DE2730807A1

DE2730807A1 - Impulsleistungsgeraet zum anlegen einer impulsspannung an eine kapazitive last

Info

Publication number: DE2730807A1
Application number: DE19772730807
Authority: DE
Inventors: Junji Hirsi; Senichi Prof Masuda
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1977-07-07
Publication date: 1979-01-25
Also published as: US4107757A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Impulsleistungsquelle, die in der Lage ist, bei geringem Leistungsverlust eine steile Impulsspannung einer Last zuzuführen, die aus einer elektrostatischen Kapazität oder einer elektrostatischen Kapazität mit einem parallelen hohen Widerstand (im folgenden als "kapazitive Last" bezeichnet) besteht.

Bekanntlich ist es notwendig, wenn eine Impulsspannung auf eine kapazitive Last gegeben wird, daß (1) die Ausgangsimpedanz der Quelle sehr klein sein sollte und die Quelle in der Lage sein sollte, momentan einen starken Strom zu liefern, da ein extrem großer Ladestrom notwendig ist, um die Vorderflanke der Impulsspannung steil zu machen, und daß (2), um die Rückflanke der Impulsspannung steil zu machen, ein ausreichend niedriger Entladewiderstand parallel zu der kapazitiven Last geschaltet sein sollte, um die elektrische Ladung C_V (Coulomb) zu entladen, mit der die elektrostatische Kapazität C_Q (Farad) der kapazitiven Last durch einen Impuls V_Q (Volt) geladen wird. Bei bekannten Impulsleistungsquellen dieser Art treten jedoch große Schwierigkeiten auf, da die Bedingunq (1) eine sehr große momentane Ausgangskapazität der Quelle erfordert und daher die Kosten der Quelle sehr hoch sind, und daß die Bedingung (2) dazu führt, daß ein großer Strom durch den niedrigen Widerstand bei jedem Anlegen der Impulsspannung fließt, was zu einem übermäßigen Joule'sehen Wärmeverlust führt. Außerdem ist im Hinblick auf die Notwendigkeit der thermischen Ableitung der Energie ^₀ (Joule), die in der elektrostatischen Kapazität C-. nach der Beendigung der angelegten Impulsspannung gespeichert ist, der Leistungsverlust bezüglich der Impulsleistung, die tatsächlich in der Last selbst verbraucht wird, sehr groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Impulsleistungsquelle zu schaffen, die von den zuvor erwähnten Nachteilen frei ist und die in der Lage ist, eine sehr

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steile Impulsspannung auf jede Art von kapazitiven Lasten bei geringem Leistungsverbrauch zu geben.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 12 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Figur 2 den Verlauf eines AusgangsimpulsStroms und einer Ausgangsimpulsspannung der in Fig. 1 gezeigten Schaltung,

Figur 3 und 4 Schaltbilder weiterer bevorzugter Ausführungsformen,

Figur 5 den Verlauf eines Ausgangsimpulsstroms und einer Ausgangsimpulsspannung der Schaltung in Fig. 4,

Figur 6, 7 und 8 Schaltbilder von Abwandlungen der Ausführungsformen in den Fig. 1, 3 und 4,

Figur 9, 10 und 11 die Anwendung der Impulsleistungsquelle auf elektrostatische Entstaubungsgeräte verschiedener Arten, und · ·*

Figur 12 die Anwendung der Impulsleistungsquelle auf ein elektrostatisches Beschichtungsgerät hoher Leistung.

