DE4235766C2

DE4235766C2 - Koronagenerator

Info

Publication number: DE4235766C2
Application number: DE19924235766
Authority: DE
Inventors: Peter Foernsel
Original assignee: AGRODYN HOCHSPANNUNGSTECHNIK G
Current assignee: AGRODYN HOCHSPANNUNGSTECHNIK GMBH, 33803 STEINHAGE
Priority date: 1992-10-24
Filing date: 1992-10-24
Publication date: 1998-11-12
Anticipated expiration: 2012-10-25
Also published as: DE4235766C1

Description

Die Erfindung betrifft einen Koronagenerator mit ei nem aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Gene rator für die Erzeugung von Spannungsimpulsen, die an die Primärwicklung eines Hochspannungstransforma tors gelegt über dessen Sekundärwicklung zwischen ei ner Koronaelektrode und einer Gegenelektrode eine Koronaentladung erzeugt.

Durch die DE 39 23 694 C1 ist ein Koronagenerator der gattungsgemäßen Art bekannt geworden, der mit mehreren elektronischen Schaltern, einem veränderba ren Frequenzgenerator und einer Phasenmeßschaltung eine aufwendige Steuerschaltung aufweist, die zudem jeweils an die durch die Korona zu behandelnden Mate rialien bedingten elektrischen Eigenschaften frequenz mäßig angepaßt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ko ronagenerator zu beschreiben, der sich automatisch an die elektrischen Eigenschaften der zu behandelnden Materialien anpaßt und einer stark vereinfachte elektro nischen Schaltung mit einem einzigen Schalter ausgestat tet ist.

Die gestellte Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der wesentliche und außerordentliche Vorteil des er findungsgemäßen Generators ist darin zu sehen, daß, von einer zeitlich sehr kurzen Erwärmungsphase abge sehen, praktisch keine Ozonbildung auftritt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild des Genera tors,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für die Gestaltung des elektronischen Schalters,

Fig. 3 eine Abwandlung der Ausgestaltung des elek tronischen Schalters,

Fig. 4 den Spannungsverlauf an einigen Punkten der Schaltung,

Fig. 5a die konventionelle Strahlung der Koronaent ladung,

Fig. 5b die Gestalt der Koronaentladung beim Koro nagenerator und

Fig. 6 eine Gegenüberstellung des prinzipiellen Entla dungsablaufs bei der konventiellen Korona und der Ko rona gemäß der Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen stehen folgende Begriffe für die in DE 42 35 766 C1 verwendeten:

- Ladekreis (1) für ersten Schwingkreis (1);
- Hochspannungstransformator für Hochfrequenztransformator;
- Sekundärschwingkreis (3) für zweiter Schwingkreis (3);
- Taktfrequenz für niedrige Impulsfrequenz;
- Eigenfrequenz für hohe Frequenz.

Der Koronagenerator (Fig. 1) besteht im wesentli chen aus einem ersten Schwingkreis, einem Schalter 2 und einem zweiten Schwingkreis, dem ein Hochspan nungstransformator 4 zugeordnet ist. Der erste Schwingkreis ist ein Reihenschwingkreis 1 (RS) mit ei ner Drossel 6 und einem Kondensator 8, der über einen Schalter 10 (Sch), eine Diode 11 und eine Drossel 12 an die Primärwicklung 14 des Hochspannungstransforma tors 4 angeschlossen ist. Die Diode 11 sperrt den Induk tionsstrom beim Öffnen des Schalters 10, während die Drossel 12 den Einschaltstrom beim Schließen des Schalters 10 auf einen Maximalwert begrenzt, den der Schalter verarbeiten kann. Der Hochspannungstrans formator 4 ist ein verlustarmer Impulstransformator konventioneller Bauart, mit einer Primärwicklung 14 mit verhältnismäßig geringer Windungszahl, an dessen Sekundärwicklung 15 die Koronaentladungsstrecke an geschlossen ist. Die Sekundärwicklung 15 und die an sich sehr geringe Kapazität der Koronaentladungsstrec ke mit der Koronaelektrode 16 und der geerdeten Ge genelektrode 18 bilden den zweiten Schwingkreis, einen Parallelschwingkreis 3 (PS).

Die Koronaelektrode 16 mit einem dielektrischen Mantel ist in einem geringen Abstand von wenigen Mil limetern über der geerdeten Gegenelektrode 18 ange ordnet, über die das zu bestrahlende Material, z. B. eine Kunststoff-Folie geführt wird.

