**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRÜCHE
1. Hochspannungsgenerator an einem Ozonisator, mit einem wechselstromgespeisten, sekundärseitig an die Elektroden des Ozonisators angeschlossenen Hochspannungstransformator, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungstransformator über ein von einer Steuerschaltung angesteuertes Stromventil wiederholt ein- und ausschaltbar ist, wobei die Steuerschaltung Mittel aufweist, um die Ausschaltdauer des Stromventiles zu X Verändern.
2. Generator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Verändern der Ausschaltdauer einen differenzbildenden Vergleicher (27) aufweisen, der eingangsseitig an eine ein vom Ozonausstoss abhängiges Spannungssignal abgebende und an eine eine Sollwertspannung abgebende Spannungsquelle (-, 29) angeschlossen ist, während sein Ausgang über einen Integrator (31) mit einstellbarer Integrationszeit an eine Triggerstufe (38) gekoppelt ist, deren Rückkippzeit die Einschaltdauer des Stromventiles bestimmt.
3. Generator nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Triggerstufe (38) eine Synchronisationsstufe (40) nachgeschaltet ist, welche die Signale der Triggerstufe (38) in eine feste Phasenbeziehung zu der am Hochspannungstransformator (16) angelegten Wechselspannung bringt.
4. Generator nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Triggerstufe (38) eine Rückkippzeit aufweist, die einem ganzzahligen Vielfachen der Periode der an den Hochspannungstransformator (16) angelegten Wechselspannung entspricht.
5. Generator nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationsstufe einen Flip-Flop (40) aufweist.
6. Generator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektrode (22) des Stromventils (20, 21) über einen Gleichrichter (72) an einen Impulsgenerator (66, 67, 68) gekoppelt ist, dessen Ausgangssignale mittels einer Gatterschaltung (67, 68) während der Ausschaltdauer unterdrückt sind.
7. Generator nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsfrequenz des Impulsgenerators (66, 67, 68) ein Vielfaches der am Hochspannungstransformator (16) anliegenden Wechselspannung ist.
8. Generator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil zwei antiparallel geschaltete, gesteuerte Gleichrichter (20, 21) mit getrennten Steuerelektroden aufweist.
9. Generator nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gleichrichter (72) und dem Impulse neralor (66, 67, 68) ein Übertrager (71) geschaltet ist.
Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsgenerator an einem Ozonisator, mit einem wechselstromgespeisten, sekundärseitig an die Elektroden des-Ozonisators angeschlossenen Hochspannungstransformator.
Zur Regelung des Ozonausstosses von Ozonisatoren ist es zum Beispiel bekannt, die Primärseite des Hochspannungstransformators über einen regelbaren Transformator zu speisen, oder gar, den Hochspannungstransformator als Regeltransformator auszubilden. Dadurch werden aber alle für den Ozonausstoss massgebenden Faktoren gleichzeitig verändert, nämlich Leitzeit, Ladestrom sowie auch die elektrische Leistungsaufnahme des Ozonisators (alle unter anderem von der angelegten Spannung abhängig).
Auch ist schon vorgeschlagen worden, zur Regelung des Ozonausstosses des Ozonisators die Frequenz der an die Elektroden des Ozonisators angelegten Spannung zu verändern.
Der hierzu erforderliche technische Aufwand. nämlich zumindest ein Frequenzgenerator mit vorzugsweise stufenlos veränderbarer Frequenz, ist indessen zu erheblich, als dass diesem Vorschlag bisher eine praktische Bedeutung hätte zukommen können.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Schaffung eines Hochspannungsgenerators der eingangs genannten Art, der gestattet, seine Leistungsabgabe an den Ozonisator und mithin dessen Ozonausstoss ohne Veränderung der an die Elektroden desselben angelegten Spannung (die ihrerseits einen durch die Ausbildung des Ozonisators selbst gegebenen Optimalwert aufweist) zu verändern und damit auch die Ozonproduktion des Ozongenerators in weiten Grenzen zu verändern.
Zu diesem Zweck ist der vorgeschlagene Hochspannungsgenerator erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungstransformator über ein von einer Steuerschaltung angesteuertes Stromventil wiederholt ein- und ausschaltbar ist, wobei die Steuerschaltung Mittel aufweist, um die Ausschaltdauer des Stromventiles zu verändern.
