DE2929601A1 - High voltage transformer for ozone producer - has output from current inverter fed to prim. to control prodn. rate - Google Patents
High voltage transformer for ozone producer - has output from current inverter fed to prim. to control prodn. rateInfo
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Abstract
Description
Anspeisungsvorrichtung für einen Ozonerzeuger Feed device for an ozone generator
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anspeisungsvorrichtung für einen Ozonerzeuger, welche einen Hochspannungstransformator aufweist, dessen Sekundärwicklung zur Anspeisung des Ozonerzeugers bestimmt ist.The present invention relates to a feeding device for an ozone generator, which has a high-voltage transformer, its secondary winding is intended to feed the ozone generator.
Bekanntlich entsteht Ozon u.a. bei elektrischen Entladungen. Ozonerzeuger weisen meistens plattenförmige oder rohrförmige Elektroden mit wenigstens einem Dielektrikum und Luftspalt auf. Zur Ozonproduktion wird über die Elektroden ein Strom zugeführt, wobei die Ozonleistung bei höherein Spannungen und bei Betrieb oberhalb der Netzfrequenz ansteigt. Im weiteren ist die Ozonleistung einerseits von der Konstruktion des Ozonerzeugers selbst, andererseits jedoch auch von der Strom/Spannungs-Charakteristik seiner Anspeisung abhängig.It is well known that ozone is produced, among other things, by electrical discharges. Ozone generator mostly have plate-shaped or tubular electrodes with at least one Dielectric and air gap. For ozone production a Electricity supplied, with the ozone output at higher voltages and during operation increases above the grid frequency. Furthermore, the ozone output is on the one hand from the construction of the ozone generator itself, but also from the Current / voltage characteristics of its feed dependent.
Es sind grundsätzlich verschiedene Strom- und Spannungsquellen für höhere Betriebsfrequenzen bekannt (vgl. Der Elektroniker, 1971, Heft Nr. 3 und 4, S. 117 ff. bzw. 179 ff.). Die bekannten Schaltungen sind meistens mit Leistungsthyristoren realisiert.There are basically different current and voltage sources for higher operating frequencies known (see Der Elektronikiker, 1971, issue No. 3 and 4, Pp. 117 ff. And 179 ff.). The known circuits are mostly with power thyristors realized.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anspeisungsvorrichtung für einen Ozonerzeuger zu schaffen, welche eine einfache und sichere Steuerung der zu produzierenden Ozonmenge ermöglicht.The invention specified in claim 1 is based on the object to provide a feed device for an ozone generator, which is a simple and allows safe control of the amount of ozone to be produced.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der netzgeführte, gesteuerte Gleichrichter einen konstanten Strom im Gleichstromkreis regelt, wobei der gesteuerte Wechselrichter auf die zu produzierende Ozonmenge eingestellt werden kann.The advantage of the invention is that the network-based, controlled Rectifier regulates a constant current in the direct current circuit, the controlled Inverter can be adjusted to the amount of ozone to be produced.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims described.
Die Ausführungsform nach Anspruch 2 ermöglicht, den Strom im Gleichstromkreis dem Ozonerzeuger anzupassen.The embodiment according to claim 2 enables the current in the direct current circuit adapt to the ozone generator.
Die Weiterbildung nach Anspruch 3 zeigt eine vorteilhafte Möglichkeit, die Steuerelektronik des Wechselrichters direkt von der Ozon-Konzentration abhängig zu gestalten.The development according to claim 3 shows an advantageous possibility the control electronics of the inverter are directly dependent on the ozone concentration to design.
Die Ausführung nach Anspruch 4 ermöglicht auch andere Prozessgrössen zu berücksichtigen.The embodiment according to claim 4 also enables other process variables to consider.
Die Weiterbildung nach Anspruch 5 verbessert die Wirkungsweise der Vorrichtung, da die Drossel mit dem netzgeführten, gesteuerten Gleichrichter einen eingeprägten Gleichstrom erzeugt, welcher nur eine geringe Welligkeit aufweist.The development according to claim 5 improves the operation of the Device, since the choke with the line-commutated, controlled rectifier one Generated impressed direct current, which has only a slight ripple.
Die Ausgestaltung gemäss Anspruch 6 beschreibt eine vorteilhafte Ausbildung des Wechselrichters.The embodiment according to claim 6 describes an advantageous embodiment of the inverter.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen näher erläutert.The invention is described below with reference to schematic drawings explained in more detail.
