DE2552800A1 - Hochspannungserzeugerschaltung und damit betriebene zuendeinrichtung fuer oelbrenner - Google Patents

Description

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Augsburg, den 24. November 1975

Robertshaw Controls Company, I7OI Byrd Avenue, Richmond,

Virginia 23261, V.St.A.

Hochspannungserzeugerschaltung und damit betriebene Zündeinrichtung für ölbrenner

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungserzeugerschaltung, beispielsweise zur Plasmaerzeugung, und eine mittels einer solchen Schaltung betriebene Zündeinrichtung für ölbrenner»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Schaltung so auszubilden, daß zwischen zwei Elektroden ein

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hochfrequenter und energiereieher Lichtbogen erzeugt werden kann, mit welchem die Entzündung von Heizöl in kürzester Zeit bewerkstelligt werden kann_e

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Hochspannungserzeugers ehalt ung gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe für die Speisung aus dem Wechselstromnetz ausgelegt ist und einen Thyristor, einen Transformator, einen Kondensator, eine Diode und einen Widerstand aufweist und daß die Primärwicklung des Transformators und die Diode, zu welcher der Widerstand parallelgeschaltet ist, in Reihe mit der Anoden-Katoden-Strecke des Thyristors geschaltet sind und der Kondensator parallel zu dieser Anoden-Katoden-Strecke geschaltet ist„

Eine mit der erfindungsgemäßen Schaltung betriebene Festkörper-Zündeinrichtung, auf welche sich die Erfindung ebenfalls bezieht, ist leicht den Zünderfordernissen verschiedener Bauarten von ölbrennern anpaßbar*

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Zündeinrichtung mit der ihr zugeordneten elektrischen Schaltung an der Heizspannung betreibbar ist»

Ferner weist die Zündeinrichtung den Forteil auf, daß sie wirtschaftlich herstellbar und sionfcierbar,, dauerhaft _s

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wirksam und äußerst zuverlässig im Betrieb ist„

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben« Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild

einer Zündeinrichtung nach der Erfindung,

Fig« 2 ein schematisches Schaltbild einer

Plasmaerzeugerschaltung, die einen Teil der in Fig_e 1 dargestellten Einrichtung bildet, und

die Fig. 3, 4, 5 und 6 schematische Schaltbilder, welche

die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltung verdeutlichen.

Figo 1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer allgemein mit 10 bezeichneten Zündeinrichtung nach der Erfindung, Gemäß Fig. 1 ist die Zündeinrichtung 10 für den Anschluß an das übliche Wechselstromnetz ausgelegt, welches beispielsweise eine Spannung von 115 V oder 250 V hat«, Die Zündeinrichtung 10

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enthält eine Plasmaerzeugerschaltung, die allgemein mit 12 bezeichnet ist, und eine Zündschaltung, die allgemein mit bezeichnet ist. Die eben beschriebenen Schaltungen sind durch elektrische Leitungen in der dargestellten und nachstehend näher beschriebenen Weise miteinander verbundene

Die in Figo 1 dargestellte Zündeinrichtung 10 arbeitet grundsätzlich in der folgenden Weise:

Von der Netzleitung eines Wechselstromnetzes wird der Plasmaerzeugerschaltung 12 und der zugeordneten Zündschaltung zur Brennstoffentzündung die Netzspannung zugeführt. Die angelegte Netzspannung, die beispielsweise 115 "V oder 250 V betragen kann, bewirkt, daß die Plasmaerzeugerschaltung 12 eine unidirektionale Hochfrequenzionisation zwischen zwei in einem Brennraum 20 befindlichen Elektronen 16 und 18 hervorruft. Ein Brennermotor oder andere Mittel (nicht dargestellt) dienen zum Einsprühen von öl in den Brennraum 20« Die öltröpfchen gelangen durch den Entladungsbereich zwischen den Elektronen und 18 hindurch, der zu der Zündschaltung 14 gehört und werden dabei entzündet« Danach kann die Zündeinrichtung 10 in geeigneter Weise abgeschaltet werden«,

Nachstehend wird mehr im einzelnen auf die oben erwähnten Schaltungen eingegangen. Die in Fig, I enthaltene

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Plasmaerzeugerschaltung 12 gliedert sich in drei Teile, die zwecks leichterer Beschreibung in Pig, 2 dargestellt sind. Diese drei Schaltungsteile sind a) eine aus Widerständen Rl und R2, einer Diode Dl, einem Kondensator Cl und einer parallel zu einem Thyristor SCRl geschalteten Triggerdiode D2 aufgebaute Triggerschaltung, b) eine "elektronische Bremse", die eine Diode D3, einen Kondensator C2 und Widerstände R3, R4 und Rl enthält, welch letztere parallel zum Kondensator C3 geschaltet sind, und c) die Plasmaerzeugerschaltung an sich, welcher den Thyristor SCRl, einen Transformator Tl, den Kondensator C3, eine Diode D4 und einen Widerstand R6 enthält.