Vor der detaillierten Beschreibung der einzelnen Ausführungsformen werden wesentliche Eigenschaften der Erfindung, die allen gezeigten Ausführungsformen gemeinsam sind, allgemein unter Bezugnahme auf sämtliche Zeichnungen beschrieben:

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a) Ein Leistungsquellenkondensator mit einer ausreichend großen elektrostatischen Kapazität C₁ bezüglich einer elektrostatischen Kapazität C_Q der kapazitiven Last wird zunächst durch eine Gleichspannungsquelle auf eine Spannung V₁ aufgeladen, die etwa gleich 1/2 des Spitzenwertes V_Q des gewünschten Impulses ist;

b) dieser Leistungsquellenkondensator wird durch ein geeignetes Schaltelement S_Q (z.B. ein siliziumgesteuerter Gleichrichter, ein Zweirichtungsthyristor mit drei Anschlüssen (Triac), eine Schaltentladungsröhre, ein Drehschalter usw.) mit der kapazitiven Last über eine geeignete Induktivität L und eine Leitung mit einem extrem niedrigen Widerstand verbunden, um eine impuls förmige Schwingung mit sehr geringer Dämpfung zu erhalten. Dies führt zur Ladung der Kapazität C-der kapazitiven Last auf etwa die doppelte Spannung V₁, d.h. auf V . Unmittelbar danach wird der Leitungszustand durch den Schalter S_Q unterbrochen;

c) danach wird nach Ablauf einer Periode T (Sekunden) entsprechend der gewünschten Impulsbreite die kapazitive Last, die auf einen Wert nahe V^ geladen wurde, wieder mit dem Impulsleistungskondensator C₁

1 ' verbunden, der auf die Spannung V₁ = wurde, über die Serieninduktivität L und die Leitung mit niedrigem Widerstand durch einen weiteren Schalter S₁, der zu dem Schalter S_Q parallelgeschaltet ist, verbunden, wobei aufgrund der impulsförmigen Schwingung, die dadurch erzeugt wird und die eine sehr geringe Dämpfung hat, der größte Teil der in der elektrostatischen Kapazität C der kapazitiven Last gespeicherte Ladung in dem Leistungsquellenkondensator C₁ wiedergewonnen wird, und gleichzeitig die Spannung über der elektrostatischen Kapazität C₀ der kapazitiven Last auf einen sehr geringen Wert (die Verringerung dieses Wertes auf Null ist aus später angegebenen Gründen nicht möglich) verringert wird. Unmittelbar danach

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wird der Leitungszustand durch das Schaltelement S. unterbrochen;

d) danach werden die entgegengesetzten Enden der kapazitiven Last über einen weiteren Schalter S« kurzgeschlossen» so daß die Restspannung entladen wird, wobei die Spannung über der kapazitiven Last wieder auf ihren Anfangswert Null zurückgebracht wird. Unmittelbar danach wird der Leitungszustand durch den Schalter S₂ unterbrochen.

Beim letzten Schritt d) der vorherigen Arbeitsweise nähert sich/ wenn die Spannung über der kapazitiven Last nicht auf ihren Anfangswert Null zurückgebracht wird, die Restspannung aufeinanderfolgend V₁ und der Spitzenwert der Impulsspannung über der kapazitiven Last wird von 2V₁ nach V₁ verschoben, wenn die Arbeitszyklen wiederholt werden, und die Erzeugung einer Impulsspannung kann, wie später beschrieben wird, unmöglich werden. Da stets eine Induktivität 1 in dem Entladekreis, der die kapazitive Last und den Schalter S₂ umfaßt, vorhanden ist (insbesondere, wenn ein siliziumgesteuerter Gleichrichter verwendet wird, ist die Stromänderungsrate di/dt groß und es wird daher eine Schutzinduktivität eingeschaltet, um diese Stromänderungsrate zu unterdrücken) und keine Vorkehrung getroffen wird, wird die elektrostatische Kapazität Cq der kapazitiven Last mit entgegengesetzter Polarität geladen. Um diese Ladung mit entgegengesetzter Polarität zu verhindern, ist es notwendig, einen Gleichrichter G_Q (Schwungrad-Gleichrichter), der eine selche gleichrichtende Wirkung hat, daß die Entladung der elektrischen Ladung der elektrostatischen Kapazität C_ der kapazitiven Last der Leistungsquelle verhindert wird, parallel zu der kapazitiven Last geschaltet wird, um den Ladestrom in der entgegengesetzten Richtung zu dämpfen, während er durch den Gleichrichter G_Q fließt.

