CH670537A5

CH670537A5 -

Info

Publication number: CH670537A5
Application number: CH1586/86A
Authority: CH
Inventors: Anh N Huynh; Phoivos D Ziogas
Original assignee: Nat Distillers Chem Corp
Priority date: 1985-04-22
Filing date: 1986-04-18
Publication date: 1989-06-15
Also published as: FR2580875A1; US4680694A; FR2580875B1; CA1276225C; DE3613411A1; JPH0824425B2; JPS61251487A

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungsschaltung für einen Ozonerzeuger.

Es ist in der Technik bekannt, dass Ozon durch den Durchtritt von Sauerstoff oder Luft zwischen zwei Elektroden erzeugt werden kann, zwischen welchen eine elektrische Korona-Entladung aufrechterhalten wird. Andere Verfahren zum Erzeugen von Ozon, etwa durch Funkenentladung oder durch Einwirkung ultravioletter Strahlung, haben keine grosse industrielle Bedeutung gewonnen, weil der Ozonertrag beträchtlich niedriger ist. Die Erzeugung von Ozon durch eine Koronaentladung ist in weiteren Bereichen der Industrie, zur Wasserbehandlung bei der Herstellung von Trinkwasser und zur Wasserreinigung und -sterilisierung von beträchtlicher Wichtigkeit.

Die physikalischen Grundlagen zur synthetischen Herstel-

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hing von Ozon durch Durchleiten von Sauerstoff oder anderen, sauerstoffhaltigen Gasen, wie etwa Luft, durch eine Korona-Entladeeinrichtung sind seit vielen Jahren bekannt. Bei einem typischen Erzeuger von Ozon durch Koronaentladung wird die Koronaentladung über einen Spalt hinweg zwischen zwei Elektroden aufrechterhalten und ist gekennzeichnet durch einen niedrigen Strom, der induziert wird durch einen hinlänglich grossen Spannungsgradienten, um über das Gas hinweg eine elektrische Korona-Entladung zu verursachen. Das Gas wird hierbei nur geringfügig ionisiert und es ergibt sich ein diffuses, weiches, bläuliches Glühen. Die hohen Spannungen, die verwendet waren, um die Korona-Entladungs-Ozonerzeuger zu betreiben, wurden häufig dadurch erzielt, dass man ein periodisches Signal irgendeiner Art durch die Primärseite eines Aufwärtstransformators hindurchleitet und den vom Ozonerzeuger gebildeten Verbraucher an die periodisch auftretende Hochspannung anschliesst, die an der Sekundärseite des Transformators verfügbar ist.

Mittlerweile wurden beträchtliche Anstrenungen unternommen, um Ozonerzeuger und die Stromversorgungen hierfür zu verfeinern, die einen integrierten Teil ihrer Betriebsschaltung bilden. Diese Bemühungen wurden insbesondere darauf gerichtet, ihren Wirkungsgrad zu erhöhen, um sowohl ihre Betriebskosten als auch die Herstellungkosten von Ozon pro verbrauchter Stromeinheit zu verringern. Viele Faktoren haben dazu beigetragen, um dem Wirkungsgrad des Standes der Technik Grenzen zu setzen, unter diesen die Eigenschaften der periodischen Spannungs- und Strom-Wellenformen.

Ozon wird entsprechend einer Dreifach-Stosstheorie gebildet, nach welcher Sauerstoffmoleküle in einem elektrischen Wechselstromfeld beschleunigt werden, und drei Sauerstoffmoleküle (O2) bilden sich um in zwei Ozonmoleküle (O3). Die Bildung von Ozon findet im allgemeinen im letzten Teil einer Beschleunigungsphase statt, wenn die Koronaentladung eine ausreichende Feldstärke aufgebaut hat, was bei sinusförmigen Wechselspannungen verhältnismässig spät geschieht, die von einer herkömmlichen Wechselstrom-Leitungsspannung geliefert werden, oder von einer Spannung, die hieraus in einer multiplizierenden Operation gewonnen wurde, welche eine Frequenz von bis zu mehreren 100 Hz erzeugt.

