DE3724639C2 - Netzgerät für einen Ozonerzeuger - Google Patents
Netzgerät für einen OzonerzeugerInfo
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- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
- C01B13/10—Preparation of ozone
- C01B13/11—Preparation of ozone by electric discharge
- C01B13/115—Preparation of ozone by electric discharge characterised by the electrical circuits producing the electrical discharge
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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 ud11 (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 ud11 hat seine
Ursache in der Einschaltdauer von 50% für ud11. 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 uOZ
und des Stromes iOZ für den Ozonerzeuger 5 sowie die
Gleichspannung ud1 vor der Induktivität 2 sowie die
Spannung ud2 nach der Induktivität 2. Der Gleichstrom durch
die Induktivität 2 wird vom Wechselrichter 3 in den
Rechteckstrom iOZ (Fig. 4, Zeile 1) für den Ozonerzeuger 5
umgewandelt. Hieraus folgt die abschnittsweise linear
ansteigende Ozonerzeugerspannung uoz (Zeile 2) . Diese
Spannung ergibt eine Wechselrichter-Eingangsspannung ud2,
die im Mittel die gleiche Größe haben muß wie die Spannung
ud1. Wegen der großen negativen Spannungszeitfläche
zwischen den Zeiten t1 und t2 (Zeile 3) wird das Maximum
von ud2 etwa dreimal größer als ud1. 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 (5)
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 (Ud11) speist, und
daß der Tiefsetzsteller synchron zum Taktgenerator des Wechselrichters (3) arbeitet, derart, daß die Spannungszeitfläche für die Induktivität (2) klein ist.
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 (Ud11) 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.
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Publication Number | Publication Date |
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DE3724639A1 DE3724639A1 (de) | 1988-09-15 |
DE3724639C2 true DE3724639C2 (de) | 1995-02-23 |
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DE19873724639 Expired - Fee Related DE3724639C2 (de) | 1987-07-25 | 1987-07-25 | Netzgerät für einen Ozonerzeuger |
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- 1987-07-25 DE DE19873724639 patent/DE3724639C2/de not_active Expired - Fee Related
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