DE3724639C2

DE3724639C2 - Netzgerät für einen Ozonerzeuger

Info

Publication number: DE3724639C2
Application number: DE19873724639
Authority: DE
Inventors: Manfred Prof Dipl Ing Fender
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-07-25
Filing date: 1987-07-25
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2007-07-26
Also published as: DE3724639A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Netzgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Netzgerät ist bekannt aus der DE-OS 22 12 484.

Das Gas Ozon (O₃) ist ein wesentlich stärkeres Oxydationsmittel als reiner Sauerstoff (O₂). Ozon setzt man beispielsweise für die Reinigung von Abwässern ein. Die Erzeugung des Ozons erfolgt durch unselbständige elektrische Entladungen zwischen zwei Elektroden in Luft oder in reinem Sauerstoffgas. Um den Übergang zur selbständigen Entladung (Lichtbogen) zu verhindern, befindet sich in der Regel noch ein dielektrisches Material (z. B. Glas) zwischen den Elektroden zur Strombegrenzung. Vor dem Einsetzen der Entladung liegt ein reiner Verschiebungsstrom vor, der durch die Reihenschaltung von Gas und dielektrischem Material fließt. Da nun die Stromstärke mit der Änderungsgeschwindigkeit der Spannung über der Zeit (i = C_*du/dt) steigt und damit auch die produzierte Ozonmenge größer wird, setzt man neuerdings weniger die 50 Hz-Netzspannung ein, sondern zunehmend Umrichter mit höheren Frequenzen der Ausgangsspannung. Als besonders vorteilhaft erwiesen sich Umrichter mit Rechteckstrom am Ausgang. Dadurch lädt sich die Kapazität des Ozonerzeugers rasch um, und es wird schnell wieder der Bereich der unselbständigen Endladung mit der Ozonbildung erreicht.

Bei dem bekannten Netzgerät nach der genannten DE-OS 22 12 484 erweist sich die schlechte Ausnutzung des Gleichrichters als wenig vorteilhaft. Er darf in der Spannung nur etwa zur Hälfte ausgenutzt werden und muß daher für die gleiche Leistung doppelt so viel Strom liefern. Nun müssen nicht nur die Bauteile dem doppelten Strom standhalten, sondern auch das speisende Netz. Es muß eine große Blindleistung liefern und wird auch noch mit höherfrequenten Überschwingungsströmen belastet. Weiterhin erweist sich als nachteilig, daß die Induktivität im Zwischenkreis wegen des großen Stroms groß gebaut werden muß und eine nennenswerte Verlustleistung hat.

Die Ursache für die oben genannten Nachteile liegt in der Besonderheit der kapazitiven Last, wie nachfolgend noch näher erläutert werden soll.

Tiefsetzsteller oder Abwärtsregler sind bekannt. In der DE-OS 23 61 924 wird der Einsatz eines Tiefsetzstellers beschrieben, der im Gleichstromzwischenkreis die Einstellung einer bestimmten Spannung für einen Wechselrichter zur Speisung von Drehstrommotoren ermöglicht. Das Prinzip von Abwärtsreglern wird erläutert in "Funkschau-Arbeitsblätter", 1987, Seite 28.

Ausgehend vom Stand der Technik nach der genannten DE-OS 22 12 484 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Netzgerät für Ozonerzeuger zu schaffen, das gegenüber den bekannten Netzgeräten für Ozonerzeuger mit kleineren Netzströmen auskommt, dem Netz möglichst keine Blindströme entnimmt und auch das Netz möglichst nicht mit höherfrequenten Oberschwingungsströmen belastet. Außerdem sollen die Induktivität und der Transformator möglichst klein und damit preiswert sein. Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Neben dem vorzugsweisen Einsatz eines ungesteuerten und damit wenig aufwendigen Gleichrichters können auch gesteuerte Gleichrichter Verwendung finden. Solche gesteuerten Gleichrichter werden auch bei dem Netzgerät nach der genannten DE-OS 22 12 484 eingesetzt.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So kann die Leistungsregelung des Ozongenerators über eine Änderung der Taktfrequenz des Wechselrichters oder über die Einschaltdauer des elektronischen Schalters erfolgen. Im letztgenannten Fall kann die Taktfrequenz auf einem hohen Wert bleiben, so daß nicht nur die Induktivität, sondern auch der Transformator kleiner, leichter und preiswerter ausgeführt werden können.