Ozonerzeugende Systeme, die bei höheren Frequenzen arbeiten, liefern im allgemeinen höhere Ozonerträge als normale Wechselstrom-Leitungsspannung, da die Beschleunigung pro Zeiteineit häufiger eintritt. Da jedoch die Koronaleistung, die in einem in Reihe mit einer elektrischen Sperre angeordneten gasförmigen Spalt verbraucht wird, unmittelbar proportional ist zur Betriebsfrequenz, trachtet jede bedeutende Erwärmung, die durch diese Koronaleistung erzeugt wird, danach, die rasche Zersetzung des hierin erzeugten Ozons zu fördern. Somit ist die Dauer der Entladung in Zuordnung zur Dauer der Periode des Wechselstroms, der an den Ozonerzeuger angelegt wird, ein wesentlicher Faktor beim Wirkungsgrad der Erzeugung von Ozon.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Stromversorgungsschaltung für einen Ozonerzeuger vor, mit einem Gleichstrom-/ Wechselstrom-Thyristor-Brückenwandler, der an seinen Eingangsanschlüssen an eine Gleichstromquelle und an seinen Ausgangsanschlüssen an ein resonantes Netzwerk angeschlossen ist, wobei der Thyristor-Brückenwandler eine erste Thyristoreinrichtung aufweist, um Strom durch das resonante Netzwerk in einer ersten Richtung zu leiten, sowie eine zweite Thyristoreinrichtung, um den Strom durch das resonante Netzwerk in einer zweiten Richtung zu leiten. Das resonante Netzwerk weist einen Aufwärts-Hochspannungstransformator auf, dessen Primärwicklung mit dem Thyristor-Brückeninverter gekoppelt ist und dessen Sekundärwicklung mit dem Ozonerzeuger gekoppelt ist, sowie eine Inverter-Steuerschaltung, um die Steuerelektroden der ersten und zweiten Thyristoreinrichtung anzusteuern.

Der vom Ozonerzeuger gebildete Verbraucher, der eine

äquivalente elektrische Schaltung aus einem Widerstand Rg des Entladespaltes aufweist, kombiniert mit einer Kapazität Ca der dielektrischen Sperre, in Reihe angeschlossen an eine Kapazität Cg des Entladungsspaltes, ist über die Sekundärwicklung des Transformators hinweg angeschlossen und liefert während eines jeden Hochfrequenzzyklus einen Entladungsweg. Die Wandler-Stromversorgung arbeitet bei einer verhältnismässig hohen Frequenz, die bestimmt ist durch die Serienresonanzfrequenz einer seriengeschalteten Kommutierungsinduktivität und Kapazität, welche die Streuinduktivität des Hochspannungstransformators und die äquivalente Kapazität aus einem Serienkondensator und der reflektierenden Lastkapazität sind. Verschiedene Kondensatoren können wahlweise in Reihe mit der Primärwicklung des Transformators angeschlossen werden, um unterschiedliche resonante Frequenzen bzw. Eigenschwingungen zu erzeugen.

Eine Steuerschaltung ist vorgesehen, um Steuersignale für die Steuerelektroden der beiden Thyristorpaare zu bilden.

Die Schaltfrequenz, mit welcher die Thyristoren getriggert werden, kann so ausgewählt werden, dass sie niedriger ist als die Eigenfrequenz der Schaltung, damit die vom Wandler gelieferte Lastspannung im wesentlichen impulsartig ist.

Bei einem ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung erzeugt ein Rechteckwellengenerator ein erstes und ein zweites Rechteckwellensignal, die einander gegenüberliegen. Eine erste Schaltung zum Feststellen einer Flanke ist mit dem ersten Rechteckwellensignal gekoppelt, um einen ersten Steuerimpuls für jede festgestellte Flanke zu erzeugen, der dann mit dem Gate des ersten Thyristorpaares gekoppelt ist. Eine zweite Schaltung zum Feststellen einer Flanke ist mit dem zweiten Rechteckwellensignal gekoppelt, um einen zweiten Steuerimpuls für jede festgestellte Flanke zu erzeugen, welcher dann mit dem Gate des zweiten Thyristorpaares gekoppelt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Rechteckwellengenerator bevorzugt einen astabilen Multivibrator auf, um die beiden entgegengesetzten Rechteckwellensignale zu erzeugen. In bevorzugten Betriebsweisen hiervon sind ein Kondensator und eine Induktivität mit der Primärwicklung des Transformators verbunden, um die Eigenschwingung des resonanten Netzwerks auf einen Bereich von 2,0 bis 3,0 kHz abzustimmen, und der Rechteckwellengenerator arbeitet bevorzugt zwischen 200 und 800 Hz.

Bei einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Steuerschaltung sind ein erstes und zweites Paar aus UND-Gat-tern vorgesehen, um die Ansteuerung des ersten und zweiten Thyristorpaares zu kontrollieren. Ein Schaltfrequenz-Rechteck-wellensignal wird erzeugt und als ein erster Eingang an jedes der ersten und zweiten Paare von UND-Gattern angelegt. Es wird auch eine Hochfrequenz-Impulsfolge erzeugt und als zweiter Eingang an jedes der ersten und zweiten Paare von UND-Gattern angelegt. Die resultierenden Ansteuersignale aus den UND-Gattern triggern das erste und zweite Thyristorpaar in einer Impulsstoss-Modulationsweise, wobei die Schaltfrequenz des Rechteckwellensignals den zeitlichen Abstand zwischen den Impulsstössen steuert und die Anzahl von Hochfrequenzimpulsen innerhalb eines jeden Impulsstosses durch die Frequenz der Hochfrequenz-Impulsreihe oder die Breite eines jeden Impulses im Rechteckwellensignal gesteuert wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Erzeugung der Hochfrequenz-Impulsfolge bevorzugt synchronisiert auf die Impulse des Rechteckwellensignals. Der Rechteckwellensignalgenerator weist bevorzugt einen Impulsbreiten-Modulator auf, um zwei phasenverschobene Rechteckwellensignale zu erzeugen, die dann miteinander gekoppelt werden, um ein einziges Rechteckwellensignal zu erzeugen. Eine Kapazität und eine Induktivität sind mit der Primärwicklung des Transformators gekoppelt, um die Eigenfrequenz des resonanten Netzwerks auf den Bereich von 2,0 bis 3,0 kHz abzustimmen, und die Impuls-Wiederholungsfrequenz der Hochfrequenz-Impulsfolge beträgt die Hälfte