Es ist zweckmäßig, den Schalter 10 als periodisch ar beitenden elektronischen Schalter mit einem oder meh reren Thyristoren (Fig. 2) auszubilden. Es ist grundsätz lich ausreichend, einen Thyristor 20 vorzusehen, wenn seine Leistung ausreichend ist. Aus Sicherheitsgründen können mehrere Thyristoren 20 bis 22 angeordnet wer den, deren Anoden, Kathoden und Gates parallel ge schaltet sind. Der bzw. die Thyristoren 20 bis 22 werden über eine Steuerschaltung 24 gezündet, die von einem Spannungssensor 26 aktiviert wird, der die Spannung des Kondensators 8 überwacht und bei einer bestimm ten Spannungshöhe die Steuerschaltung 24 ansprechen läßt. Vorteilhafter kann es sein, wenn lediglich die An oden bzw. die Kathoden der Thyristoren 27 bis 29 paral lel geschaltet sind (Fig. 3) und über die Gates durch die Steuerschaltung 30 nacheinander zyklisch geschaltet sind. Durch diese Maßnahme werden die Zeitabschnitte zwischen den Zündungen der einzelnen Thyristoren 27 bis 29 um ein mehrfaches entsprechend der Anzahl der parallel geschalteten Thyristoren verlängert und die Be lastbarkeit vergrößert. Selbstverständlich können auch andere elektronische Bauelemente, wie z. B. Transisto ren oder Röhren anstelle der Thyristoren als Schalter vorgesehen werden.

Mit dem Anschalten einer Gleichspannung U = mit z. B. 300 Volt wird der Kondensator 8 über die Drossel aufgeladen. Die dabei am Kondensator erreichbare Spannung kann erhebliche Werte erreichen, z. B. + 1000 Volt (Fig. 4a). Der Spannungssensor 26 an der Steuer schaltung 24 kann so eingestellt sein, daß z. B. bei einer Spannung von etwa + 800 Volt ein Zündungsimpuls von der Steuerschaltung 24 an das Gate bzw. an die Gates der Thyristoren 20 bis 22 geliefert wird (Fig. 4b). Die Thyristoren 20 bis 22 zünden und liefern einen Entla dungsstrom über die Drossel 12 auf die Primärwicklung 14 des Hochspannungstransformators 4. Die Drossel 12 hat u. a. die Aufgabe, die Höhe des Entladungsstromsto ßes so zu begrenzen, daß die Thyristoren 20 bis 22 nicht überlastet werden. Sobald die Spannung des Kondensa tors 8 den Nullwert erreicht, sperren die Thyristoren 20 bis 22 wieder und die Aufladung des Kondensators 8 erfolgt aufs neue. Die Induktivität der Drossel 6 ist so gewählt, daß die Aufladung des Kondensators 8 bis zur nächsten Entladung in einer vorbestimmten Zeit, z. B. t = 50 µsec erfolgt, d. h., daß die Zündfolge z. B. mit einer Frequenz von 20 kHz erfolgt, also mit einer Frequenz oberhalb der hörbaren Schallfrequenz. Im genannten Ausführungsbeispiel erfolgen also die Spannungsstrom stöße in der Primärwicklung 14 mit 20 kHz und erzeu gen in der Sekundärwicklung 15 gedämpfte Schwingun gen mit einer Frequenz, die sich aus der Resonanz des aus der Induktivität der Sekundärwicklung 15 und der Kapazität der Koronaelektrode 16 mit der Gegenelek trode 18 gebildeten Parallelschwingkreises 3 ergibt, die z. B. in der Größenordnung von 150 kHz liegen kann (Fig. 4c). Die Spitzenspannung dieser gedämpften Schwingungen, die dann mit einer Impuls folge von den hier angenommenen 20 kHz auftreten, kann sehr hohe Werte in der Größenordnung von 100 kV annehmen. Die hierdurch auftretende Korona ist fächerhaft ausge weitet, wie in Fig. 5b schematisch dargestellt ist. Die Breite b₂ der flächenhaft ausgebreiteten Glimmerschei nung auf dem zu behandelnden Material, z. B. einer Kunststoff-Folie ist erheblich größer als die Breite b₁ einer konventionellen Korona (Fig. 5a).