Dabei können die Mittel zum Verändern der Ausschaltdauer einen differenzbildenden Vergleicher aufweisen, der eingangsseitig an eine ein vom Ozonausstoss abhängiges Spannungssignal abgebende und an eine eine Sollwertspannung abgebende Spannungsquelle angeschlossen ist, während sein Ausgang über einen Integrator mit einstellbarer Integrationszeit an eine Triggerstufe gekoppelt ist, deren Rückkippzeit die Einschaltdauer des Stromventiles bestimmt. Der Triggerstufe kann eine Synchronisationsstufe nachgeschaltet sein, welche die Signale der Triggerstufe in eine feste Phasenbeziehung zu der am Hochspannungstransformator angelegten Wechselspan nung bringt. Vorzugsweise weist die Triggerstufe eine Rückkippzeit auf, die einem ganzzahligen Vielfachen der Periode der an den Hochspannungstransformator angelegten Wechselspannung entspricht.
Zweckmässig ist die Synchronisationsstufe ein Flip-Flop, den einerseits Synchronisationsimpulse mit einer der Speisespannung entsprechenden Frequenz und andererseits das Signal aus der Triggerstufe zugeführt wird.
Die Steuerelektrode des Stromventils kann über einen Gleichrichter an einen Impulsgenerator gekoppelt sein, dessen Ausgangssignale mittels einer Gatterschaltung während der Ausschaltdauer unterdrückt sind. Dabei ist es zweckmässig, die Impulsfrequenz des Impulsgenerators auf ein Vielfaches der Frequenz der am Hochspannungstranformator angelegten Wechselspannung zu wählen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Hochspannungsgenerators, und
Fig. 2 einige typische Spannungsverläufe an bestimmten Stellen des Blockschaltbildes der Fig. 1.
In Fig. 1 ist rein schematisch ein Ozonisator 10 zu erkennen, dessen Elektroden 11, 12 mit den Enden 13, 14 der Sekundärwicklung 15 eines Hochspannungstransformators 16 verbunden sind. Die Primärwicklung 17 ist mit ihrem einen Ende direkt mit der einen Phase S einer Wechselspannungsquelle 18 verbunden. Dem anderen Ende der Primärwicklung 17 ist ein Stromwandler 19 und diesem ein steuerbares Ventil in Form zweier antiparallel geschalteter, gesteuerter Gleichrichter 20, 21 vorgeschaltet, deren Steuerelektroden gemeinsam an einem Steuerleiter 22 angeschlossen sind.
Am Auslass des Ozonisators 10 bzw. im Verlauf eines nur schematisch angegebenen Leitungszuges 23 für ein zu ozonisierendes Medium (z. B. Wasser) ist ein sogenanntes Redox Gerät angeordnet, von dem ein vom Ozonausstoss des Ozoni
sators 10 abhängiges Spannungssignal hergeleitet und auf einen Leiter 25 gegeben wird.
Dieser Leiter 25 ist an den einen Eingang 26 einer differenzbildenden Vergleicherstufe 27 geführt, während an derem anderen Eingang 28 eine von einem Potentiometer 29 abgegriffene, einen Sollwert darstellende Bezugsspannung angelegt ist. Das am Ausgang 30 der Vergleicherstufe 27 erscheinende Differenzsignal ist an den Eingang eines Integrators 31 geführt, dessen Integrationszeit je nach Ausbildung des Ozonisators 10 bzw. der Ozonisierungsanlage, in der dieser Verwendung findet, einstellbar ist, und der die anfallenden Differenzsignale integriert.
Die am Ausgang 32 des Integrators 31 erscheinende Spannung ist über einen Wählschalter 33 an einen gesteuerten Sägezahn- oder Dreieckoszillator 34 geführt, der dazu eingerichtet ist, Dreieckschwingungen mit einer konstanten Amplitude zu erzeugen, deren ansteigende Flanken eine Steigung aufweisen, die von dem Wert des aus dem Integrator 31 anfallenden Spannungssignals abhängt, während die abfallende Flanke eine von diesem Spannungssignal unabhängige Dauer aufweisen. Dieser Oszillator 34 arbeitet somit gewissermassen als selbsttätig rückkippende Integrationsstufe.