Es zeigt Fig. 1 eine erste beispielsweise Ausgestaltung der erfindungsgemässen Anspeisungsvorrichtung, bei der die Ozon-Konzentration gemessen wird, Fig. 2 eine zweite beispielsweise Ausgestaltung der erfindungsgemässen Anspeisungsvorrichtung, bei der ein Prozessrechner verwendet wird, Fig. 3 ein Ersatzschaltbild eines Ozonerzeugers, Fig. 4 den Stromverlauf am Ausgang der Anspeisungsvorrichtung und Fig. 5 den Spannungsverlauf am Ausgang der Anspeisungsvorrichtung gemäss der Erfindung.1 shows a first exemplary embodiment of the inventive Feeding device in which the ozone concentration is measured, FIG. 2 a second embodiment of the feed device according to the invention, for example, in which a process computer is used, FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of an ozone generator, FIG. 4 shows the current profile at the output of the feed device and FIG. 5 shows the voltage profile at the output of the feed device according to the invention.
Entsprechend Fig. 1 ist ein netzgeführter, gesteuerter Gleichrichter 1 einphasig ausgestaltet. selbstverständlich kann dieser auch in an sich bekannter Weise z.B.According to Fig. 1 is a line-commutated, controlled rectifier 1 designed single-phase. of course, this can also be known per se Way e.g.
dreiphasig oder sechsphasig ausgebildet werden. Der Gleichrichter 1 ist an einen Wechselrichter 2 angeschlossen, der als Thyristorwechselrichter in Brückenschaltung ausgestaltet ist. Zwischen dem Gleichrichter 1 und dem Wechselrichter 2 ist eine Drossel 3 eingeschaltet, welche zur Glättung des Stromes dient.three-phase or six-phase. The rectifier 1 is connected to an inverter 2, which is used as a thyristor inverter in Bridge circuit is designed. Between the rectifier 1 and the inverter 2, a throttle 3 is switched on, which is used to smooth the current.
Der Wechselrichter 2 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Brückenschaltung mit vier Thyristoren 2.1 bis 2.4. Ein Hochspannungstransformator 5 ist mit seiner Primärwicklung 5' mit dem Ausgang des Wechselrichters 2 und mit seiner Sekundärwicklung mit einem Ozonerzeuger 6 verbunden. Die Thyristoren 2.1 bis 2.4 werden mit der Steuerelektronik 7 gezündet, die einerseits selbst die Starteinheit 4 beeinflusst und andererseits von einer Vorrichtung 8 für Ozon-Soll-Ist-Vergleich abhängig ist.The inverter 2 consists of one in this exemplary embodiment Bridge circuit with four thyristors 2.1 to 2.4. A high voltage transformer 5 is with its primary winding 5 'with the output of the inverter 2 and with its secondary winding is connected to an ozone generator 6. The thyristors 2.1 to 2.4 are ignited with the control electronics 7, which on the one hand itself the starting unit 4 and on the other hand by a device 8 for ozone target-actual comparison is dependent.
Diese Vorrichtung 8 wird von einem Ozon-Konzentrationsmessgerät 9 und von einer Vorrichtung 10 für Ozon-Sollwertvorwahl gesteuert. Eine Vorrichtung 11 für Strom-Soll-Ist-Vergleich mit einer Vorrichtung 12 für eine einstellbare Strom-Sollwertvorwahl versehen und an den Gleichrichter 1 angeschlossen. Dadurch ist die Ausgangsspannung den Anfordernissen des Ozonerzeugers 6 anpassbar.This device 8 is controlled by an ozone concentration meter 9 and controlled by a device 10 for ozone setpoint preselection. One device 11 for current-target-actual comparison with a device 12 for an adjustable current target value preselection provided and connected to the rectifier 1. This is the output voltage adaptable to the requirements of the ozone generator 6.
