DE4235766C2 - Corona generator - Google Patents

Corona generator

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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.The invention relates to a corona generator with egg genes fed from a DC voltage source rator for the generation of voltage pulses the primary winding of a high voltage transformer tors placed over its secondary winding between egg ner corona electrode and a counter electrode one Corona discharge generated.

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.DE 39 23 694 C1 is a corona generator of the generic type known with several electronic switches, one changeable Ren frequency generator and a phase measurement circuit has a complex control circuit, which also to the mate to be treated by the corona electrical properties frequency must be adjusted moderately.

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.The invention has for its object a Ko ronagenerator to describe the automatically the electrical properties of the items to be treated Adapts materials and a greatly simplified electro African circuit equipped with a single switch is.

Die gestellte Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.The task is performed by the in the indicator of claim 1 specified features solved.

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.The essential and extraordinary advantage of the generator according to the invention can be seen in the fact that from a very short warming phase see, practically no ozone formation occurs.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous developments of the invention are in the subclaims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are in the Drawings explained in more detail. It shows

Fig. 1 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild des Genera­ tors, Fig. 1 is a simplified schematic circuit diagram of the gate of the genera

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für die Gestaltung des elektronischen Schalters, Fig. 2 shows an embodiment for the design of the electronic switch,

Fig. 3 eine Abwandlung der Ausgestaltung des elek­ tronischen Schalters, Fig. 3 shows a modification of the embodiment of the elec tronic switch,

Fig. 4 den Spannungsverlauf an einigen Punkten der Schaltung, Fig. 4 shows the voltage curve at some points of the circuit,

Fig. 5a die konventionelle Strahlung der Koronaent­ ladung, FIG. 5a, the conventional radiation of Koronaent charge,

Fig. 5b die Gestalt der Koronaentladung beim Koro­ nagenerator und Fig. 5b the shape of the corona discharge at the Koro nagenerator and

Fig. 6 eine Gegenüberstellung des prinzipiellen Entla­ dungsablaufs bei der konventiellen Korona und der Ko­ rona gemäß der Erfindung. Fig. 6 is a comparison of the basic discharge process in the conventional corona and the Ko rona according to the invention.

In der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen stehen folgende Begriffe für die in DE 42 35 766 C1 verwendeten:
In the following description and the claims, the following terms refer to those used in DE 42 35 766 C1:

  • - Ladekreis (1) für ersten Schwingkreis (1);- Charging circuit ( 1 ) for the first resonant circuit ( 1 );
  • - Hochspannungstransformator für Hochfrequenztransformator;- High voltage transformer for high frequency transformer;
  • - Sekundärschwingkreis (3) für zweiter Schwingkreis (3);- secondary resonant circuit (3) for the second resonant circuit (3);
  • - Taktfrequenz für niedrige Impulsfrequenz;- clock frequency for low pulse frequency;
  • - Eigenfrequenz für hohe Frequenz.- Natural frequency for high frequency.

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).The corona generator ( Fig. 1) consists in Chen wesentli of a first resonant circuit, a switch 2 and a second resonant circuit, to which a high-voltage transformer 4 is assigned. The first resonant circuit is a series resonant circuit 1 (RS) with egg ner choke 6 and a capacitor 8 , which is connected via a switch 10 (Sch), a diode 11 and a choke 12 to the primary winding 14 of the high voltage transformer 4 . The diode 11 blocks the induction current when the switch 10 is opened , while the inductor 12 limits the inrush current when the switch 10 is closed to a maximum value that the switch can process. The high-voltage transformer 4 is a low-loss pulse transformer of conventional design, with a primary winding 14 with a relatively low number of turns, on the secondary winding 15, the corona discharge path is closed. The secondary winding 15 and the very low capacitance of the Koronaentladungsstrec ke with the corona electrode 16 and the grounded Ge counterelectrode 18 form the second resonant circuit, a parallel resonant circuit 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.The corona electrode 16 with a dielectric jacket is at a short distance of a few millimeters above the grounded counter electrode 18 , through which the material to be irradiated, for. B. a plastic film is guided.

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.It is useful to form the switch 10 as a periodically ar processing electronic switch with one or more thyristors ( Fig. 2). It is generally sufficient to provide a thyristor 20 if its performance is sufficient. For security reasons, a plurality of thyristors 20 to 22 can be arranged, the anodes, cathodes and gates of which are connected in parallel. The or the thyristors 20 to 22 are ignited via a control circuit 24 , which is activated by a voltage sensor 26 , which monitors the voltage of the capacitor 8 and allows the control circuit 24 to respond at a specific voltage level. It may be more advantageous if only the anodes or the cathodes of the thyristors 27 to 29 are connected in parallel ( FIG. 3) and are cyclically connected in succession via the gates by the control circuit 30 . By this measure, the time periods between the firings of the individual thyristors 27 to 29 are extended by a multiple corresponding to the number of thyristors connected in parallel and the loading capacity is increased. Of course, other electronic components, such as. B. Transisto ren or tubes can be provided as switches instead of the thyristors.