Mittels des Umschalters 33 lässt sich direkt an den Eingang 35 des Oszillators 34 eine von einem Potentiometer 36 abgegriffene Bezugsspannung anlegen, so dass die Steuerspannung des Oszillators 34 und mithin die Frequenz dessen Ausgangssignale solange konstant sind, als die am Potentiometer 36 abgegriffene Bezugsspannung ebenfalls konstant ist. Damit lässt sich der Ozonausstoss des Ozonisators 10 steuern, während beim Anschluss des Dreieckoszillators 34 an den Integrator 31 der Ozonausstoss des Ozonisators 10 geregelt wird.
Der Ausgang 37 des Oszillators 34 ist an eine Triggerstufe 38 geführt, die an ihrem Ausgang von dem Schaltzustand 0 auf den Schaltzustand L kippt, sobald das Signal am Ausgang 37 des Oszillators 34 seinen Scheitelwert erreicht, und so lange auf dem Signalzustand L verharrt, als die Sägezahnschwingung des Oszillators 34 nicht wieder auf Null abgesunken ist. Die Triggerstufe 38 formt mithin die abfallenden Flanken des Signales aus dem Oszillator 34 in Impulse gleicher Dauer um, welche Dauer beispielsweise eine Sekunde sein kann. Wie noch zu erläutern sein wird, entspricht die Dauer dieser von der Triggerstufe 38 anfallenden Impulse der Einschaltdauer der Gleichrichter 20, 21, wobei allerdings zu beachten ist, dass die Phasenlage der Impulse der Triggerstufe 38 in bezug auf die Wechselspannung der Spannungsquelle 18 noch unbestimmt ist.
Um eine genau definierte Phasenlage dieser Impulse in bezug auf die Wechselspannung der Quelle 18 herzustellen, ist der Ausgang der Triggerstufe 38 an den einen Eingang 39 einer Synchronisationsstufe 40 geführt, die beispielsweise als RS-Flip-Flop ausgebildet sein kann. Dem andern Eingang 41 der Synchronisationsstufe 40 werden Synchronisationsimpulse zugeführt, die wie folgt erzeugt werden.
Der Sekundärseite eines bei Rt und 5 an eine zur Wechselspannung der Quelle 18 gleichphasige Spannung an geschlossenen Transformators 42 ist ein Filter 43 nachgeschaltet. der transiente Spitzen im Spannungsverlauf zwischen R und S unterdrückt. An dieses, praktisch eine reine und mit der Wechselspannung der Quelle 18 gleichphasige Sinusschwingung abgebende Filter 43 sind zwei Verstärker 44, 45 angeschlossen, von denen der Verstärker 45 invertierend ist. An ihren Ausgängen 46, 47 liefern die Verstärker 44, 45 somit ebenfalls reine Sinusschwingungen, die aber in bezug aufeinander gegenphasig sind. Sowohl der Ausgang 46 als auch der Ausgang 47 der Verstärker 44, 45 sind sodann an die Eingänge eines Zweiweggleichrichters 48 geführt, an dessen Ausgang 49 somit eine ununterbrochene Folge von unipolaren Halbwellen erscheint.
Der Ausgang 47 des Verstärkers 45 ist auch an einen Phasenschieber 50 gekoppelt, der das zur Speisespannung an R', S' gegenphasige Spannungssignal noch weiter um etwa 90 el verschiebt.
Der Ausgang 49 des Zweiweggleichrichters 48 ist an eine Triggerstufe 51 mit einer vergleichsweise kurzen Rückkippzeit von beispielsweise 0,5 bis 1 ms gekoppelt, die aus der ununterbrochenen Folge von unipolaren Halbwellen eine Impulsfolge mit einer Frequenz von zum Beispiel 100 Hz (bei einer Speisespannung von 50 Hz) und einer Impulsdauer von zum Beispiel 0,5 bis 1 ms herleitet. Die Triggerstufe 51 ist ausgangsseitig mit dem einen Eingang 52 eines UND-Gatters 53 verbunden, dessen anderer Eingang 54 mit dem Ausgang des Phasenschiebers 50 verbunden ist.