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der Eigenfrequenz. Die Schaltfrequenz liegt bevorzugt zwischen 200 und 800 Hz, und die Impuls-Wiederholungsfrequenz der Hochfrequenz-Impulsfolge liegt bevorzugt zwischen 1,0 und 1,6 kHz.

Die obigen Ziele und Vorzüge der vorliegenden Erfindung für die Stromversorgung eines Ozonerzeugers kann vom Fachmann durch die Bezugnahme auf die nachfolgende, detaillierte Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele hiervon verständlich werden, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen werden, wobei gleiche Elemente durch identische Bezugszeichen durch alle Ansichten hindurch bezeichnet werden, und in welchen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Stromversorgungsschaltung mit einem Vollbrücken-Thyristorwandler ist,

Fig. 2 verschiedenartige Wellenformen darstellt, die einer Betriebsweise der Thyristorwandlerschaltung der Figur 1 zugeordnet sind und nützlich sind bei der Erläuterung einer Betriebsart dieser,

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Steuerschaltung ist, um Zeit- und Steuerimpulse an die Schaltung der Figur I abzugeben,

Fig. 4 verschiedenartige Wellenformen darstellt, welche der Steuerschaltung der Figur 3 zugeordnet sind und nützlich sind zur Erläuterung ihrer Wirkungsweise,

Fig. 5 verschiedenartige Wellenformen darstellt, die der Wirkungsweise der Schaltung der Figur 1 zugeordnet sind und bei deren Erläuterung nützlich sind, und zwar in einer Impuls-stoss-Modulationsart,

Fig. 6 ein schematisches Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Steuerschaltung ist, um Zeit- und Steuerimpulse an die Schaltung der Figur 1 anzugeben, und zwar zum Betrieb in der Impulsstoss-Modulationsart,

Fig. 7 verschiedenartige Wellenformen darstellt, die den Betrieb der Steuerschaltung der Figur 6 zugeordnet sind und zum Erläutern ihrer Betriebsweise nützlich sind,

Fig. 8 ein Schaltbild einer Halbbrücken-Thyristor-Stromver-sorgungsschaltung ist.

Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Impulssteuerschaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist so ausgebildet,

dass es einen von einem Ozonerzeuger gebildeten Verbraucher mit diskontinuierlichen Wechselstromimpulsen höherer Frequenz versorgt, wobei jeder Stromimpuls und zugeordnete Spannungsimpulse Wellenformen jener Art aufweisen, wie sie in den Figuren 2(e) und 2(f) gezeigt sind. Die Frequenz des Stromes ist bestimmt durch eine serienresonante Schaltung, mit einer Serieninduktivität, die die effektive Induktivität eines Hochspannungstransformators und einer möglichen zusätzlichen Induktivität L aufweist, und eine Serienkapazität, die einen möglichen Serienkondensator C und die effektive Kapazität des Ozonerzeugers umfasst.

Die hier in den Figuren 3 und 6 offenbarten schematischen Schaltungen liefern die Werte vieler hier gezeigter Widerstände und Kondensatoren und enthalten zusätzlich die handelsüblichen Bezeichnungen vieler der Transistoren und integrierten Schaltungen, die Bestandteile der Schaltungen sind.

Eine handelsübliche, dreiphasige 220 V-Wechselstromquelle kann an einen Wechselstrom-/Gleichstrom-Wandler (nicht gezeigt) angeschlossen werden, um eine Gleichspannung EdC zu bilden (Fig. 1), beispielsweise 300 Vdc- Spannungsimpulse V0 alternierender Polarität, wie in Figur 2(e) gezeigt, werden durch einen Thyristor-Brückenwandler (Eig. 1) erzeugt, der aus Thyristoren Ti, T2, T3 und T4 sowie Dioden Di, D2, D3 und D4 zusammengesetzt ist, die in gegenparalleler Anordnung, wie gezeigt, angeschlossen sind.