Die Impulsleistungsquelle zeichnet sich dadurch aus, daß sie einen Leistungsquellenkondensator 1 mit ausreichend

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großer elektrostatischer Kapazität C. bezüglich der elektrostatischen Kapazität C_Q einer kapazitiven Last hat, eine Gleichspannungsquelle/ die zwischen die beiden Anschlüsse A_ und A₁ des Leistungsquellenkondensators 1 über eine geeignete Ladeimpedanz (Widerstand oder Induktivität) geschaltet ist, um den Kondensator 1 auf die Spannung V. zu laden, einen geeigneten Lastladeschalter S-, der mit dem einen Anschluß A_Q des Leistungsquellenkondensators verbunden ist, um die Verbindung zwischen dem Leistungsquellenkondensator und der kapazitiven Last zu öffnen und zu schließen, einen Ausgangsanschluß B_Q, der mit dem anderen Anschluß des Schalters S- verbunden ist, um eine Impulsspannuncr auf die kapazitive Last zu geben, eine eine impulsförmige Schwingung erzeugende Induktivität L, die zwischen die beiden Anschlüsse A_Q und B_ geschaltet ist, wobei der andere Ausgangsanschluß B₁ mit dem anderen Anschluß A. des Leistungsquellenkondensators verbunden ist, einen weiteren Schalter S₁ zur Wiedergewinnung der elektrischen Ladung an der Lastkapazität, der zwischen den Anschlüssen A- und B_Q zu dem Schalter S_Q parallelgeschaltet ist, einen weiteren Schalter S₂ zur Entladung der Restladung der Lastkapazität, der zwischen die Ausgangsanschlüsse B₀ und B₁ geschaltet ist, um die Verbindung dazwischen zu öffnen und zu schließen, einen Gleichrichter G_Q, um die inverse Ladung der Lastkapazität zu verhindern, der zwischen die Ausgangsanschlüsse B und B₁ parallel zu dem Schalter S- mit einer solchen Gleichrichterwirkung geschaltet ist, daß er der Ladespannung an dem Leistungsquellenkondensator entgegenwirkt, und eine Steuerung 9, um die Schalter S_Q, S₁ und S₂ in der Reihenfolge S₀-^S₁ -=>S₂-^S_Q-^S₁-^S₂-^>S₀-^S₁ S₂ S₀ ... für eine Periode gleich der Impulsbreite z~ der gewünschten Impulsspannung, eine geringe Periode θ₁ etwas größer als eine Halbperiode B_Q der Schwingung des Serienresonanzkreises 1-L-19 und eine Periode gleich einem Impulspausenintervall T₁ aufeinanderfolgend zu schließen.

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Aufgrund der zuvor erwähnten Schaltungsanordnung werden die Schalter S_Q, S₁ und S₂ aufeinanderfolgend derart geschlossen und geöffnet, daß zuerst durch Schließen des Schalter S_ der Leistungsquellenkondensator 1, der zuvor auf die Spannung V₁ geladen wurde, mit der kapazitiven Last einschließlich der Lastkapazität C- verbunden wird, um eine impulsförmige Schwingung mit sehr geringer Dämpfung zu erzeugen, nach Laden der Lastkapazität durch die impulsförmige Schwingung auf die Spannung V_Q, d.h. zweimal die Spannung V₁, der Schalter S_ geöffnet wird, danach nach einer Periode gleich der gewünschten Impulsbreite ν mit dem Lastquellenkondensator 1 die Last, die auf eine höhere Spannung als der Kondensator 1 geladen wurde, durch Schließen des Schalters S₁ wieder verbunden wird, nachdem der größte Teil der elektrischen Ladung, die in der Lastkapazität C_ gespeichert ist, in dem Leistungsquellenkondensator 1 durch die impulsförmige Schwingung, die eine sehr geringe Dämpfung hat, wiedergewonnen wurde, daß danach der Schalter S₁ geöffnet wird, dann durch Schließen des Schalters S₂ unmittelbar nach dem öffnen des Schalters S₁ die Restladung der Lastkapazität C_ ohne Rückgewinnung entladen wird, und nachdem die Restspannung an der Lastkapazität C_Q durch Dämpfung der elektrischen Energie in Form eines durch den Kreis B₀-^S₂-^B₁-^>G-^B_ fließenden Stromes auf Null gebracht wurde, der Schalter S₂ geöffnet wird, und dadurch, während eine steile Impulsspannung auf die kapazitive Last gegeben wird, der größte Teil der elektrischen Energie, die in der Lastkapazität 19 gespeichert ist, in dem Leistungsquellenkondensator 1 wiedergewonnen werden kann.

