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Spannungsversorgung für einen Ozonisator
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Die Erfindung betrifft eine Spannungsversorgung für einen Ozonisator,
bei der die gleichgerichtete Netzwechselspannung in eine Pulswechselspannung mit
steiler Anstiegsflanke und variabler Frequenz und Amplitude umformbar ist und über
einen Hochspannungstransformator an den Ozonisator anschließbar ist.
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Zur Spannungsversorgung eines Ozonisators ist es bereits bekannt,
die Netzwechselspannung mittels steuerbarer Halbleiterelemente gleichzurichten und
anschließend durch einen Wechselrichter in eine Pulswechselspannung höherer Frequenz
umzuformen. Diese Pulswechselspannung mit rechteckfdrmigem Strom wird über einen
Hochspannungstransformator dem Ozonisator zugeführt (vgl. DE-OS 22 12 484). Bei
dieser bekannten Anordnung wird durch eine besondere elektrische Anpassungsschaltung
in Form eines zwischen Wechselrichter und Ozonisator geschalteten elektrischen Vierpols
dafür gesorgt, daß am Ozonisator Strom- und Spannungsoberwellen entstehen, welche
die Ozonerzeugung durch Verringerung der Dauer der Glimmentladung im Ozonerzeuger
verbessern sollen.
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Bei einer etwas abgewandelten Anordnung dieser Art (vgl.
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DE-OS 22 40 986) wird zum Zerhacken der gleichgerichteten Netzwechselspannung
ein Thyristor benutzt, der von einer regelbaren Zündimpulsquelle angesteuert wird.
Die Löschung dieses Thyristors wird laut Angabe selbsttätig durch den Ozonisator
in Verbindung mit dem Transformator bewirkt. Nach der hier vertretenen Ansicht ist
die Ozonerzeugung im wesentlichen von der Spitzenspannung und der Frequenz der Wechselspannung
abhängig, wogegen die
Wellenform der Spannung nur von untergeordneter
Bedeutung sein soll.
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Ferner ist bereits eine Spannungsversorgung bekannt (vgl.
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z.B. DE-AS 190 1210), bei der Hochspannungstransformator und Ozonisator
einen Parallelschwingkreis bilden, dessen Resonanzfrequenz wesentlich höher als
die Frequenz der primärseitig am Transformator liegenden Impulse ist. Der Parallelschwingkreis
wird also durch Jeden Primärimpuis angestoßen und schwingt dann bis zum nächsten
Primärimpuls weitgehend aus. Die Verwendung des Resonanzkreises verringert zwar
den Blindleistungsbedarf, kann aber infolge der unvermeidlichen Verluste im Ozonisator
schon sehr schnell dazu führen, daß die sekundärseitige Schwingspannung unter den
zur Koronabildung erforderlichen Wert absinkt und die dann noch im elektrischen
Parallelkreis befindliche Energie aufgezehrt wird, ohne daß merklich noch Ozon erzeugt
wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Spannungsversorgung
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das Verhältnis von Ozonausbeute zur
aufgewandten elektrischen Leistung auf einfache Weise verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Summe der
Pulsbreiten zweier aufeinanderfolgender Pulse unterschiedlicher Polarität wesentlich
kleiner als die Periodendauer der Pulswechselspannung gemacht ist.
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Hierbei wird von der experimentellen Erkenntnis ausgegangen, daß die
Ozonbildung praktisch nur im Bereich der relativ starken Anstiegsflanke der Ozonisatorspannung
auftritt und daß die schon kurz nach dem Spannungsmaximum zufließende elektrische
Energie praktisch nicht mehr zur Ozonerzeugung genutzt wird. Macht man also die
Pulsbreite
variabel in dem Sinne, daß sie wesentlich kleiner als
die Periodendauer gemacht werden kann, so kann man sich den Spannungsbereich aussuchen,
der für die Ozonausbeute optimal ist.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispieles
sei die Erfindung näher beschrieben; es zeigen: Figur 1 den Spannungsverlauf an
einem Ozonisator gemäß dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung, wobei diese
Spannungen mit einem Wechselrichter erzeugt sind, Figur 2 eine mit einer Zerhackerschaltung
erreichbare Folge von kurzzeitigen Impulsen, Figur 3 die Wechselrichterschaltung,
mit der ein Spannungsverlauf nach Figur 1 erreicht werden kann und Figur 4 die Zerhackerschaltung
zur Bildung der Spannung gemäß Figur 2.
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In Figur 1 ist mit U1 die trapezförmige Spannung bezeichnet, die z.B.
gemäß dem Stand der Technik nach der DE-OS 22 12 484 an den Ozonisator angelegt
wird. Die Periodendauer dieser Pulsfolge sei mit Tp bezeichnet. Diese Periodendauer
beträgt bei einer Frequenz der Pulswechselspannung von z.B. 400 Hz 2,5 ms. Die Anstiegszeit
bis zum Spannungsmaximum von z.B. 12 kV möge z.B. 0,4 ms betragen. Wie ersichtlich,
wird dann die Spannung nach Erreichen des Maximums über ca. die Dauer einer Viertelperiode
konstant gehalten und dann anschließend wieder auf Null verringert, worauf sich
dann eine Halbperiode mit der Pulsbreite Tp/2 entgegengesetzter Polarität anschließt.
Insgesamt gesehen, handelt es sich bei dieser bekannten trapezförmigen Spannung
in etwa um eine Art
Sinusspannung.