Thyristoren sind elektronische Schalteinrichtungen, die kurze Steuerimpulse eines Steuer- oder Gate-Stromes erfordern, um sie zu triggern. Wenn der Steuer- oder Gate-Stromimpuls ausbleibt, dann fährt der Thyristor fort, zu leiten, bis er nachfolgend umgepolt oder abgeschaltet wird. Eine Umpolschaltung ist häufig zum Abschalten der Thyristoren erforderlich. Tatsächlich sind Thyristorenschalter, wobei die beiden wesentlichsten hiervon Silicium gesteuerte Gleichrichter (SCR) und Zweiweg-Thyristoren (Triacs) sind. Die Thyristoren, die bevorzugt Silicium gesteuerte Gleichrichter (SCR) sind, werden als die Hauptschalteinrichtungen dieser Stromversorgungsschaltung verwendet, und die Umpolung der Thyristoren wird automatisch während des Betriebes der resonanten Schaltung bewirkt.

Im Betrieb werden die Thyristoren Ti und T4 gleichzeitig durch Steuerimpulse Vgi und Vg4 [Fig. 2(a), 2(b)] angeschaltet, was eine Strömung eines resonanten Stromes [Fig. 2(f)] durch das Thyristor-/Dioden-Paar erzeugt. Eine serienresonante Schaltung wird dann hergestellt, wenn eine Gruppe diagonal gegenüberliegender Schaltschenkel der Brückenschaltung leitfähig sind. Wenn die alternierenden Thyristorpaare angesteuert werden, wobei man davon ausgeht, dass den ersten Thyristoren Ti und T4 die Thyristoren T2 und T3 folgen, dann ist ein résonantes System im gemeinsamen Zweig der Brücke zwischen der Kapazität C, der Induktivität L, der Induktivität des Transformators und der Kombination der reflektierten Kapazität der Belastung bzw. des Abnehmers hergestellt. Wenn Energie zwischen L und C ausgetauscht wird und die Thyristoren und Dioden alternierend Strom leiten, dann führt der Strom in dem gemeinsamen Zweig der Brücke sinusartige Resonanzschwingungen durch, wie durch I0 in Figur 2(f) gezeigt ist. Somit nimmt der Thyristorstrom zu einem Maximum zu und nimmt bis auf Null ab, an welchem Punkt die antiparallelen Diodenschaltungen beginnen, die negative Komponente des eine Resonanzschwingung bildenden Stromes zu leiten. Die antiparallelen Dioden müssen für einen Zeitraum leitend bleiben, der für die Thyristoren ausreicht, um ihre Vorwärts-Spannungssperrfähigkeit wiederzuerlangen. Wenn die Thyristoren umgepolt oder abgeschaltet sind, dann wird ein weiterer Stromfluss in jenem Schenkel der Brücke gesperrt, bis das Thyristorenpaar später wiederum ge-triggert wird. Durch alternierendes Anschalten der Paare diagonal entgegengesetzter Thyristoren werden Spannungsimpulse V0 mit alternierender Polarität, die den sinusförmigen Stromimpulsen I0 zugeordnet sind, demzufolge auf den Abnehmer aufgebracht [Fig. 2(e), 2(f)]. Die Ausgänge der Thyristoren Ti, T4 und T2, T3 sind durch einen Aufwärtstransformator 10 an einen von einem Ozonerzeuger gebildeten Verbraucher 12 gerichtet, der die äquivalente Schaltung aufweist, wie sie in Figur 1 gezeigt ist. Eine Thyristorwandler-Stromversorgung dieser Art hat die vorteilhaften Merkmale, dass sie selbst umpolend und einfach ist und liefert eine verhältnismässig zuverlässige und effiziente Stromversorgungsschaltung für einen Ozonerzeuger.

Der vom Ozonerzeuger gebildete Verbraucher weist eine äquivalente elektrische Schaltung aus einem Widerstand Rg des Entladungsspaltes auf, kombiniert mit der Kapazität Cd der dielektrischen Sperre, die in Reihe mit einer Kapazität Cg des Entladungsspaltes angeschlossen ist. Die resonante Frequenz FR der Schaltung wird bestimmt durch eine L-C-Kombination (Fig. 1) und durch die Kapazität des vom Ozonerzeuger gebildeten Verbrauchers, wie sie durch den Transformator 10 zurückreflektiert wird. Die gewählten Werte der L-C-Kombination ermöglichen die Wahl einer bestimmten resonanten Frequenz bzw. Eigenfrequenz Fr, um die Ozonerzeugung im Ozonerzeuger auf einen Höchstwert zu bringen. Zu dieser Auswahl kann eine aus einer Mehrzahl unterschiedlicher Kapazitäten C durch einen Schalter S ausgewählt werden, der mit der Hauptwicklung des Transformators 10 gekoppelt ist, um die resonante Frequenz der resonanten Schaltung auf den Bereich von 2,0 bis 3,0 kHz abzustimmen. In der Praxis wird die zyklische Schaltfrequenz normalerweise so gewählt, dass sie im Bereich von 200 bis 800 Hz liegt. Höhere Frequenzen von Fr können auch geeignet sein und können sogar vorteilhaft sein. Die Schaltfrequenz Fs wurde

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normalerweise so gewählt, dass sie allgemein im obenerwähnten Bereich in Abhängigkeit von der Übergangszeit liegt, die für den mit jedem Impuls erzeugten Ozon erforderlich ist, damit dieser aus dem aktiven Bereich des Ozonerzeugers abgezogen wird.

