DE19912603A1

DE19912603A1 - Schaltungsanordnung zur feinstufig schaltbaren Hochspannungsversorgung eines Verbrauchers

Info

Publication number: DE19912603A1
Application number: DE1999112603
Authority: DE
Inventors: Matthias Hoffmann
Original assignee: BWT Wassertechnik GmbH
Current assignee: BWT Wassertechnik GmbH
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 1999-03-22
Publication date: 2000-09-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur feinstufig schaltbaren Hochspannungsversorgung eines Verbrauchers mit einer Eingangsspannungsquelle (10) zur Einspeisung einer konstanten Wechselspannung als Eingangsspannung und einem Transformator (12) zur Spannungserhöhung, dessen Primärwicklung (16) mit einer Eingangsspannung beaufschlagbar ist und dessen Sekundärwicklung (22) zur Abgabe von Hochspannung mit dem Verbraucher (24) verbindbar ist. Um einen möglichst großen Spannungsbereich mit geringem Schaltungsaufwand einstellen zu können, wird vorgeschlagen, daß die Primärwicklung (16) zwei jeweils durch eine Mehrzahl von Abgriffen (32, 34) in Einzelabschnitte (36, 38) unterteilte Endabschnitte (28, 30) aufweist, und daß die Endabschnitte (28, 30) wahlweise an einem ihrer Abgriffe (32, 34) über jeweils ein Schaltglied (14) mit der Eingangsspannungsquelle (10) verbindbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur feinstufig schaltbaren Hochspannungsversorgung eines Verbrauchers mit einer Eingangsspannungsquelle zur Ein speisung einer konstanten Wechselspannung als Eingangs spannung und einem Transformator zur Spannungserhöhung, dessen Primärwicklung mit der Eingangsspannung beauf schlagbar ist und dessen Sekundärwicklung zur Abgabe von Hochspannung mit dem Verbraucher verbindbar ist.

Schaltungen dieser Art werden zur Hochspannungsversor gung von Ozonerzeugern eingesetzt. Dort ist es wün schenswert, die Ozonerzeugungsrate über die Hochspan nung den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt ein stellen zu können. Zu diesem Zweck ist es bekannt, den Aufwärtstransformator über einen vorgeschalteten Spar transformator mit einer stufenlos regelbaren Eingangs spannung zu beaufschlagen. Dadurch verteuert sich je doch die Schaltung erheblich, insbesondere wenn zur Au tomatisierung der Schleifabnehmer des Spartransforma tors über einen Stellmotor betätigt wird. Zudem wird die Störanfälligkeit bei Verschmutzung der Schleifkon takte erhöht.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, eine einfach aufgebaute und möglichst automa tisch betätigbare Transformatorschaltung bereitzustel len, welche ein entsprechend den jeweiligen Anforderun gen feinabgestufte Erzeugung von Hochspannung ermög licht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteil hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Primär wicklung des Transformators mit möglichst geringem Auf wand in Schaltstufen abschnittsweise zuschaltbar auszu gestalten. Dementsprechend wird vorgeschlagen, daß die Primärwicklung zwei jeweils durch eine Mehrzahl von Ab griffen in Einzelabschnitte unterteilte Endabschnitte aufweist, und daß die Endabschnitte wahlweise an einem ihrer Abgriffe über jeweils ein Schaltglied mit der Eingangsspannungsquelle verbindbar sind. Durch die Auf teilung beider Endabschnitte als schaltbare Wicklungs teile läßt sich unter Minimierung der Zahl der aufwen dig herzustellenden Abgriffe eine große Zahl von Schaltmöglichkeiten und eine entsprechende Abstufung der Hochspannung erreichen. Dabei kann die Feinheit der Abstufung durch entsprechende Wahl der Windungszahl der Einzelabschnitte den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden.

Eine schaltungstechnische Realisierung sieht vor, daß die Endabschnitte ausgehend von ihren Abgriffen über gesonderte, jeweils ein Schaltglied enthaltende Lei tungspfade mit den ihnen zugeordneten Polen der Ein gangsspannungsquelle verbindbar sind, wobei im Be triebszustand an jedem Endabschnitt nur ein Schaltglied durchgeschaltet ist.

Um einen möglichst weiten Bereich abdecken zu können, wird vorgeschlagen, daß die Windungszahl N₁ der Ein zelabschnitte des einen Endabschnitts ein Mehrfaches der Windungszahl N₂ der Einzelabschnitte des anderen Endabschnitts beträgt. Eine weitere Verbesserung im Hinblick auf eine gleichmäßige Aufteilung der Schalt stufen bei minimaler Zahl von Abgriffen läßt sich da durch erreichen, daß das Windungszahlverhältnis ent sprechend der Beziehung

vorgegeben ist, wobei a die in beiden Endabschnitten gleiche Anzahl von Abgriffen bezeichnet.