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).By switching on a DC voltage U = with z. B. 300 volts, the capacitor 8 is charged via the choke. The voltage achievable on the capacitor can reach considerable values, e.g. B. + 1000 volts ( Fig. 4a). The voltage sensor 26 on the control circuit 24 can be set so that, for. B. at a voltage of about + 800 volts an ignition pulse from the control circuit 24 to the gate or to the gates of the thyristors 20 to 22 is supplied ( Fig. 4b). The thyristors 20 to 22 ignite and deliver a discharge current via the inductor 12 to the primary winding 14 of the high-voltage transformer 4 . The throttle 12 has, inter alia, the task of limiting the amount of discharge current so that the thyristors 20 to 22 are not overloaded. As soon as the voltage of the capacitor 8 reaches zero, the thyristors 20 to 22 lock again and the capacitor 8 is charged again. The inductance of the inductor 6 is chosen so that the charging of the capacitor 8 until the next discharge in a predetermined time, for. B. t = 50 microseconds, that is, the firing order z. B. at a frequency of 20 kHz, that is, at a frequency above the audible sound frequency. In the exemplary embodiment mentioned, the voltage current surges occur in the primary winding 14 at 20 kHz and generate conditions in the secondary winding 15 damped vibrations at a frequency that results from the resonance of the inductance of the secondary winding 15 and the capacitance of the corona electrode 16 with the counterelectrode trode 18 formed parallel resonant circuit 3 , the z. B. may be on the order of 150 kHz ( Fig. 4c). The peak voltage of these damped vibrations, which then occur with a pulse sequence of the 20 kHz assumed here, can assume very high values in the order of 100 kV. The resulting corona is expanded fan-like, as shown schematically in Fig. 5b. The width b 2 of the area-wide mica coating on the material to be treated, e.g. B. a plastic film is considerably larger than the width b 1 of a conventional corona ( 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.It is also particularly worth mentioning that the corona electrode 16 of the generator according to the invention ( FIG. 5b) is operated without cooling, while cooling is required in the known generators ( FIG. 5a) in order to damage the corona electrode avoid.

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.There is a presumption that the lack of ozone the higher temperature of the corona electrode, the higher electrode voltage and the relative long pauses between the voltage peaks is to be traced back, the impression of a plasma-like Chen discharge occurs.

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. Fig. 6 illustrates the power and energy ratios of the corona discharge according to the invention over the conventional corona. While in the known corona generators, the corona is essentially generated by a (sine) voltage 32 of the order of magnitude of 10 kV supplied by the secondary winding 15 of the high-voltage transformer 4 , the corona of the generator according to the invention takes place by very short pulses with very high times Voltage values that occur at relatively large intervals. The output of the secondary winding 15 is delivered in an extremely short period of time. This is illustrated by the areas under curve 32 for the conventional voltage curve and curve 33 for the voltage curve on the secondary winding of the generator according to the invention.

Bemerkenswert ist, daß die plasmaähnliche Korona­ entladung eine verstärkte violette Färbung aufweist, was einen Hinweis auf eine verstärkte Reaktion mit Stickstoff gibt.It is noteworthy that the plasma-like corona discharge has an intensified violet color, which is an indication of an increased response with Nitrogen there.

Claims (6)

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).1. corona generator with a generator fed from a direct voltage source for the generation of voltage pulses which, placed on the primary winding of a high voltage transformer, generate a corona discharge via its secondary winding ( 15 ) between a corona electrode ( 16 ) and a counterelectrode ( 18 ), wherein a secondary resonant circuit ( 3 ) consists of the secondary winding ( 15 ) and the capacitance formed by the corona ( 16 ) and counter electrode ( 18 ) which vibrates at its natural frequency, characterized in that
that the generator for generating voltage pulses from a choke ( 6 ) and a capacitor ( 8 ) containing charge circuit ( 1 ) and a discharge circuit (Sch), the primary winding ( 14 ) of the high-voltage transformer, the capacitor ( 8 ) and one in series contains switches ( 2 ; 10 ) which are controlled as a function of the voltage of the capacitor,
is formed
and that the inductance of the inductor ( 6 ) in the charging circuit ( 1 ) and the switching criterion of the switch ( 2 ; 10 ) derived from the voltage on the capacitor ( 8 ) in the discharge circuit (Sch) are selected such that the clock frequency of the voltage pulses occurring in the generator at the primary winding is lower than the natural frequency of the damped oscillating secondary resonant circuit ( 3 ). 2. Koronagenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (2) durch einen oder mehrere elektronisch gesteuerte Thyristoren (20 bis 22) gebildet ist.2. corona generator according to claim 1, characterized in that the switch ( 2 ) is formed by one or more electronically controlled thyristors ( 20 to 22 ). 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.3. corona generator of claim 1 or 2, characterized in that the switches (thyristors 20 to 22) is actuated by a triggered by a voltage sensor (26) control circuit (24), wherein the Spannungssen sor (26) at a given charging of the capacitor ( 8 ) of the charging circuit ( 1 ) responds. 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.4. corona generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that one or more thyristors ( 20 to 22 ) connected in parallel are provided, the outputs of which via an inductance ( 12 ) with the primary winding ( 14 ) of the high-voltage transformer ( 4 ) are connected. 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.5. corona generator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the thyristors ( 27 to 29 ) are only connected in parallel with their anodes or cathodes and are cyclically connected in succession via their gates by the control circuit ( 30 ). 6. Koronagenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Koronaentladung Plasmaeigenschaften aufweist, wobei die Entladung ohne Ozonbildung erfolgt.6. corona generator according to one of claims 1 to 5, characterized records that the corona discharge has plasma properties, the Discharge takes place without ozone formation.
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