DE2929601A1

DE2929601A1 - Anspeisungsvorrichtung fuer einen ozonerzeuger

Info

Publication number: DE2929601A1
Application number: DE19792929601
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Erni; Rolf Gerber; Leopold Steinberger
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1979-07-03
Filing date: 1979-07-21
Publication date: 1981-01-22

Description

Anspeisungsvorrichtung für einen Ozonerzeuger
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anspeisungsvorrichtung für einen Ozonerzeuger, welche einen Hochspannungstransformator aufweist, dessen Sekundärwicklung zur Anspeisung des Ozonerzeugers bestimmt ist.
Bekanntlich entsteht Ozon u.a. bei elektrischen Entladungen. Ozonerzeuger weisen meistens plattenförmige oder rohrförmige Elektroden mit wenigstens einem Dielektrikum und Luftspalt auf. Zur Ozonproduktion wird über die Elektroden ein Strom zugeführt, wobei die Ozonleistung bei höherein Spannungen und bei Betrieb oberhalb der Netzfrequenz ansteigt. Im weiteren ist die Ozonleistung einerseits von der Konstruktion des Ozonerzeugers selbst, andererseits jedoch auch von der Strom/Spannungs-Charakteristik seiner Anspeisung abhängig.
Es sind grundsätzlich verschiedene Strom- und Spannungsquellen für höhere Betriebsfrequenzen bekannt (vgl. Der Elektroniker, 1971, Heft Nr. 3 und 4, S. 117 ff. bzw. 179 ff.). Die bekannten Schaltungen sind meistens mit Leistungsthyristoren realisiert.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anspeisungsvorrichtung für einen Ozonerzeuger zu schaffen, welche eine einfache und sichere Steuerung der zu produzierenden Ozonmenge ermöglicht.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der netzgeführte, gesteuerte Gleichrichter einen konstanten Strom im Gleichstromkreis regelt, wobei der gesteuerte Wechselrichter auf die zu produzierende Ozonmenge eingestellt werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Ausführungsform nach Anspruch 2 ermöglicht, den Strom im Gleichstromkreis dem Ozonerzeuger anzupassen.
Die Weiterbildung nach Anspruch 3 zeigt eine vorteilhafte Möglichkeit, die Steuerelektronik des Wechselrichters direkt von der Ozon-Konzentration abhängig zu gestalten.
Die Ausführung nach Anspruch 4 ermöglicht auch andere Prozessgrössen zu berücksichtigen.
Die Weiterbildung nach Anspruch 5 verbessert die Wirkungsweise der Vorrichtung, da die Drossel mit dem netzgeführten, gesteuerten Gleichrichter einen eingeprägten Gleichstrom erzeugt, welcher nur eine geringe Welligkeit aufweist.
Die Ausgestaltung gemäss Anspruch 6 beschreibt eine vorteilhafte Ausbildung des Wechselrichters.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 eine erste beispielsweise Ausgestaltung der erfindungsgemässen Anspeisungsvorrichtung, bei der die Ozon-Konzentration gemessen wird, Fig. 2 eine zweite beispielsweise Ausgestaltung der erfindungsgemässen Anspeisungsvorrichtung, bei der ein Prozessrechner verwendet wird, Fig. 3 ein Ersatzschaltbild eines Ozonerzeugers, Fig. 4 den Stromverlauf am Ausgang der Anspeisungsvorrichtung und Fig. 5 den Spannungsverlauf am Ausgang der Anspeisungsvorrichtung gemäss der Erfindung.
Entsprechend Fig. 1 ist ein netzgeführter, gesteuerter Gleichrichter 1 einphasig ausgestaltet. selbstverständlich kann dieser auch in an sich bekannter Weise z.B.
dreiphasig oder sechsphasig ausgebildet werden. Der Gleichrichter 1 ist an einen Wechselrichter 2 angeschlossen, der als Thyristorwechselrichter in Brückenschaltung ausgestaltet ist. Zwischen dem Gleichrichter 1 und dem Wechselrichter 2 ist eine Drossel 3 eingeschaltet, welche zur Glättung des Stromes dient.
Der Wechselrichter 2 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Brückenschaltung mit vier Thyristoren 2.1 bis 2.4. Ein Hochspannungstransformator 5 ist mit seiner Primärwicklung 5' mit dem Ausgang des Wechselrichters 2 und mit seiner Sekundärwicklung mit einem Ozonerzeuger 6 verbunden. Die Thyristoren 2.1 bis 2.4 werden mit der Steuerelektronik 7 gezündet, die einerseits selbst die Starteinheit 4 beeinflusst und andererseits von einer Vorrichtung 8 für Ozon-Soll-Ist-Vergleich abhängig ist.
Diese Vorrichtung 8 wird von einem Ozon-Konzentrationsmessgerät 9 und von einer Vorrichtung 10 für Ozon-Sollwertvorwahl gesteuert. Eine Vorrichtung 11 für Strom-Soll-Ist-Vergleich mit einer Vorrichtung 12 für eine einstellbare Strom-Sollwertvorwahl versehen und an den Gleichrichter 1 angeschlossen. Dadurch ist die Ausgangsspannung den Anfordernissen des Ozonerzeugers 6 anpassbar.