In einem Arbeitsbeispiel mit einer gesamten Spannungsinduktivität von etwa 1,8 mH, C = 20 mF, Cd = 10,6 nF und Cg = 1,6 nF, beträgt die Frequenz etwa 2,5 kHz und der Widerstand Rg beträgt etwa 13,4 kß bei einer Belastung bzw.

einem Verbraucher mit grösster Leistung.

Die Funktion der Wandler-Steuerschaltung der Figur 3 ist es, zwei Paare gegenüberliegender (um 180° phasenversetzer) Steuer- bzw. Gate-Impulse (Vgi, Vg4 und Vg2, Vg3) zu erzeugen, um gleichzeitig die Thyristor-Wandlerschaltung zu triggern. Die Wandler-Steuerschaltung der Figur 3 verwendet einen astabilen Multivibrator des Typs 4047 und einen sechseckig invertierenden Puffer des Typs 4049 und ist versehen mit einer verhältnismässig einfachen Schaltung auf eine solche Weise, dass sie die erforderlichen Impulse erzeugt, wie sie in Figur 2 gezeigt sind, und zwar Vgi, Vg4 und Vg3, Vg2.

Es wird nun auf die Figuren 3 und 4 Bezug genommen; ein Paar entgegengesetzter Rechteckwellensignale (a), (b), [Fig. 4(a) und Fig. 4(b)] werden durch die integrierte astabile Multivibra-tor-Schaltung (Ai) erzeugt und ihre Ecken werden durch RC-Differenzschaltungen 20 und 22 ermittelt, um zwei um 180° phasenversetzte positive Impulse (c), (d) zu erzeugen [Fig. 4(c) und Fig. 4(d)]. Diese Impulse werden durch A21 und A22 invertiert, zwei von sechs Invertern der integrierten Schaltung 4049 für einen Sechseck-Inverter-Puffer (A2). Aus den Ausgängen von A21 und A22 treten zwei um 180° phasenversetzte negative Impulse (e) und (f) aus [Fig. 4(e) und Fig. 4(f)], welche wiederum invertiert werden durch A23, A24, A25 und A26, vier Inverter des Typs 4049 IC, um zwei Paare um 180° phasenversetzter Impulse (g), (j) und (h), (i) zu erzeugen [Fig. 4(g), Fig. 4(j), Fig. 4(h) und Fig. 4(i)]. Diese Impulse werden dann durch vier Transistorverstärker 24 verstärkt, von welchen nur einer gezeigt ist. Jeder verstärkte Impuls wird dann durch einen Impulstransformator 26 isoliert und bei 28 gleichgerichtet, bevor er an das Gate eines der zugeordnetenThyristoren angelegt wird. Lediglich die Schaltung für das unterste Steuersignal Vg3 ist in Figur 3 dargestellt, wobei die anderen Signale (g), (h) und (j) an ähnliche Schaltungen angelegt werden.

Die Steuerschaltung der Figur 3 kann auch benutzt werden, um eine Halbbrücken-Thyristorinverter-Stromversorgungsschal-tung zu steuern und zu betreiben, wie sie in Figur 8 dargestellt ist. Der Betrieb der Schaltung der Figur 8 ist ähnlich jenem der Schaltung der Figur 1. Es muss jedoch für dieselben Ausgangsbedingungen wie beim Vollbrücken-Thyristorinverter der Figur 1 das Verhältnis der Transformatorumkehrungen des Hochspannungstransformators der Figur 8 verdoppelt werden. Ausserdem erfordert die Halbbrücken-Thyristorschaltung der Figur 8 nur die Erzeugung der Ausgangssignale Vgi und Vg2 in Figur 3, und dementsprechend können die Schaltungskomponenten zum Erzeugen der Ausgangssignale Vg3 und Vg4 bei diesem Ausführungsbeispiel weggelassen werden.

Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Impulssteuerschaltung ist unter Verwendung integrierter Schaltungen und Transistoren entworfen und bestückt, wie in Figur 6 gezeigt, um einen Impulsstoss zu erzeugen, der in den Figuren 5(c) und 5(d) für den vom Ozonerzeuger gebildeten Abnehmer dargestellt ist. Die Wirkungsweise der Inverterschaltung der Figur 1 in einer Im-pulsstoss-Modulationsbetriebsart ist in Figur 5 dargestellt.