Grundsätzlich werden Schaltvorgänge auf der Hochspan nungsseite vermieden. Zur weiteren Vergrößerung des einstellbaren Spannungsbereiches ist es aber denkbar, daß mindestens ein Endabschnitt der Sekundärwicklung durch Sekundärabgriffe ebenfalls in Einzelabschnitte unterteilt ist, und daß die Sekundärabgriffe über Schaltelemente mit einer dem Endabschnitt zugeordneten Seite des Verbrauchers verbindbar sind. Bei Aufteilung nur eines Endabschnitts ist es günstig, wenn der in Einzelabschnitte unterteilte Endabschnitt der Sekundär wicklung endseitig auf Erdpotential liegt.

Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, daß die den Ab griffen einzeln zugeordneten, als Schließer ausgebilde ten Schaltglieder elektronisch oder elektromagnetisch betätigbar sind. Als kompakte elektronische Lastschal ter bieten sich vor allem Triacs als Schaltglieder an. Diese können über eine elektronische Steuerschaltung, vorzugsweise eine mikroprozessorgestützte speicherpro grammierte Steuerung zur Fortschaltung der Hochspannung nach einem vorgegebenen Schaltmuster angesteuert wer den, womit sich auch eine ferngesteuerte Überwachung realisieren läßt. Eine weitere schaltungstechnische Vereinfachung ergibt sich dadurch, daß die Steuerschal tung einen die Schaltglieder mit Nieder-Gleichspannung direkt betätigenden Ausgabebaustein aufweist.

Um Anlaufstromspitzen des Transformators zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die Schaltglieder durch die Steuerschaltung während eines Nulldurchgangs der Ein gangsspannung schaltbar sind.

Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Hochspan nungsversorgung eines Ozonerzeugers erwiesen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schal tungsanordnung zur Hochspannungsversorgung ei nes Ozonerzeugers;

Fig. 2 ein Diagramm des Hochspannungsverlaufs für die verschiedenen Schaltstufen der Anordnung nach Fig. 1; und

Fig. 3 ein Diagramm der Ozonleistung eines Ozonerzeu gers in Abhängigkeit von der angelegten Hoch spannung.

Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung besteht im wesentlichen aus einer Eingangsspannungs quelle 10 zur Einspeisung einer konstanten Eingangs- Wechselspannung U_e, einem Transformator 12 zur Span nungserhöhung, einer Mehrzahl von Schaltgliedern 14 zur abschnittsweisen Verbindung der Primärwicklung 16 des Transformators mit der Eingangsspannungsquelle 10, ei ner elektronischen Steuerschaltung 18, 20 zur Ansteue rung der Schaltglieder 14 nach Maßgabe einer an der Se kundärwicklung 22 des Transformators 12 zum Betrieb des damit verbundenen Ozonerzeugers 24 bereitzustellenden Hochspannung U_a.

Wie in Fig. 1 dargestellt, weist die Primärwicklung 16 einen Mittelabschnitt 26 und zwei in Reihe beidseitig daran anschließende Endabschnitte 28, 30 auf. Die un terschiedlich langen Endabschnitte 28, 30 sind ihrer seits durch jeweils vier Abgriffe 32, 34 in eine Gruppe von drei Einzelabschnitten 36, 38 weiter unterteilt. Die Einzelabschnitte 36 des kürzeren Endabschnitts 28 weisen eine Windungszahl N₂ auf, die entsprechend der Anzahl a von Abgriffen in jeder Gruppe um das 4-fache kleiner ist als die Windungszahl N₁ des längeren Endab schnitts 30. Auf diese Weise wird mit wenigen Abgriffen eine große Anzahl von in ihrer Windungszahl gleichmäßig abgestuften Wicklungsteilen der Primärwicklung 16 ab greifbar. Diese umfassen dabei mindestens den Mittelab schnitt 26 und sind durch Zuschaltung von Einzelab schnitten 36, 38 bis zur Gesamtlänge der Primärwicklung 16 verlängerbar. werden dabei jeweils über einen

Um die Primärwicklung 16 in der vorgesehenen Aufteilung mit der Eingangsspannung U_e beaufschlagen zu können, sind die Abgriffe 32, 34 über jeweils einen gesonderten Strompfad 40, 42 und ein darin als Schließer angeordne tes Schaltglied 14 mit den zugeordneten Polen 44, 46 der Spannungsquelle 10 verbindbar. Es versteht sich, daß im Betriebszustand an jedem Endabschnitt 28, 30 bzw. für jede Gruppe von Abgriffen 32, 34 nur jeweils ein Schaltglied 14 betätigt, d. h. geschlossen ist.