In Fig. 2 sind gleiche Teile mit denselben Bezugsziffern versehen wie in Fig. 1. Bei dieser Ausführung wird jedoch ein Prozessrechner 13 eingesetzt. Diese Ausführungsform ist zwar komplizierter als diejenige gemäss Fig. 1, wo, wie oben dargestellt, nur die Ozon-Konzentration gemessen wird, sie ermöglicht jedoch verschiedenartigste weitere Prozessgrössen zu berücksichtigen; z.B. die Ozonkonzentration, die Ozonproduktionsleistung, den Restozongehalt etc.
Das in Fig. 3 dargestellte Ersatzschaltbild des Ozonerzeugers 6 zeigt, dass ein Ozonerzeuger aus zwei in Serie geschaltete Kapazitäten besteht: aus der Kapazität CD des Dielektrikums und der Kapazität CL des Luftspaltes. Der parallel zur Kapazität CL über einen Schalter geschaltete ohmsche Widerstand R wird erst dann eingeschaltet, wenn die Entladung des Ozonerzeugers zündet.
Der Spannungsverlauf U2 gemäss Fig. 5 entspricht dem Stromverlauf I2 gemäss Fig. 4. Die Periodendauer ist mit Tg bezeichnet, die Stromflussdauer mit TI.
Auf eine nähere Beschreibung der Funktion und der Regelung des netzgeführten Gleichrichters 1 kann verzichtet werden, da hierfür handelsübliche Stromrichtergeräte einsetzbar sind. Um eine möglichst einfache und betriebssichere Steuerung der produzierten Ozonmenge zu erhalten, wird der Wechselrichter mit konstanter Frequenz betrieben. Diese Frequenz wird so optimiert, dass die günstigsten Verhältnisse in bezug auf Strom, Spannnung, Ozonausbeute, Energiebedarf etc. erreicht werden. Nach einem derartigen Abgleichen wird die Frequenz betriebsmässig nicht mehr verändert.
Zur Beeinflussung der Ozonproduktion wird die Stromflussdauer TI variiert. Die Verhältnisse des Stromes I2 und der Spannung U2 sind aus dem Vergleich der Fig. 4 und der Fig. 5 ersichtlich. Bei Nennproduktion des Ozonisators wird die Stromflussdauer TI als 0,5 der Periodendauer Tg gewählt. Die Steuerelektronik 7 bestimmt die Stromflussdauer als Funktion der gewünschten Ozon-Produktion.
Nach Ablauf der Stromflussdauer TI wird im Wechselrichter 2 ein Freilaufkreis resp. Kurzschlusskreis gebildet, indem alle Thyristoren eines Zweiges, d.h. 2.1 und 2.3 oder 2.2 und 2.4, gleichzeitig gezündet werden. Dadurch wird die Primärwicklung 5' des Hochspannungstransformators 5 spannungslos. Da nur je ein Zweig des Wechselrichters 2 durchgeschaltet ist, ist der Primärkreis offen, so dass die Ladung des Ozonerzeugers 6, d.h. die Kapazitäten Ct und CD, erhalten bleibt. Zu Beginn der nächsten Stromhalbwelle wird durch das Einschalten des entsprechenden Thyristors im stromlosen Zweig des Wechselrichters 2 zuerst der Kommutierungsvorgang eingeleitet. Eine Halbperiode weist unter der Annahme, dass die Thyristoren 2.2 und 2.3 leitend sind, folgenden Ablauf auf: Durch das Einschalten des Thyristors 2.4 nach Ablauf der Stromflussdauer TI wird der Hochspannungstransformator 5 primärseitig spannungslos und der Thyristor 2.7 schaltet in den Sperrzustand. Das Einschalten des Thyristors 2.1 nach einer halben Periodendauer T0/2 führt zur Kommutierung und zur Sperrung des Thyristors 2.2. Jetzt führen die Thyristoren 2.1 und 2.4 Strom und der Vorgang kann in der nächsten Halbperiode in umgekehrter Reihenfolge ablaufen.
Bemerkenswert ist, dass die Kommutierung immer gleich schnell verläuft, da mit konstantem Strom im Gleichstromkreis gearbeitet wird. Der Wechselrichter 2 kann auf diese Verhältnisse optimiert werden, wodurch einerseits der Schaltungsaufwand gering wird und andererseits die Funktionssicherheit der Vorrichtung steigt.
Für das Einschalten der Anspeisungsvorrichtung ist eine Startschaltung vorgesehen, die nach folgendem Prinzip funktioniert: In einem ersten Schritt wird der Gleichstrom über einen Freilaufkreis im Wechselrichter 2 auf den Nennwert aufgebaut. Sobald der Nennwert erreicht wird, erfolgt die Freigabe des Betriebs des Wechselrichters 2 über die Steuerelektronlk 7, die gleichzeitig die Zwangslöschung des Freilaufkreises über die Starteinheit 4 auslöst.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht, den Ozonerzeuger im günstigsten Betriebsbereich zu betreiben. Im Gleichstromkreis wird unabhängig von der produzierten Ozonmenge ein konstanter Strom geregelt, so dass die mpolung des Ozonerzeugers 6 stets mit Nennstrom erfolgt.
Dadurch wird die unproduktive Phase rasch durchlaufen.
Der Gleichstromkreis und somit auch die Drossel 3 wird auf Nennstrom optimiert, womit eine kleinere Baugrösse der Drossel 7 ermöglicht wird.

