zweiteiligen Hilfswicklung 8, 9 der Drosselspule 5, eines Kondensators 10 und einer zweiten Glühelektrode 11 der Lampe 7 verbunden ist.In Fig. 1, 1 and 2 denote the poles of an alternating current source, with which the series connection of a two-part main winding 3, 4 of a choke coil 5, a glow electrode 6, a gas and / or vapor discharge lamp 7, z. B. a low-pressure mercury vapor discharge lamp with a fluorescent coating on the wall, a two-part auxiliary winding 8, 9 of the choke coil 5, a capacitor 10 and a second glow electrode 11 of the lamp 7 is connected.
Beim Anschließen fließt durch die Glühelektroden 6 und 11 ein im wesentlichen durch die Induktivität und die Kapazität des Stromkreises bestimmter Strom, der die Elektroden auf Emissionstemperatur erhitzt. Diese Impedanzen sind derart aufeinander abgestimmt, daß sich an der Lampe eine die Speisespannung übersteigende Spannung ergibt, die genügend groß ist, um die Lampe mit den emittierenden Elektroden zu zünden, jedoch zu klein ist, um dies schon bei kalten Elektroden zu bewerkstelligen. In diesem Zustand durchläuft der Leerlaufstrom vor Zündung der Lampe die beiden Wicklungen in entgegengesetztem Sinne.When connecting, a current essentially determined by the inductance and capacitance of the circuit flows through the glow electrodes 6 and 11 and heats the electrodes to emission temperature. These impedances are matched to one another in such a way that the voltage on the lamp exceeds the supply voltage and is sufficiently high to ignite the lamp with the emitting electrodes, but too small to do this with cold electrodes. In this state, the no-load current runs through the two windings in opposite directions before the lamp is ignited.
Im brennenden Zustand der Lampe wirken die Wicklungen der Drosselspule als stabilisierende Impedanz der Lampe, der Kondensator sorgt für die Verbesserung des Leistungsfaktors der Anlage, und die Hilfswicklung verhütet außerdem,. . daß der Kondensator sich unmittelbar über die Lampe entladen kann. Selbstverständlich besteht in diesem Zustand zwischen den Strömen durch die Wicklungen eine beträchtliche Phasenverschiebung.When the lamp is burning, the windings of the choke coil work As a stabilizing impedance of the lamp, the capacitor ensures the improvement the power factor of the system, and the auxiliary winding also prevents. . that the capacitor can discharge directly through the lamp. Of course in this state there is a considerable between the currents through the windings Phase shift.
Die Drosselspule und gewünschtenfalls auch der Kondensator sind in einem langgestreckten Gehäuse angeordnet. Bei einem gegebenen Querschnitt des Gehäuses ist die Gesamtlänge der Drosselspule im wesentlichen proportional der aufgenommenen Scheinleistung (Voltampere) der Drosselspule. Je größer diese Leistung, um so länger die Drosselspule und zugleich desto größer deren Induktivität bei der üblichen Anordnung der Wicklungen nebeneinander auf dem Kern. Im normalen Fall gleichbleibender Speisespannung ist jedoch für eine zunehmende Leistung eine abnehmende Induktivität erforderlich. Bisher mußte dieses Erfordernis beim Überschreiten der schon erwähnten Belastung durch Vergrößerung des Gehäusequerschnitts erfüllt werden, um eine kürzere Drosselspule zu erhalten.The choke coil and, if desired, the capacitor are in arranged in an elongated housing. For a given cross-section of the housing the total length of the choke coil is essentially proportional to the recorded Apparent power (volt-amps) of the choke coil. The greater this performance, the longer the choke coil and at the same time the greater its inductance in the usual arrangement of the windings side by side on the core. In the normal case, the supply voltage remains the same however, a decreasing inductance is required for increasing power. Until now, this requirement had to be met when the load already mentioned was exceeded by increasing the cross-section of the housing to achieve a shorter inductor to obtain.