In Fig. 2 sind gleiche Teile mit denselben Bezugsziffern versehen wie in Fig. 1. Bei dieser Ausführung wird jedoch ein Prozessrechner 13 eingesetzt. Diese Ausführungsform ist zwar komplizierter als diejenige gemäss Fig. 1, wo, wie oben dargestellt, nur die Ozon-Konzentration gemessen wird, sie ermöglicht jedoch verschiedenartigste weitere Prozessgrössen zu berücksichtigen; z.B. die Ozonkonzentration, die Ozonproduktionsleistung, den Restozongehalt etc.In Fig. 2, the same parts are provided with the same reference numerals as in FIG. 1. In this embodiment, however, a process computer 13 is used. This embodiment is more complicated than that according to FIG. 1, where, how shown above, only the ozone concentration is measured, but it allows to take into account a wide variety of other process variables; e.g. the ozone concentration, the ozone production capacity, the residual ozone content, etc.
Das in Fig. 3 dargestellte Ersatzschaltbild des Ozonerzeugers 6 zeigt, dass ein Ozonerzeuger aus zwei in Serie geschaltete Kapazitäten besteht: aus der Kapazität CD des Dielektrikums und der Kapazität CL des Luftspaltes. Der parallel zur Kapazität CL über einen Schalter geschaltete ohmsche Widerstand R wird erst dann eingeschaltet, wenn die Entladung des Ozonerzeugers zündet.The equivalent circuit diagram of the ozone generator 6 shown in FIG. 3 shows that an ozone generator consists of two capacities connected in series: the Capacity CD of the dielectric and the capacitance CL of the air gap. The ohmic resistance connected in parallel to the capacitance CL via a switch R is only switched on when the discharge of the ozone generator ignites.
Der Spannungsverlauf U2 gemäss Fig. 5 entspricht dem Stromverlauf I2 gemäss Fig. 4. Die Periodendauer ist mit Tg bezeichnet, die Stromflussdauer mit TI.The voltage curve U2 according to FIG. 5 corresponds to the current curve I2 according to FIG. 4. The period is denoted by Tg, the current flow period by TI.
Auf eine nähere Beschreibung der Funktion und der Regelung des netzgeführten Gleichrichters 1 kann verzichtet werden, da hierfür handelsübliche Stromrichtergeräte einsetzbar sind. Um eine möglichst einfache und betriebssichere Steuerung der produzierten Ozonmenge zu erhalten, wird der Wechselrichter mit konstanter Frequenz betrieben. Diese Frequenz wird so optimiert, dass die günstigsten Verhältnisse in bezug auf Strom, Spannnung, Ozonausbeute, Energiebedarf etc. erreicht werden. Nach einem derartigen Abgleichen wird die Frequenz betriebsmässig nicht mehr verändert.For a more detailed description of the function and regulation of the network-based Rectifier 1 can be dispensed with, since this is commercially available power converter devices can be used. In order to ensure the simplest and most reliable control of the produced To obtain the amount of ozone, the inverter is operated at a constant frequency. This frequency is optimized so that the most favorable conditions in terms of Current, voltage, ozone yield, energy requirement, etc. can be achieved. After one of those Adjusting the frequency is no longer changed during operation.
Zur Beeinflussung der Ozonproduktion wird die Stromflussdauer TI variiert. Die Verhältnisse des Stromes I2 und der Spannung U2 sind aus dem Vergleich der Fig. 4 und der Fig. 5 ersichtlich. Bei Nennproduktion des Ozonisators wird die Stromflussdauer TI als 0,5 der Periodendauer Tg gewählt. Die Steuerelektronik 7 bestimmt die Stromflussdauer als Funktion der gewünschten Ozon-Produktion.The current flow duration TI is varied to influence the ozone production. The ratios of the current I2 and the voltage U2 are from the comparison of Fig. 4 and FIG. 5 can be seen. At nominal production of the ozonizer the current flow time is TI selected as 0.5 of the period Tg. The control electronics 7 determine the duration of the current flow as a function of the desired ozone production.