Claims

Patentansprüche 1. Anspeisungsvorrichtung für einen Ozonerzeuger, welche einen Hochspannungstransformator aufweist, dessen Sekundaricklung zur Anspeisung des Ozonerzeugers bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an einen netzgeführten, gesteuerten Gleichrichter (1) ein Wechselrichter (2) mit zugeordneter Steuerelektronik (7) und Starteinheit (4) angeschlossen ist, wobei der Ausgang des Wechselrichters (2) mit der Primärwicklung (5') des Hochspannungstransformators (5) verbunden ist.
2. Anspeisungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der netzgeführte Gleichrichter (1) an eine Vorrichtung (12) für Strom-Sollwertvorwahl angeschlossen ist.
3. Anspeisungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Ozon-Konzentrationsmessgerät (9) enthält, welches über eine Vorrichtung !8j für Ozon-Soll-Ist-7ergleich mit der Steuerelektronik (7) des Wechselrichters (2) verbunden ist, wobei die Vorrichtung (8) für Ozon-Soll-Ist-Vergleich an eine Vorrichtung (10) für Ozon-Sollwertvorwahl angeschlossen ist.
4. Anspeisungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Prozessrechner (13) enthält, der an die Steuerelektronik (7) des Wechselrichters (2) angeschlossen ist und Eingänge (14) für mehrere Messwerte, wie Ozonkonzentration, Ozonproduktion, Restozongehalt etc. aufweist.
5. Anspeisungsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der netzgeführte, gesteuerte Gleichrichter (1) an den Wechselrichter (2) über eine Drossel (3) angeschlossen ist.
6. Anspeisungsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (2) ein Thyristorwechselrichter in Brückenschaltung ist.