Durch die Erfindung ist es jetzt möglich, diese -lektrische Belastung des Gehäusequerschnittes zu überschreiten und hierbei die Drosselspule ungewöhnlich lang werden zu lassen durch Ersatz der ursprünglichen Haupt- und Hilfswicklung durch kleinere Wicklungen 3 und 9, diese auseinanderzuc schieben, wobei der hierbei frei werdende Raum durch ein und denselben Kernteil umhüllende Wicklungen 4 und 8 im Haupt- und Hilfszweig besetzt wird, deren magnetische Felder sich im gemeinsamen Kernteil beim Leerlauf im wesentlichen aufheben.With the invention it is now possible to avoid this electrical load of the housing cross-section and in this case the choke coil is unusual to be made long by replacing the original main and auxiliary windings smaller windings 3 and 9, push them apart, with the one free becoming space through one and the same core part enveloping windings 4 and 8 in Main and auxiliary branch is occupied, whose magnetic fields are in common Essentially cancel core part when idling.
In den Fig. 2 und 3 ist der konstruktive Aufbau eines Ausführungsbeispieles der Drosselspule dargestellt.In FIGS. 2 and 3, the structural design of an exemplary embodiment is shown the choke coil shown.
Auf einem durch einen Luftspalt 51 unterbrochenen, aus geraden Blechstreifen bestehenden Kern 50 sind die Abschnitte 3 und 4 der Hauptwicklung und die Abschnitte 8 und 9 der Hilfswicklung derart angeordnet, daß die Abschnitte 4 und 8 übereinander und die Abschnitte 3 und 9 auf beiden Seiten der Abschnitte 4, 8 liegen. Sections 3 and 4 of the main winding and sections 8 and 9 of the auxiliary winding are arranged on a core 50, which is interrupted by an air gap 51 and consists of straight sheet metal strips, in such a way that sections 4 and 8 are one above the other and sections 3 and 9 on both sides of the Sections 4, 8 lie.
Das Joch der Drosselspule enthält vier aus geraden Blechstreifen bestehende Teile 52, 53, 54 und 55; welche senkrecht zu den Ebenen durch die Längsachse des Kernes und des betreffenden Jochteiles angeordnet sind. Die Joche können durch Punktschweißung in der Mitte an den Wänden des Gehäuses 56 mit Deckel 57 befestigt sein. Der Raum zwischen der Drosselspule und dem Gehäuse kann durch eine Füllmasse, z. B. aus Polyester, ausgefüllt sein. ' In einem konkreten Fall war die Spannung der Wechselstromquelle 1,- 2 etwa 240 Volt bei einer Frequenz von 50 Hz. Vor der Zündung der Lampe 7 durchfioß ein Reihenstrom von 770 Milliampere alle Elemente, der die Elektroden 6 und 7 innerhalb 1 bis 2 Sekunden auf Emissionstemperatur erhitzte, wobei an der Hauptwicklung 3, 4 eine Spannung von nur 30 Volt, an der Hilfswicklung 8, 9 eine Spannung von ebenfalls 30 Volt, am Kondensator 10 eine Spannung von 300 Volt und an der Lampe 7 eine Spannung von 270 Volt auftrat.The yoke of the choke coil contains four parts 52, 53, 54 and 55 consisting of straight sheet metal strips; which are arranged perpendicular to the planes through the longitudinal axis of the core and the relevant yoke part. The yokes can be fastened in the middle to the walls of the housing 56 with cover 57 by spot welding. The space between the choke coil and the housing can be filled with a filling compound, e.g. B. made of polyester. In a specific case, the voltage of the alternating current source 1, - 2 was about 240 volts at a frequency of 50 Hz. Before the lamp 7 was ignited, a series current of 770 milliamperes flowed through all the elements, which the electrodes 6 and 7 within 1 to 2 seconds heated to emission temperature, with a voltage of only 30 volts on the main winding 3, 4, a voltage of also 30 volts on the auxiliary winding 8, 9, a voltage of 300 volts on the capacitor 10 and a voltage of 270 volts on the lamp 7 .
Nach der Zündung der Lampe betrug der Strom durch die Hauptwicklung 490, durch den Kondensator 600 und durch die Lampe 885 Miniampere, wobei an jeder der gesamten Haupt- und Hilfswicklungen 190, an der Lampe 102 und am Kondensator 238 Volt auftraten.When the lamp was ignited, the current through the main winding 490, through the capacitor 600 and through the lamp 885 was mini amps, with 238 volts appearing on each of the entire main and auxiliary windings 190, the lamp 102 and the capacitor.