In einer bevorzugten Betriebsart der Impulsstoss-Modula-tion wird die Impuls-Wiederholfrequenz der das Gate ansteuernden Hochfrequenzimpulsfolge gleich einer Hälfte (1/2) der resonanten Frequenz bzw. Eigenfrequenz eingestellt. Die ThyristorenT 1 und T4 werden durch die ersten Impuls-Gatesignale Vgi, Vg4 angeschaltet, was einen resonanten Strom veranlasst, durch T1/T4 und den gemeinsamen Zweig der Brücken-In-verterschaltung zu strömen, wobei der erste Halbzyklus der positiven Spannung hergestellt wird. Nachdem der Zyklus des resonanten Stromes fertiggestellt ist, werden dann die Thyristoren T2 und T3 durch die ersten Impuls-Gatesignale Vg2, Vg3 angeschaltet. Es strömt dann ein resonanter Strom durch T2/D2, T3/D3 und den gemeinsamen Zweig des Brückenwandlers, aber in umgekehrter Richtung, was den ersten Halbzyklus der negativen Spannung herstellt. Ein voller Spannungszyklus wird hierbei hergestellt. Die Thyristoren Ti und T4 werden wiederum durch die zweiten Impuls-Gatesignale Vgi, Vg4 angeschaltet und der vorangehende Betriebszyklus wird wiederholt. Der Inverter ist dann bis zum nächsten Zyklus der Schaltfrequenz ausgeschaltet und die obige Operation wird wiederholt. Die Wellenformen des resonanten Laststromes I0 und der Spannung V0, die durch diese Stromversorgung erzeugt sind, sind in den Figuren 5(c) und 5(d) gezeigt.

Es wird nun auf die Figuren 6 und 7 Bezug genommen; ein regulierender Impulsbreiten-Modulator IC des Typs SG3524 (Ai) erzeugt zwei um 180° phasenversetzte Rechteckwellensignale (i) und (j) [Fig. 7(i), 7(j)], welche durch A31, A32 eines invertierenden Sechseckpuffers IC des Typs 4049 (A3) gepuffert und invertiert werden, wonach sie zusammengekoppelt werden, um ein einziges Rechteckwellen-Schaltfrequenzsignal (a) [Fig. 7(a)] zu erzeugen, und zwar im allgemeinen zwischen 200 und 800 Hz. Die Schaltfrequenz (Fs) und die Breite dieses Rechteckwellensignals sind von Hand durch das Potentiometer Pi bzw. P2 steuerbar, die an das SG3524 IC angeschlossen sind, wie gezeigt. Dieses Signal (a) wird dann geteilt, und ein Teil hiervon wird einem zweier Eingänge von vier UND-Gattern (A51, A52, A53, A54) eines Vierer-UND-Gatters mit zwei Eingängen des Typs 4081 IC (A5) eingegeben, und der andere Abschnitt hiervon wird durch A33 gepuffert und invertiert, um das Signal (b) [Fig. 7(b)] zu erzeugen, dessen Ecke dann durch eine RC-Diffe-renzschaltung 30 ermittelt wird, um einen Impuls (c) [Fig. 7(c)] an der vorderen Ecke des Rechteckwellensignals zu erzeugen, welcher in eine 4046 (A2)-Phasensperrschleife IC als Steuereingang eingegeben wird. Der 4046-Chip A2 erzeugt eine Hochfre-quenz-Impulsfolge, wobei die Frequenz der Hochfrequenz-Im-pulsfolge, die durch A2 erzeugt wird, durch ein Potentiometer P3 steuerbar ist, welches hieran wie gezeigt angeschlossen ist, wobei eine Spaltung zum Erzeugen zweier um 180° phasenversetzter Signale vorgenommen wird, von denen eines (d) unmittelbar in zwei nicht invertierende Puffer A43, A44 eines 4050 (A4) IC eingegeben wird und das andere durch A34 gepuffert und invertiert wird, um das Signal (e) [Fig. 7(e)] zu erzeugen, das in zwei andere, nicht invertierende Pufferverstärker A41, A42 des 4050 A4 IC eingegeben wird. Am Ausgang des A4 IC liegen zwei um 180° phasenversetzte Signalpaare vor, welche durch die RC-Differenzierschaltungen 32 an der vorderen Ecke der Hochfrequenz-Impulsfolge festgestellt werden, bevor sie in die zweiten Eingänge eines jeden UND-Gatters A51, A52, A53, A54 eingegeben werden. Es wird weiter erläutert, dass jedes UND-Gatter zwei Eingangssignale aufnimmt, und zwar ein Schaltfrequenzsignal (a) und ein Hochfrequenzsignal (Ausgang der RC-Schaltung 32), und ein Ausgangs-Gate-Steuersignal nur dann erzeugt, wenn beide Eingänge hoch sind. In der Betriebsart der Impulsstoss-Modulation steuert die Schaltfrequenz des Rechteckwellensignals den Zeitverlauf zwischen den Impulsstös-sen, und die Anzahl von Hochfrequenzimpulsen innerhalb jedes Impulsstosses wird kontrolliert durch die Frequenz der Hochfrequenz-Impulsfolge oder die Breite eines jeden Impulses im Rechteckwellensignal. Somit liegen an den Ausgängen von A51, A52, A53 und A54 zwei Paare von Impulsfolgen (x) und (y) vor, wie in den Figuren 7(x) und 7(y) gezeigt ist, worin die Anzahl von Impulsen, die in der Breite eines jeden Schaltfrequenzimpulses enthalten ist, gesteuert ist durch das Breiten-Steuerpotentiometer P2 oder das Hochfrequenz-Steuerpotentiometer P3. Je5