Besonders erwähnenswert ist außerdem der Um stand, daß die Koronaelektrode 16 des Generators ge mäß der Erfindung (Fig. 5b) ohne Kühlung betrieben wird, während bei den bekannten Generatoren (Fig. 5a) eine Kühlung erforderlich ist, um Schäden an der Koro naelektrode zu vermeiden.

Es besteht die Vermutung, daß die fehlende Ozonbil dung auf die höhere Temperatur der Koronaelektrode, die höhere Elektrodenspannung und die verhältnismä ßig langen Pausen zwischen den Spannungsspitzen zu rückzuführen ist, wobei der Eindruck einer plasmaähnli chen Entladung entsteht.

Fig. 6 veranschaulicht die Leistungs- und Energiever hältnisse der Koronaentladung gemäß der Erfindung gegenüber der konventionellen Korona. Während bei den bekannten Koronageneratoren die Korona im we sentlichen von einer von der Sekundärwicklung 15 des Hochspannungstransformators 4 gelieferten (Sinus-) Spannung 32 der Größenordnung von 10 kV erzeugt wird, erfolgt die Korona des Generators gemäß der Erfindung durch zeitlich sehr kurze Impulse mit sehr hohen Spannungswerten, die mit verhältnismäßig gro ßen zeitlichen Abständen auftreten. Die von der Sekun därwicklung 15 abgegebene Leistung wird in einer au ßerordentlich kurzen Zeitspanne geliefert. Veranschau licht wird dies durch die Flächen unter der Kurve 32 für den konventionellen Spannungsverlauf und der Kurve 33 für den Spannungsverlauf an der Sekundärwicklung des erfindungsgemäßen Generators.

Bemerkenswert ist, daß die plasmaähnliche Korona entladung eine verstärkte violette Färbung aufweist, was einen Hinweis auf eine verstärkte Reaktion mit Stickstoff gibt.

Claims

1. Koronagenerator mit einem aus einer Gleichspannungsquelle gespeisten Generator für die Erzeugung von Spannungsimpulsen, die, an die Primär wicklung eines Hochspannungstransformators gelegt, über dessen Sekundär wicklung (15) zwischen einer Koronaelektrode (16) und einer Gegenelektro de (18) eine Koronaentladung erzeugen, wobei ein Sekundärschwingkreis (3) aus der Sekundärwicklung (15) und der durch die Korona- (16) und Gegen elektrode (18) gebildeten Kapazität besteht, der mit seiner Eigenfrequenz schwingt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Generator zur Erzeugung von Spannungsimpulsen aus einem eine Drossel (6) und einen Kondensator (8) enthaltenden Ladekreis (1) und einen Entladekreis (Sch), der in Serienschaltung die Primärwicklung (14) des Hochspannungstransformators, den Kondensator (8) und einen in Abhängigkeit von der Spannung des Kondensators gesteuerten, in Serie ange ordneten Schalter (2; 10) enthält,
gebildet wird,
und daß die Induktivität der Drossel (6) im Ladekreis (1) und das von der Spannung am Kondensator (8) abgeleitete Schaltkriterium des Schalters (2; 10) im Entladekreis (Sch) derart gewählt sind, daß die Taktfrequenz der im Generator auftretenden Spannungsimpulse an der Primärwicklung kleiner ist als die Eigenfrequenz des gedämpft schwingenden Sekundärschwingkreises (3).

2. Koronagenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (2) durch einen oder mehrere elektronisch gesteuerte Thyristoren (20 bis 22) gebildet ist.

3. Koronagenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (Thyristoren 20 bis 22) durch eine von einem Spannungssensor (26) getriggerte Steuerschaltung (24) betätigt ist, wobei der Spannungssen sor (26) bei einer bestimmten Aufladung des Kondensators (8) des Ladekrei ses (1) anspricht.

4. Koronagenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß ein oder mehrere parallel geschaltete Thyristoren (20 bis 22) vorgesehen sind, deren Ausgänge über eine Induktanz (12) mit der Primär wicklung (14) des Hochspannungstransformators (4) verbunden sind.

5. Koronagenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Thyristoren (27 bis 29) nur mit ihren Anoden bzw. Katho den parallel geschaltet sind und über ihre Gates durch die Steuerschaltung (30) nacheinander zyklisch geschaltet sind.

6. Koronagenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Koronaentladung Plasmaeigenschaften aufweist, wobei die Entladung ohne Ozonbildung erfolgt.