Da der Phasenschieber 50 ein um insgesamt 270 el zur Speisespannung phasenverschobenes Signal liefert, die Triggerstufe 51 dagegen einen Impulszug mit einer in bezug auf die Speisespannung doppelten Frequenz, deren Impulse darüber hinaus etwa gleichphasig mit dem aus dem Zweiweggleichrichter 48 anfallenden Halbwellen-Schwingungen sind, arbeitet das UND-Gatter 53 als Frequenzteiler, so dass an seinem, über den Leiter 41 mit dem zweiten Eingang der Synchronisationsstufe 40 verbundenen Ausgang 55 eine Folge von Impulsen mit einer der Speisespannung entsprechenden Frequenz und mit einer Dauer von 0,5 bis 1 ms erscheinen, welche Impulse zwangsläufig in einer festen Phasenbeziehung zur Speisespannung stehen.
Damit wird der Anfang und das Ende jedes der am Ausgang 56 der Synchronisationsstufe 40 anstehenden L -Signale in eine feste Phasenbeziehung zur Speisespannung gebracht. Dem Ausgang 56 der Synchronisationsstufe 40 ist ein verstellbares Verzögerungsglied 57 nachgeschaltet. Mit diesem Verzögerungsglied lässt sich der optimale Einschaltzeitpunkt und der optimale Ausschaltzeitpunkt der gesteuerten Gleichrichter 20, 21 einstellen. Dies ist deshalb von Bedeutung, weil der von diesen Gleichrichtern gesteuerte, und im wesentlichen aus dem Hochspannungstransformator 16 gebildete Lastkreis kein rein induktiver Lastkreis (Strom eilt Spannung um 90O el nach) ist, und es zur Vermeidung von Einschaltschwingungen wichtig ist, die Gleichrichter 20 und 21 möglichst nahe beim Nulldurchgang des Stromes im Lastkreis ein- und auszuschalten.
Das am Ausgang 58 des Verzögerungsgliedes 57 erscheinende Signal wird allerdings nicht direkt zur Steuerung der Gleichrichter 20, 21 herangezogen, sondern über einen Leiter 59 an den Eingang eines Vergleichers 61 geführt. Der andere Eingang 62 des Vergleichers 61 ist an den Ausgang eines von der Triggerstufe 51 angesteuerten Sägezahngenerators 63 gekoppelt, der seinerseits eine Sägezahnschwingung der doppelten Frequenz als jene der Speisespannung abgibt. Der Vergleicher 62 gibt stets dann an seinem Ausgang 64 ein L Signal ab, wenn das Potential des Signals am Eingang 60 jenes der Sägezahnschwingung am Eingang 62 übertrifft.
Normalerweise ist dies der Fall, doch man kann, zum Beispiel durch Einbau eines Potentiometers (gestrichelt bei 65 angegeben) das Potential des auf dem Leiter 59 anstehenden Signales so weit herabsetzen, dass mit dem Sägezahngenerator 63 zusätzlich die Möglichkeit einer Phasen-Anschnittsteuerung entsteht.
Zur Vermeidung von jeglichen Rückwirkungen des Lastkreises auf die Steuerschaltung wird nun das am Ausgang 64 des Vergleichers 61 anstehende Signal zuerst zerhackt, sodann über einen Übertrager und erst dann über einen Gleichrichter dem Steuerleiter 22 zugeführt.
Zu diesem Zweck ist ein Oszillator 66 vorgesehen, der mit einer um ein Vielfaches höheren Frequenz als die Speisespannung an RS arbeitet, zum Beispiel mit 30 kHz. Diesem Oszillator 66 sind zwei Impulsformer 67 und 68 nachgeschaltet, von denen der eine (67) die positiven Halbwellen und der andere (68) die negativen Halbwellen der vom Oszillator 66 gelieferten Schwingungen in einen L -Impuls umformt.
Der Impulsformer 67 ist an den ersten Eingang eines UND Gatters 671 und der Impulsformer 68 an den ersten Eingang eines weiteren UND-Gatters 68' gekoppelt, wobei der zweite Eingang beider UND-Gatter 67' und 68' mit dem Ausgang 64 des Vergleichers 61 verbunden sind.
An den Ausgängen der UND-Gatter 67' bzw. 68' entstehen somit - solange am Ausgang 64 des Vergleichers 61 ein Signal ansteht - Impulsfolgen mit der Frequenz des Oszillators 66, welche Impulsfolgen jedoch im Gegentakt zueinander stehen.