Der Wechselrichter kann mehrere, in Reihe geschaltete Brückenschaltungen von Thyristoren und der Transformator mehrere Primärwicklungen aufweisen, die jeweils an eine Brücke angeschaltet sind. Dadurch lassen sich höhere Wechselspannungen auch bei Einsatz eines ungesteuerten Gleichrichters bewältigen. Der Transformator sichert durch die Primärwicklungen eine gleichmäßige Spannungsaufteilung.

Der Wechselrichter kann anstelle einer Lastkommutierung eine Zwangskommutierung aufweisen, die durch einen LC-Kommutierungskreis und eine zum jeweiligen Thyristor in Reihe geschaltete Diode erreicht wird.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für ein Netzgerät für Ozonerzeuger;

Fig. 2 einen ungesteuerten Gleichrichter;

Fig. 3 einen ungesteuerten Gleichrichter mit nachgeschaltetem Tiefsetzsteller und

Fig. 4 Diagramme für die Spannungen und Ströme des Ozonerzeugers in Abhängigkeit von der Zeit.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung eines Netzgerätes für einen Ozonerzeuger speist eine nur schematisch dargestellte, später noch näher erläuterte Gleichspannungsquelle 1 über eine Zwischenkreis- Induktivität 2 einen Wechselrichter 3. Der Wechselrichter 3 ist aus zwei in Reihe liegenden Brückenschaltungen mit jeweils vier elektronischen Schaltern in Form von Thyristoren 3a bis 3d bzw. 3e bis 3h aufgebaut. Jede Brückenschaltung 3a bis 3d bzw. 3e bis 3h speist eine getrennte Primärwicklung eines Transformators 4, an dessen Sekundärwicklung der nur schematisch dargestellte Ozongenerator 5 liegt.

Fig. 2 zeigt einen ungesteuerten Gleichrichter 1a zum Anschluß an ein Drehstromnetz mit nachgeschalteter Induktivität 2, die der Induktivität 2 in Fig. 1 entspricht. In Fig. 3 ist an den ungesteuerten Gleichrichter 1a gemäß Fig. 2 ein Pufferkondensator 1c angeschaltet. Darauf folgt ein Tiefsetzsteller, der durch einen elektronischen Leistungsschalter in Form eines Transistors 1d und eine Freilaufdiode 1e gebildet wird. Schaltet man den Gleichrichter mit nachgeschaltetem Tiefsetzsteller gemäß Fig. 3 an den Wechselrichter 3 gemäß Fig. 1 an, so erhält man ein Netzgerät nach der Erfindung.

Durch den Pufferkondensator 1c, die Freilaufdiode 1e und den Transistor 1d kann man die Induktivität 2 mit einer getakteten Gleichspannung u_d11 (Fig. 4, 4. Zeile) speisen, die wenig Spannungszeitfläche für die Induktivität ergibt. Dies ermöglicht zusammen mit dem kleineren Strom den Einsatz einer wesentlich kleineren, leichteren und preiswerteren Induktivität 2. Die Leistung kann über die Taktfrequenz, vorteilhafter aber über die Einschaltdauer t₃ bis t₄ (Fig. 4, 4. Zeile) erfolgen. Damit kann die Taktfrequenz hoch bleiben, so daß nicht nur die Induktivität 2, sondern auch der Transformator 4 kleiner ausgeführt werden können. Ein weiterer Vorteil des Tiefsetzstellers mit den Bauteilen 1c, 1d und 1e zeigt sich bei einem Betrieb unterhalb der Nennleistung. Der Netzstrom geht proportional mit der Wirkleistung zurück, weil der Leistungsfaktor des Netzstroms nahezu den Wert 1 hat. Bei gesteuerten Gleichrichtern sinkt hingegen der Leistungsfaktor noch weiter ab. Der doppelt so hohe Wert von u_d11 hat seine Ursache in der Einschaltdauer von 50% für u_d11. Dadurch kann in der Regel auf eine Reihenschaltung der elektronischen Schalter 3a bis 3d und 3e bis 3h im Wechselrichter 3 verzichtet werden.