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der dieser Impulse wird bei 34 verstärkt, bei 36 isoliert und bei 38 gleichgerichtet, bevor er den Gates der Thyristoren Ti, T2, T3 und T4 der Inverterschaltung der Figur 1 zugeführt wird.

Die Steuerschaltung der Figur 6 kann auch verwendet werden, um eine Halbbrücken-Thyristorinverter-Stromversorgungs-schaltung zu steuern und zu betreiben, wie sie in Figur 8 dargestellt ist. Die Halbbrücken-Thyristorschaltung der Figur 8 erfordert jedoch nur die Erzeugung der Ausgangssignale für Ti und T2 in Figur 6, und dementsprechend können die Schaltungskomponenten zum Erzeugen von T3 und T4 von diesem Ausführungsbeispiel weggelassen werden.

Figur 8 zeigt eine Halbbrücken-Thyristoranordnungsvarian-te der Schaltung der Figur 1. Zwei antiparallel angeschlossene Thyristor-Dioden-Paare (T5, D5, Tô, Dö), die in Reihe miteinander geschaltet sind, sind an eine Gleichstromquelle angeschlossen, die von einem Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler (nicht gezeigt) erhalten wird. Über die positiven und negativen Eingangsanschlüsse sind zwei reihengeschaltete Gleichstrom-Kon-densatoren Cdci und Cdc2 angeschlossen. Der Ausgang des Halbbrückenwandlers wird zwischen den beiden in Reihe geschalteten Gleichstrom-Kondensatoren und den beiden in Reihe geschalteten Thyristoren aufgenommen. Wie in Figur 1 ist eine serienresonante Schaltung in Reihe mit der Primärwicklung eines Hochspannungstransformators und an den Ausgang des Inver-5 ters angeschlossen. Die Betriebsweise der Schaltung der Figur 8 ist ähnlich der Schaltung der Figur 1. Es muss jedoch für dieselben Ausgangsbedingungen wie beim Vollbrücken-Thyristorin-verter der Figur 1 das Verhältnis der Transformatorumkehrun-gen des Hochspannungstransformators der Figur 8 verdoppelt 10 werden. Die Halbbrücken-Thyristorschaltung der Figur 8 kann durch die beispielhaften Steuerschaltungen der Figuren 3 oder 6 gesteuert und betrieben werden, wobei lediglich die Ausgangssignale Vgi und Vg2 in Figur 3 und die Ausgangssignale an Ti und T2 in Figur 6 erforderlich sind.

15 Während nähere Ausführungsbeispiele und Varianten der vorliegenden Erfindung für einen Stromversorgungs-Thyristor-wandler für einen Ozonerzeuger hier im einzelnen beschrieben sind, sollte doch ersichtlich werden, dass die Offenbarung und Lehren der vorliegenden Erfindung dem Fachmann viele Alter-20 nativkonstruktionen nahelegen.

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5 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Stromversorgungsschaltung für einen Ozonerzeuger, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a. ein Gleichstrom-Wechselstrom-Thyristor-Brückeninver-ter, der mit seinen Eingangsanschlüssen an eine Gleichstromquelle und mit seinen Ausgangsanschlüssen an ein resonantes Netzwerk angeschlossen ist, wobei der Thyristor-Brückeninver-ter eine erste Thyristoreinrichtung zum Leiten des Stromes durch das resonante Netzwerk in einer ersten Richtung und eine zweite Thyristoreinrichtung aufweist, um Strom durch das resonante Netzwerk in einer zweiten Richtung zu schicken,

b. das resonante Netzwerk weist einen Aufwärts-Hochspan-nungstransformator auf, dessen Primärwicklung an den Thyri-stor-Brückeninverter und dessen Sekundärwicklung an den Ozonerzeuger angeschlossen ist,

c. eine Inverter-Steuerschaltung, um die Gate- bzw. Steuerelektroden der ersten und zweiten Thyristoreinrichtung anzusteuern.

2. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inverter-Steuerschaltung einen Rechteckwellengenerator zum Erzeugen eines ersten und eines zweiten, entgegengesetzten Reckteckwellensignals, eine erste Schaltung zum Aufspüren einer Flanke des ersten Rechteckwellensignals aufweist, um einen ersten Steuerimpuls für jede festgestellte Flanke zu erzeugen, die dem Gate- bzw. Steueranschluss der ersten Thyristoreinrichtung entspricht, und eine zweite Schaltung zum Aufspüren einer Flanke des zweiten Rechteckwellensignals aufweist, um einen zweiten Steuerimpuls für jede aufgespürte Flanke zu erzeugen, welche dem Gate- bzw. Steueranschluss der zweiten Thyristoreinrichtung entspricht.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Inverter-Steuerschaltung eine erste und zweite UND-Gattereinrichtung zum Kontrollieren der Ansteue-rung der ersten und zweiten Thyristoreinrichtung aufweist, eine Einrichtung, um ein Schaltfrequenz-Rechteckwellensignal zu erzeugen und es einem ersten Eingang sowohl der ersten als auch der zweiten UND-Einrichtung zuzuführen, sowie eine Einrichtung, um eine Hochfrequenz-Impulsfolge zu erzeugen und sie einem zweiten Eingang jeweils der ersten und zweiten UND-Gattereinrichtung zuzuführen, und zwar so, dass die erste und zweite UND-Gattereinrichtung Steuersignale erzeugen, um die erste und zweite Thyristoreinrichtung zu veranlassen, in einer Impulsstoss-Modulationsbetriebsart zu arbeiten, in welcher die Schaltfrequenz des Rechteckwellensignals die Zeitfolge zwischen den Impulsstössen steuert, so dass die Anzahl der Hochfrequenzimpulse innerhalb jedes Impulsstosses durch die Frequenz der Hochfrequenz-Impulsfolge und die Breite eines jeden Impulses im Rechteckwellensignal gesteuert wird.

4. Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Thyristorbrückeninver-ter ein Vollbrücken-Thyristorinverter ist, in welchem die erste Thyristoreinrichtung ein erstes Paar von Thyristoren (Tj, T4) und die zweite Thyristoreinrichtung ein zweites Paar von Thyristoren (T2, T3) aufweist.

5. Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Thyristorbrückeninver-ter ein Halbbrücken-Thyristorinverter ist, wobei die erste Thyristoreinrichtung einen ersten Thyristor und die zweite Thyristoreinrichtung einen zweiten Thyristor aufweist.

6. Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechteckwellengenerator einen astabilen Multivibrator zum Erzeugen zweier entgegengesetzter Rechteckwellensignale aufweist.

7. Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 2, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechteckwellengenerator zwischen 200 und 800 Hz arbeitet.

8. Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste UND-Gattereinrichtung ein erstes Paar von UND-Gattern aufweist, dass die zweite UND-Gattereinrichtung ein zweites Paar von UND-Gattern aufweist, dass die Einrichtung zum Erzeugen eines Schalt-frequenz-Rechteckwellensignals mit dem ersten Eingang eines jeden ersten und zweiten Paares der UND-Gatter gekoppelt ist und dass die Einrichtung zum Erzeugen einer Hochfrequenz-Impulsfolge mit einem zweiten Eingang jeweils des ersten und zweiten Paares der UND-Gatter gekoppelt ist, so dass das erste und zweite Paar der UND-Gatter Steuersignale erzeugt, um das erste und zweite Paar der Thyristoren zu veranlassen, in einer Impulsstoss-Modulationsbetriebsart zu arbeiten.

9. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste UND-Gattereinrichtung ein erstes UND-Gatter und die zweite UND-Gattereinrichtung ein zweites UND-Gatter aufweist.

10. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechtecksignal mit einer Einrichtung zum Erzeugen der Hochfrequenz-Impulsfolge so gekoppelt ist, dass die Impulse in der Hochfrequenz-Impulsfolge auf die Impulse des Rechteckwellensignals synchronisiert sind.

11. Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen des Rechteckwellensignals einen Impulsbreiten-Modulator aufweist, um zwei phasenverschobene Rechteckwellensignale zu erzeugen, die zum Erzeugen eines einzigen Rechteckwellensignals miteinander gekoppelt sind.

12. Stromversorgungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kapazität und eine Induktivität mit der Hauptwicklung des Transformators gekoppelt sind, um die resonante Frequenz des resonanten Netzwerks auf den Bereich von 2,0 bis 3,0 kHz abzustimmen.

13. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Impuls-Wiederholungsfrequenz der Hochfrequenz-Impulsfolge die Hälfte der resonanten Frequenz beträgt.

14. Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen eines Schaltfrequenz-Rechteckwellensignals zwischen 200 und 800 Hz arbeitet.

15. Stromversorgungsschaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen einer Hochfrequenz-Impulsfolge zwischen 1,0 und 1,6 kHz arbeitet.

16. Stromversorgungsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbbrücken-Thyristorinverter zwei Gleichstromkondensatoren aufweist, die über die Eingangsanschlüsse des Wandlers quer angeschlossen sind, sowie zwei seriengeschaltete Thyristoren, wobei das resonante Netzwerk zwischen den reihengeschalteten Kondensatoren und den reihengeschalteten Thyristoren angeschlossen ist.