Auf die Ausgänge der UND-Gatter 67' und 68' folgt je eine Verstärkerstufe 69 bzw. 70, deren Ausgänge je an die Enden der mittig geerdeten Primärwicklung eines Übertragers 71 geführt sind. Die Sekundärwicklung des Übertragers 71 ist mit einem Gleichrichter 72 verbunden, der seinerseits den Steuerleiter 22 speist.
Daraus ergibt sich, dass am Steuerleiter ein zum Zünden der Gleichrichter 20, 21 dienendes Signal ansteht, das erstens in seiner Dauer der Dauer der abfallenden Flanke des Signals des gesteuerten Dreieckoszillators 34 entspricht, das zweitens in seiner Phasenlage in bezug auf die Speisespannung den elektrischen Werten des Lastkreises durch die Synchronisationsstufe 40 und dem nachfolgenden Verzögerungsglied 57 optimal angepasst ist, und das drittens (im Falle der Phasenanschnitt Steuerung) seinerseits in Impulse unterteilt ist, die während wohl definierten Zeiten jeder Halbwelle der Speisespannung dauern, oder das ein dem entsprechenden Phasenanschnitt entsprechendes Potential aufweist.
Der auf der Primärseite des Hochspannungstransformators 16 fliessende Strom ist ein Mass für den auf der Sekundärseite fliessenden Strom. Das vom Stromwandler 19 abgenommene Stromsignal kann daher über einen Leiter 73 an eine nur als Block dargestellte tXberwachungs- und Anzeigeeinheit 47 geführt sein, mit welcher beispielsweise der minimale und der maximale zulässige Strom überwacht und beim Überschreiten der Grenzen der Generator unter Abgabe einer Alarmanzeige abgeschaltet werden kann. Auch die Dauer der Ausschaltzeiten kann überwacht werden, indem der Ausgang 58 des Verzögerungsgliedes 57 über den Leiter 75 an die Einheit 74 angeschlossen wird.
In den Zeilen A bis D der Fig. 2 sind charakteristische Spannungsverläufe für bestimmte Stellen der in Fig. 1 gezeigten Schaltung dargestellt. In der Zeile A ist als Funktion der Zeit das am Ausgang 32 des Integrators 31 erscheinende Signal dargestellt, das, wie beschrieben. dem über die Zeit integrierten Differenzsignal der Vergleicherstufe 27 entspricht.
In der Zeile B ist dagegen das am Ausgang 37 des Sägezahnoszillators 34 erscheinende Signal dargestellt. Man sieht, dass die Steigerung der ansteigenden Flanken dieses Signals um so grösser ist, je grösser der Momentanwert der Spannung der Zeile A ist. Die Steigung der ansteigenden Flanke wird dann praktisch unendlich gross, wenn die Spannung aus dem Integrator 31 ein Maximum erreicht hat, welches Maximum durch einen nicht dargestellten Begrenzer bestimmt sein kann. In der Zeile C sind, nach oben weisend, die von der Triggerstufe 38 abgegebenen Impulse dargestellt, die jeweils einer abfallenden Flanke des aus dem Sägezahnoszillator 34 anfallenden Signals entsprechen. Man sieht, dass die Pausen zwischen den einzelnen Impulszügen letzten Endes nach Massgabe des Potentials des Signales aus dem Integrator 31 ändern.
Wenn die Steigung der ansteigenden Flanke des Signales der Zeile B unendlich gross wird, wird gleichzeitig die Pause zwischen den Impulsen des Signales auf der Zeile C unendlich klein. In der Zeile C nach unten weisend, sind die an den Eingang 41 der Synchro nisationsstufe 40 geführten Synchronisationsimpulse dargestellt, die, wie beschrieben, in einer festen Phasenlage zu der Speisespannung stehen. In der Zeile D dagegen sind die im Prinzip der aus der Triggerstufe entsprechenden Signale dargestellt, welche am Ausgang 56 der Synchronisationsstufe 40 entstehen, und somit mit ihrem Anfang und mit ihrem Ende in einer genau definierten Phasenbeziehung zur Speisespannung stehen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass bei dem dargestellten Generator der Hochspannungstransformator 16 mit Schwingungspaketen der Speisespannung gespeist wird, welche Schwingungspakete in einem wohl definierten Zeitpunkt beginnen und enden, wobei die Pause zwischen den aufeinanderfolgenden Schwingungspaketen veränderbar ist.