Die an die Schaltung 12 angelegte Wechselspannung bewirkt, daß sich der Kondensator C3 auf eine gewisse Spannung (positiv oder negativ) auflädt, wobei die Aufladungsgeschwindigkeit durch die Induktivität einer Drossel Ll, den Ohm"sehen Widerstand dieser Drossel und den Widerstand R7 festgelegt ist. Während der negativen Halbwelle der Netzspannung lädt sich der Kondensator C3 sinusförmig auf die Größe der Netzspannung auf. Beim Nulldurchgang der Netzspannung und dem Beginn ihrer positiven Halbwelle lädt sich der Kondensator C3 auf eine positive Spannung auf. Da der Thyristor SCRl über die Primärwicklung 22 des Transformators Tl parallel zum Kondensator C3 geschaltet ist, ist der Thyristor während der negativen Halbwelle der Netzspannung nicht leitfähig. Wenn sich der

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• V-· *

Kondensator C3 auf eine postivie Spannung aufläd, so erscheint diese Spannung über der Anoden-Katoden-Strecke des Thyristors.

Diese gleiche Spannung liegt über dem Widerstand R2 und dem Kondensator C3o Polglich beginnt der Kondensator T3 sich mit einer Geschwindigkeit auf eine positive Spannung aufzuladen, die durch seine Kapazität und den Widerstand R2 bestimmt ist« Wenn die Spannung am Kondensator C3 einen Wert von 28 V bis 36 V erreicht, so schaltet die Triggerdiode D2 durch und entlad den Kondensator C3 über den Widerstand Rl, wodurch der Thyristor SCRl über sein Gate 24 durchgeschaltet wird. Die Diode Dl verhindert, daß eine negative Spannung in die Schaltung gelangte

Wie in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt ist, wird beim Durchschalten des Tyhristors SCRl der vorher offene Thyristorschaltkreis im wesentlichen kurzgeschlossen. Die Primärwicklung 22 des Hochspannungstransformators Tl liegt dann unmittelbar über dem Kondensator C3» Die eine niedrige Impedanz aufweisende Primärwicklung 22 des Transformators Tl bewirkt, wenn sie plötzlich zum Kondensator C3 parallelgeschaltet wird, dessen augenblickliche Entladung» Die Impedanz der Drossel Ll hindert die Netzspannung momentan daran, den Ladezustand des Kondensators C3 aufrechtzuerhalten» Der Kondensator C3 entlad sich dann über die Primärwicklung 22

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•ν

des Transformators Tl und den Thyristor SCRl. Diese Entladung hat zur Folge, daß sich im Transformator Tl ein Magnetfeld aufbaut, welches die Sekundärwicklung 26 dieses Transformators schneidet und in dieser eine Hochspannung zur Erzeugung einer Ionisation zwischen den Zündelektroden 16 und 18 hervorruft. Da die Entladeenergie des Kondensators C3 abnimmt, bricht das magnetische Feld im Transformator Tl zusammen, wodurch erzwungen wird, daß der Strom weiter in der gleichen Richtung durch den Thyristor SCRl fließt und den Kondensator C3 mit entgegengesetzter Spannungspolarität auflade

Die negative Spannung wirkt über die Anoden-Katoden-Strecke des Thyristors SCRl zurück,, Die negative Spannung gelangt außerdem über die oben erwähnte "elektronische Bremse", welche die Diode D3, den Widerstand R3, den Kondensator C2, den Widerstand R4 und den Widerstand Rl enthält, an die Gate-Katoden-Strecke des Thyristors.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, bewirkt diese negative Spannung, die an die Anoden-Katoden-Strecke und die Gate-Katoden-Strecke gelangt, daß der Thyristor SCRl augenblicklich abschaltet und seinen nichtleitenden Zustand einnimmt. Wenn das Feld des Transformators Tl zusammenbricht, erzeugt die freiwerdende Energie während der ersten Mikrosekunde eine negative Spannungsspitze von etwa 1200 V. Da der Thyristor SCRl bereits im

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leitenden Zustand ist und im wesentlichen (mit Bezug auf die Zeit von einer Mikrosekunde) ein Bauteil mit langer Erholungszeit ist, könnte ein sehr großer Stromstoß durch den Thyristor erzeugt werden, der zu einer hohen, in Wärme umgesetzten Verlustleistung im Thyristor führen würde, was wiederum eine Beeinträchtigung der Leistungsfähigkext des Thyristors durch Einengen seiner Betriebsparameter zur Folge hätte. Gemäß der Erfindung wird diese Situation durch die Parallelschaltung der Diode D4 und des Widerstandes R6 verhindert. Die Diode D4 ist eine schnell regenerierende Diode mit einer Abschaltzeit von etwa 200 Hanosekunden* Wenn der Transformator Cl den Aufbau der negativen Spannung verursacht, schaltet daher die Diode D4 sofort ab und der dazu parallelgeschaltete Widerstand R6 nimmt den größten Teil der negativen Spannungsspitze auf, wodurch der Thyristor SCRl vor einem Stromstoß während der ersten Manosekiande des Abschaltzyklias bewahrt wird« Diese Wirkung begrenzt die am Thyristor SCRl entstehende negative Spannung auf etwa 500 y. Es ist zu bemerken, daß der Thyristor, nachdem er einmal angesteuert worden ist, sehr schwer zuverlässig gelöscht werden kann» Der Thyristor SCRl muß jedoch unbedingt abgeschaltet werden, damit während der kurzen Zeitspanne einer Halbwelle der Speiseweehselspannung eine Vielzahl von Zündimpulsen erzeugt werden kann« Da während der Erzeugung eines Impulses nur ein sehr kleiner Teil der während der positiven Halbwelle angelegten Spannung verbraucht worden