Nach Ablauf der Stromflussdauer TI wird im Wechselrichter 2 ein Freilaufkreis resp. Kurzschlusskreis gebildet, indem alle Thyristoren eines Zweiges, d.h. 2.1 und 2.3 oder 2.2 und 2.4, gleichzeitig gezündet werden. Dadurch wird die Primärwicklung 5' des Hochspannungstransformators 5 spannungslos. Da nur je ein Zweig des Wechselrichters 2 durchgeschaltet ist, ist der Primärkreis offen, so dass die Ladung des Ozonerzeugers 6, d.h. die Kapazitäten Ct und CD, erhalten bleibt. Zu Beginn der nächsten Stromhalbwelle wird durch das Einschalten des entsprechenden Thyristors im stromlosen Zweig des Wechselrichters 2 zuerst der Kommutierungsvorgang eingeleitet. Eine Halbperiode weist unter der Annahme, dass die Thyristoren 2.2 und 2.3 leitend sind, folgenden Ablauf auf: Durch das Einschalten des Thyristors 2.4 nach Ablauf der Stromflussdauer TI wird der Hochspannungstransformator 5 primärseitig spannungslos und der Thyristor 2.7 schaltet in den Sperrzustand. Das Einschalten des Thyristors 2.1 nach einer halben Periodendauer T0/2 führt zur Kommutierung und zur Sperrung des Thyristors 2.2. Jetzt führen die Thyristoren 2.1 und 2.4 Strom und der Vorgang kann in der nächsten Halbperiode in umgekehrter Reihenfolge ablaufen.After the current flow duration TI has elapsed, a free-wheeling circuit is established in the inverter 2 resp. Short circuit formed by all thyristors of a branch, i.e. 2.1 and 2.3 or 2.2 and 2.4, are ignited at the same time. Through this will the primary winding 5 'of the high-voltage transformer 5 is de-energized. Since only ever one branch of inverter 2 is switched through, the primary circuit is open, so that the charge of the ozone generator 6, i.e. the capacities Ct and CD, are maintained remain. At the beginning of the next current half-wave, switching on the corresponding Thyristor in the currentless branch of the inverter 2, the commutation process first initiated. Assuming that the thyristors 2.2 and 2.3 are conductive, proceed as follows: By switching on the thyristor 2.4 after the current flow duration TI has elapsed, the high-voltage transformer 5 is on the primary side de-energized and the thyristor 2.7 switches to the blocking state. Switching on of the thyristor 2.1 after half a period T0 / 2 leads to commutation and to block the thyristor 2.2. The thyristors 2.1 and 2.4 are now carrying current and the process can be reversed in the next half-period.
Bemerkenswert ist, dass die Kommutierung immer gleich schnell verläuft, da mit konstantem Strom im Gleichstromkreis gearbeitet wird. Der Wechselrichter 2 kann auf diese Verhältnisse optimiert werden, wodurch einerseits der Schaltungsaufwand gering wird und andererseits die Funktionssicherheit der Vorrichtung steigt.It is noteworthy that the commutation always runs at the same speed, because constant current is used in the direct current circuit. The inverter 2 can be optimized for these conditions, which on the one hand reduces the circuit complexity becomes low and, on the other hand, the functional reliability of the device increases.
Für das Einschalten der Anspeisungsvorrichtung ist eine Startschaltung vorgesehen, die nach folgendem Prinzip funktioniert: In einem ersten Schritt wird der Gleichstrom über einen Freilaufkreis im Wechselrichter 2 auf den Nennwert aufgebaut. Sobald der Nennwert erreicht wird, erfolgt die Freigabe des Betriebs des Wechselrichters 2 über die Steuerelektronlk 7, die gleichzeitig die Zwangslöschung des Freilaufkreises über die Starteinheit 4 auslöst.There is a start circuit for switching on the feed device which works according to the following principle: In a first Step is the direct current via a free-wheeling circuit in the inverter 2 on the Nominal value built up. As soon as the nominal value is reached, the will be released Operation of the inverter 2 via the control electronics 7, which at the same time the Forced deletion of the free-running circuit via the starter unit 4 is triggered.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht, den Ozonerzeuger im günstigsten Betriebsbereich zu betreiben. Im Gleichstromkreis wird unabhängig von der produzierten Ozonmenge ein konstanter Strom geregelt, so dass die mpolung des Ozonerzeugers 6 stets mit Nennstrom erfolgt.The inventive device enables the ozone generator in to operate the most favorable operating area. In the DC circuit is independent of the amount of ozone produced is regulated by a constant current, so that the mpolung of the Ozone generator 6 always takes place with rated current.
Dadurch wird die unproduktive Phase rasch durchlaufen.This means that the unproductive phase is passed through quickly.
Der Gleichstromkreis und somit auch die Drossel 3 wird auf Nennstrom optimiert, womit eine kleinere Baugrösse der Drossel 7 ermöglicht wird.The direct current circuit and thus also the choke 3 is at rated current optimized, whereby a smaller size of the throttle 7 is made possible.
Claims (6)
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