Die Wicklungen 3 und 9 hatten je 655 Windungen aus Kupferdraht von 0,4 mm Durchmesser und die Wicklungen 4 und 8 je 1450 Windungen aus Kupferdraht von 0,45 mm Durchmesser. Die Wicklungen waren auf einem den Kern umgebenen Spulenkörper von 15,5 - 22 mm Innenquerschnitt und 0;5 mm Wandstärke aufgewickelt. Die Wickelhöhe war 7 mm und die Länge der Spulen 3 und 9 je 35 mm und diejenige der Spulen 4 und 8 je 162 mm.Windings 3 and 9 each had 655 turns of copper wire from 0.4 mm in diameter and the windings 4 and 8 each 1450 turns of copper wire 0.45 mm in diameter. The windings were on a bobbin surrounded by the core with an internal cross-section of 15.5 - 22 mm and a wall thickness of 0.5 mm. The wrap height was 7 mm and the length of coils 3 and 9 was 35 mm each and that of coils 4 and 8 each 162 mm.
Der Kern 50 bestand aus fünfzehn insgesamt 256 mm langen Blechstreifen von 1 - 21,5 mm Querschnitt aus Eisen mit einer Verlustziffer von 4 W/kg bei 10 000 Gauß. Der Luftspalt 51 war 1,5 mm lang. Jedes der Joche bestand aus drei Eisenblechstreifen von 1 - 28 - 260 mm. Das aus Stahl von 0,8 mm Stärke bestehende Gehäuse hatte einen Innenquerschnitt von 24 - 37 mm.The core 50 consisted of fifteen sheet metal strips, a total of 256 mm long from 1 - 21.5 mm cross-section made of iron with a loss factor of 4 W / kg at 10 000 Gauss. The air gap 51 was 1.5 mm long. Each of the yokes consisted of three strips of sheet iron from 1 - 28 - 260 mm. The case, made of 0.8 mm thick steel, had a Inner cross-section from 24 - 37 mm.
Die Scheinleistung betrug 190 V - 0,49 A + 190 V 0,6 A = 207 VA. Demzufolge war der Querschnitt des Gehäuses mit 12,7 VA/cm2 belastet.The apparent power was 190 V - 0.49 A + 190 V 0.6 A = 207 VA. As a result the cross-section of the housing was loaded with 12.7 VA / cm2.
Die magnetische Induktion im Kern betrug 13 000 Gauß, die Durchschnittsstromdichte 3,5 A/mm2 und die Faktoren a und b 0,35 bzw. 0,75, so daß der Wert von a etwa 1 war.The magnetic induction in the core was 13,000 Gauss, the mean current density 3.5 A / mm2 and the factors a and b are 0.35 and 0.75, so that the value of a was about 1.
Der Strom durch die Hauptwicklung, der mit der Speisespannung im wesentlichen in Phase ist, ist als Resultierende des nacheilenden Lampenstromes und des voreilenden Kondensatorstromes der kleinste aller Ströme. Um eine gute Wärmeabgabe zu erreichen, ist die Wicklung 8 der Hilfswicklung mit dem größeren Strom auf der Wicklung 4 angeordnet und nicht umgekehrt.The current through the main winding, which is essentially related to the supply voltage is in phase is the resultant of the lagging lamp current and the leading one Capacitor current is the smallest of all currents. In order to achieve a good heat emission, the winding 8 of the auxiliary winding with the greater current is arranged on the winding 4 and not the other way around.
Zwischen den Wicklungen 3 und 9 tritt ein magnetisches Streufeld auf, das sich quer durch die Jochstreifen 52, 53, 54 und 55 erstreckt und hierbei Wirbelstromverluste verursachen könnte. Weil die Wicklungen 3 und 9 jedoch nicht unmittelbar nebeneinanderliegen, sind die Feldstärke und die Verluste klein. Die Gesamtverluste der Drosselspule betrugen etwa 24 W, was bei der vorliegenden Drosselspule einen sehr annehmbaren Wert darstellt.A stray magnetic field occurs between windings 3 and 9, which extends transversely through the yoke strips 52, 53, 54 and 55 and thereby eddy current losses could cause. However, because the windings 3 and 9 are not directly next to each other, the field strength and the losses are small. The total losses of the inductor were about 24 W, which is a very acceptable one for the present choke coil Represents value.
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