Fig. 4 zeigt maßstäblich den Verlauf der Spannung u_OZ und des Stromes i_OZ für den Ozonerzeuger 5 sowie die Gleichspannung u_d1 vor der Induktivität 2 sowie die Spannung u_d2 nach der Induktivität 2. Der Gleichstrom durch die Induktivität 2 wird vom Wechselrichter 3 in den Rechteckstrom i_OZ (Fig. 4, Zeile 1) für den Ozonerzeuger 5 umgewandelt. Hieraus folgt die abschnittsweise linear ansteigende Ozonerzeugerspannung u_oz (Zeile 2) . Diese Spannung ergibt eine Wechselrichter-Eingangsspannung u_d2, die im Mittel die gleiche Größe haben muß wie die Spannung u_d1. Wegen der großen negativen Spannungszeitfläche zwischen den Zeiten t1 und t2 (Zeile 3) wird das Maximum von u_d2 etwa dreimal größer als u_d1. Daraus erkennt man auch die eingangs erläuterten Schwierigkeiten von Netzteilen nach dem Stand der Technik. Da das öffentliche Netz mit einer Spannung von 380 V bei ungesteuerten Gleichrichtern eine Gleichspannung von etwa 530 V liefert, findet man keine elektronischen Schalter mehr mit entsprechend hoher Spannungsfestigkeit und mußte gesteuerte Gleichrichter einsetzen, die mit halber Ausgangsspannung betrieben werden und daher den doppelten Strom liefern müssen, um die gleiche Leistung zu erbringen.

Claims

1. Netzgerät für einen mit unselbständiger elektrischer Entladung arbeitenden Ozonerzeuger,
mit einem Gleichrichter,
mit einer Induktivität im Gleichspannungskreis,
mit einem in den Gleichspannungskreis eingeschalteten, der Induktivität nachgeschalteten, Wechselrichter mit einer Brückenschaltung von Thyristoren, und
mit einem an den Wechselrichter angeschlossenen Transformator, der sekundärseitig den Ozonerzeuger speist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gleichrichter vorzugsweise ein ungesteuerter Gleichrichter (1a) ist,
daß an den Gleichrichter (1a) ein Tiefsetzsteller angeschlossen ist, der einen zum Gleichrichter (1a) parallelen Pufferkondensator (1c), eine Freilaufdiode (1e) sowie einen elektronischen Schalter (Transistor) (1d) enthält und die Induktivität (2) mit einer getakteten Gleichspannung (U_d11) speist, und
daß der Tiefsetzsteller synchron zum Taktgenerator des Wechselrichters (3) arbeitet, derart, daß die Spannungszeitfläche für die Induktivität (2) klein ist.

2. Netzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregelung des Ozongenerators (5) über eine Änderung der Taktfrequenz des Wechselrichters (3) erfolgt.

3. Netzgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregelung des Ozongenerators (5) über die Einschaltdauer (t₃ bis t₄) des elektronischen Schalters (1d) erfolgt.

4. Netzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (3) mehrere in Reihe geschaltete Brückenschaltungen (3a, 3b, 3c, 3d bzw. 3e, 3f, 3g, 3h) von Thyristoren und der Transformator (4) mehrere Primärwicklungen aufweisen, die jeweils an eine Brücke (3a, 3b, 3c, 3d bzw. 3e, 3f, 3g, 3h) angeschlossen sind.

5. Netzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (3) eine Zwangskommutierung aufweist, die durch einen LC-Kommutierungskreis und eine zum jeweiligen Thyristor in Reihe geschaltete Diode erreicht wird.