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Die neue Erkenntnis besteht nun darin, daß das Aufrechterhalten einer
Spannung nach dem Erreichen des Maximums für die Erzeugung von Ozon sinnlos ist,
da die Ozonerzeugung im wesentlichen auf den Anstieg der Spannung beschränkt ist.
Erfindungsgemäß wird daher die Spannung U2 (gestrichelt gezeichnet) sofort nach
dem Erreichen des Maximums wieder auf Null abgesenkt. Anschließend beginnt nach
Ablauf einer Wartezeit Tw ein neuer Puls entgegengesetzter Polarität. Wie aus der
Zeichnung ersichtlich, beträgt somit die Summenpulsbreite 2 TB zweier aufeinananderfolgender
Pulse der erfindungsgemäß verwendeten Pulswechselspannung nur etwa die Hälfte derJenigen
Summenpulsbreite Tp die nach dem Stand der Technik verwendet wird. Die gestrichelt
gezeichneten Bereiche werden also - energetisch gesehen - eingespart und damit der
Wirkungsgrad der Anordnung erhöht, und zwar ohne daß sich die Ozonausbeute merklich
verringert.
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Figur 2 zeigt eine etwas andere Ausbildung der Pulswechselspannung
U3 und zwar folgt hier Jeweils nach einem Doppelimpulspaar entgegengesetzter Polarität
mit der Gesamtimpulsbreite 2 TB eine längere Wartezeit Tw,so daß sich insgesamt
eine Periodendauer Tp ergibt, die wesentlich größer als die Summe 2 TB der beiden
Pulsbreiten ist.
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Bei der Anordnung nach Figur 3 wird aus einem Dreiphasennetz RST über
einen steuerbaren Gleichrichter 1 eine Gleichspannung erzeugt, die an einem Glättur.gs-
und Speicherkondensator 11 liegt. An die Klemmen des Gleichrichters 1 ist ein Wechselrichter
2 angeschlossen, der aus den beiden gestrichelt umrandeten Phasenbausteinen 25 und
26 besteht. Jeder dieser Phasenbausteine hat zwei in Reihe geschaltete Thyristoren
21, 22 bzw. 23 und 24. An die Verbindungspunkte zwischen den Thyristoren ist die
Primärwicklung
31 eines Transformators 3 angeschlossen, dessen
Sekundärwicklung 32 parallel die einzelnen Ozonisatoren 4 speist. Der Wechselrichter
2 arbeitet als Brükkenwechselrichter d.h. es sind jeweils die Thyristoren 23 und
22 bzw. 21 und 24 geöffnet. Durch entsprechende Aussteuerung der Thyristoren läßt
sich eine pulsformige Wechselspannung erzielen, die z.B. der Spannung U2 in Figur
1 entspricht. Durch Variation der Ansteuerwinkel kann dabei die Pulsbreite TB in
vorgegebenen Grenzen verändert werden. Ebenso ist durch entsprechende Ansteuerung
des Gleichrichters 1 bzw. des Wechselrichters 2 die Höhe und die Frequenz der pulswechselspannung
veränderbar.
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Figur 4 zeigt eine Zerhackerschaltung zum Erzeugen der in Figur 2
dargestellten Spannung U3. Wie ersichtlich, ist hier der eine Ausgangspol des steuerbaren
Gleichrichters 1 über zwei Thyristoren 51 und 52 und Drosseln 55 und 56 mit den
beiden Enden der Primärwicklung 61 des Transformators 6 verbunden. Der Mittelpunkt
der PrimErwicklung 61 ist mit dem anderen Pol des Gleichrichters 1 verbunden. Zu
Jedem Thyristor 51 bzw. 52 ist noch eine antiparallelgeschaltete Diode 53 bzw. 54
vorgesehen. Die einzelnen Ozonisatoren werden von der Sekundärwicklung 62 des Transformators
6 gespeist. Die Wirkungsweise der vorliegenden Schaltung ist die folgende: Nach
Zünden von z.B. Thyristor 51 wird der auf die Gleichrichterausgangsspannung geladene
Kondensator 11 über die Droasel 55 und den oberen Teil der Primärwicklung 61 umgeladen
und schwingt dann über die Diode 53 zurück. Anschließend wiederholt sich der Vorgang
in umgekehrter Richtung durch Zünden des Thyristors 52. Man erhält somit Impulsspitzen
in beiden Richtungen.
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Die Schaltung läßt sich noch in der Weise vereinfachen, daß z.B. nur
die eine Zerhackerhälfte, d.h. Thyristor 51 und Diode 53 verwendet wird. Es ist
vorteilhaft, noch einen gesonderten Löschkreis vorzusehen, der bei einer Störung
des Rückschwingvorganges den Thyristor 51 löscht.
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4 Figuren 3 Patentansprüche
Zusammenfassung Die Erfindung
betrifft eine Spannungsversorgung für einen Ozonisator (4), bei der die gleichgerichtete
Netzwechselspannung in eine Pulswechselspannung (U2) mit steilem Anstieg und variabler
Frequenz und Amplitude umgeformt wird und über einen Hochspannungstrafo (3) an den
Ozonisator (4) angeschlossen wird. Ausgehend von der Erkenntnis, daß die nach dem
Spannungsmaximum der am Ozonisator angelegten Pulswechselspannung sehr wenig zur
Ozonausbeute beiträgt, wird die Pulsbreite (TB) auf einen optimalen Wert reduziert.
Zur Erzeugung der Pulswechselspannung werden an sich bekannte Thyristorwechselrichter
(2) oder Zerhackerschaltungen (5) benutzt.
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