Die zur Ansteuerung der Schaltglieder 14 vorgesehene Steuerschaltung umfaßt eine speicherprogrammierte Steuerung 18 (SPS), die zum Betrieb der Ozonanlage in der Regel ohnehin vorhanden ist. Entsprechend der ein zustellenden Hochspannung werden die Schaltbefehle über einen Ausgabebaustein 20 als Gleichspannungssignale di rekt an die einzelnen durch Triacs gebildeten Schalt glieder 14 ausgegeben. Dabei ist es zweckmäßig, daß die Triacs während eines Nulldurchgangs der Eingangsspan nung U_e durchgesteuert werden, um so Anlaufstromspitzen zu vermeiden.

Die Ausgangsspannung U_a ergibt sich näherungsweise aus dem Produkt des Übersetzungsverhältnisses und der kon stanten Eingangsspannung nach der Beziehung

wobei N₀ die Windungszahl des Mittelabschnitts 26, n₁ und n₂ die Anzahl der zugeschalteten Einzelabschnit te 36, 38, N₁ und N₂ deren Windungszahl und N_s die Win dungszahl der Sekundärwicklung 22 bezeichnen. Diese Ab hängigkeit ist für ein Auführungsbeispiel mit jeweils 4 Abgriffen 32, 34 entsprechend 16 Schaltstufen (n₁, n₂ = 0. . .3) und N₀ = 330, N₁ = 24, N₂ = 96, N_s = 12 375 in Fig. 1 dargestellt. Die progressive Zunahme der Hoch spannung hat sich im Hinblick auf die Besonderheiten beim Betrieb eines Ozonerzeugers als besonders vorteil haft erwiesen. Entsprechend Fig. 3 wird nämlich ober halb einer Schwellenspannung eine degressive Abhängig keit der Ozonleistung von der Hochspannung beobachtet. Die beiden nichtlinearen Effekte kompensieren sich an nähernd, so daß bei stufenweiser Fortschaltung der Pri märwicklung eine etwa lineare Zunahme der Ozonleistung erreicht wird.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur feinstufig schaltbaren Hochspannungsversorgung eines Verbrauchers mit ei ner Eingangsspannungsquelle (10) zur Einspeisung einer konstanten Wechselspannung als Eingangsspan nung und einem Transformator (12) zur Spannungser höhung, dessen Primärwicklung (16) mit der Ein gangsspannung beaufschlagbar ist und dessen Sekun därwicklung (22) zur Abgabe von Hochspannung mit dem Verbraucher (24) verbindbar ist, dadurch ge kennzeichnet, daß die Primärwicklung (16) zwei je weils durch eine Mehrzahl von Abgriffen (32, 34) in Einzelabschnitte (36, 38) unterteilte Endabschnitte (28, 30) aufweist, und daß die Endabschnitte (28, 30) wahlweise an einem ihrer Abgriffe (32, 34) über je weils ein Schaltglied (14) mit der Eingangsspan nungsquelle (10) verbindbar sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Endabschnitte (28, 30) ausge hend von ihren Abgriffen (32, 34) über gesonderte, jeweils ein Schaltglied (14) enthaltende Leitungs pfade (40, 42) mit den ihnen zugeordneten Polen (44, 46) der Eingangsspannungsquelle (10) verbindbar sind, wobei im Betriebszustand an jedem Endab schnitt (28, 30) nur ein Schaltglied (14) durchge schaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl N₁ der Ein zelabschnitte (38) des einen Endabschnitts (30) ein Mehrfaches der Windungszahl N₂ der Einzelabschnitte (36) des anderen Endabschnitts (28) beträgt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß das Windungszahlverhältnis durch die Beziehung
gegeben ist, wobei a die in beiden Endabschnitten (28, 30) gleiche Anzahl von Abgriffen (32, 34) be zeichnet.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein End abschnitt der Sekundärwicklung (22) durch Sekun därabgriffe ebenfalls in Einzelabschnitte unter teilt ist, und daß die Sekundärabgriffe über Schaltelemente mit einer dem Endabschnitt zugeord neten Seite des Verbrauchers (24) verbindbar sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der in Einzelabschnitte unter teilte Endabschnitt der Sekundärwicklung endseitig auf Erdpotential liegt.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Abgriffen (32, 34) einzeln zugeordneten, als Schließer ausge bildeten Schaltglieder (14) elektronisch oder elek tromagnetisch betätigbar sind.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltglieder durch Triacs (14) gebildet sind.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltglieder (14) über eine elektronische Steuerschaltung (18, 20), vorzugsweise eine mikroprozessorgestützte speicherprogrammierte Steuerung zur Fortschaltung der Hochspannung nach einem vorgegebenen Schalt muster ansteuerbar sind.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steuerschaltung (18, 20) einen die Schaltglieder (14) mit Nieder-Gleichspannung direkt betätigenden Ausgabebaustein (20) aufweist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, da durch gekennzeichnet, daß die Schaltglieder (14) durch die Steuerschaltung (18, 20) während eines Nulldurchgangs der Eingangsspannung schaltbar sind.

12. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Hochspannungsversorgung eines Ozoner zeugers (24).