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ist, nimmt der Kondensator C3 wieder, jedoch von einer negativen Spannung aus beginnend, einen postiven Aufladungszustand ein« Der oben beschriebene Vorgang wiederholt sich während jeder postiven Halbwelle der speisenden Netzspannung etwa 40 mal«, Infolgedessen ergibt sich ein stationärer Ionisationsbogen zwischen den Elektronen 16 und 18* Es ist zu bemerken, daß öl eine große Zündenergie benötigt und daß außerdem der Ionisierungskanal zwischen den Elektroden 16 und 18 nicht direkt im ölsprühstrahl gelegen sein darf, da sonst Betriebsstörungen eintreten können_e Polglich werden diese schnellen Yielfachentladungen vorzugsweise mittels eines Gebläses in den ölnebel "hineingeblasen", welches der das öl in den Brennraum 20 einsprühenden Vorrichtung zugeordnet ist_e

Tpische Werte für die in der oben beschriebenen Einrichtung verwendeten Bauteile sind nachstehend angegeben:

Cl C2 C3 Rl R2 R3 R4 R5 R6 R7

0,02 flF	200 V	W	draht gewi ekeIt
0,02 μ?	200 V	W	draht gewi eke It
0,33 /IF	600 V
82 JL	0,5	W
22 k JL	0,5	W
6,8 Λ	1 ¥
1 kA.	0,5
560 JL·	0,5
330 XL	1 W
10 JX.	22 W

»77V ·

40

Dl IN 4004

D2 ST 2

D3 IN 4004

D4 RCA 44933

SRCl RCÄ-C106-D

Ll Drosselspule

Tl Ho ch s ρ annungs trans formator

Es Ist klar, daß diese Werte je nach dem speziellen Anwendungsfall der Erfindung variierbar sind.

Die Plasmaerzeugungsschaltung enthält, wie aus der obigen Besenreibung hervorgeht, eine Hochspannungsquelle, die außer zur Plasmaerzeugung auch für viele andere Anwendungs· fälle einsetzbar ist»

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   ( 1, !Hochspannungserzeugerschaltung, beispielsweise zur Plasmaerzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe für die Speisung aus einem Wechselstromnetz ausgelegt ist und einen Thyristor (SCRl), einen Transformator (Tl), einen Kondensator (C3), eine Diode (D4) und einen Widerstand (R6) aufweist und daß die Primärwicklung (22) des Transformators und die Diode, zu welcher der Widerstand parallelgeschaltet ist, in Reihe mit der Anoden-Katoden-Strecke des Thyristors geschaltet sind und daß der Kondensator parallel zu dieser Anoden-Katoden-Strecke geschaltet ist.

   2« Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Triggerschaltung (Dl, D2, Cl, Rl, R2) und eine "elektronische Bremse¹¹ (D3, D2, Rl, R3,

   3· Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe eine Funkenstrecke (16, 18) aufweist und daß die Triggerschaltung den Thyristor (SCRl), zwei Widerstände (Rl, R2), eine Diode (Dl), einen Kondensator (Cl) und eine Triggerdiode (D2) enthält, und daß einer der beiden Widerstände, die Diode, der Kondensator und die Triggerdiode parallel zur Anoden-Katoden-Strecke des Thyristors geschaltet

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   sind und daß der andere der beiden Widerstände an das Gate des Thyristors angeschlossen ist.

   U₀ Schaltung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die "elektronische Bremse" zwei Kondensatoren (C2, C3), eine Diode (D3) und eine Anzahl von Widerständen (Rl, R3, R*O aufweist und daß die Widerstände und einer der beiden Kondensatoren (C2) parallel zum anderen der beiden Kondensatoren (C3) geschaltet sind_o

   5β Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der, der Funkenstrecke zugeordnete Schaltungsteil die Sekundärwicklung (26) des Transformators (Tl) und zwei an diese angeschlossene Elektroden (16, 18) aufweist«

   6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine in Reihe zum erstgenannten Kondensator (C3) geschaltete Drossel (Ll).

   7o Schaltung nach Anspruch 6, gekennzeichent durch einen in Reihe mit der Drossel (Ll) geschalteten weiteren Widerstand (R8).

   8. Elektrische Zündeinrichtung für ölbrenner, gekenn-

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   zeichnet durch eine Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

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