Die Impulsleistungsquelle kann daher wesentliche Funktionen und Vorteile erreichen, die sich durch die bekannten Impulsleistungsquellen nicht erzielen lassen, da eine steile Impulsspannung mit einer sehr kurzen Anstiegszeit entsprechend der halben Periode ©_Q der zuvor erwähnten impulsförmigen Schwingung auf eine kapazitive Last gegeben werden kann, und daß die in der Lastkapazität gespeicherte Energie in

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der Leistungsquelle wirksam wiedergewonnen werden kann, so daß der LeIstungsverlust verringert wird und ein hoher Wirkungsgrad von etwa 8O Prozent aufrecht erhalten werden kann.

Für die Schalter S_Q, S₁, S₂ in der Impulsleistungsquelle können siliziumgesteuerte Gleichrichter, Zweirichtungsthyristoren mit drei Anschlüssen (Triacs), Schaltentladungsröhren, Drehschalter, LeIstungstransistoren oder andere Schaltelemente verwendet werden, jedoch ist insbesondere die Verwendung von siliziumgesteuerten Gleichrichtern günstig. Dabei ergibt sich der weitere Vorteil, daß die öffnungsvorgänoe der Schalter S_Q, S₁ und S, zu dem Zeitpunkt automatisch erreicht werden können, wenn der Durchgangsstrom auf Null verringert wird. Der zuvor beschriebene Schalter S_ kann auch die Funktion des dazu parallelen Schalters S₁ durchführen, wenn geeignete Arten von Schaltelementen wie Zweirichtungsthyristoren mit drei Anschlüssen (Triac), Drehschalter usw. oder diese in Kombination mit geeigneten Schaltelementen (z.B. Gleichrichtern in einer Brückenschaltung) verwendet werden, wie bei den später beschriebenen weiteren Ausführungsformen gezeigt ist. Dadurch kann der Schalter S₁ weggelassen werden.

Obwohl die elektrische Restladung, die an dem Lastkondensator 19 noch verbleibt, nachdem die elektrische Ladung daran an dem Leistungsquellenkondensator 1 wiedergewonnen wurde, durch Kurzschließen der Anschlüsse B- und B₁ durch Schließen des Schalters S₂ direkt entladen werden kann, wie zuvor beschrieben wurde, kann diese Restladung an dem Leistungsquellenkondensator 1 auch durch den folgenden Vorgang wiedergewonnen werden. Hierzu wird ein Ladungswiedergewinnungs-Transformator 24 (Flg. 6, 7 und 8) derart verwendet, daß seine Primärwicklung 25 zwischen die AusgangsanSchlüsse B_Q und B₁ über den Schalter S₂ geschaltet wird, und daß eine Sekundärwicklung 27 mit einem Windungsverhältnis für eine ausreichende Aufwärtstransformierung bezüglich der

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Primärwicklung 25 zwischen die Anschlüsse A_ und A₁ des Leistungsquellenkondensators 1 über einen eine Entladung verhindernden Gleichrichter G, geschaltet wird (die Richtung der Gleichrichtung ist die Richtung, die die Entladung der Spannung an dem Leistungsquellenkondensator 1 verhindert) .

Wenn der Schalter S_ geschlossen wird, fließt aufgrund der Restspannung an der Lastkapazität 19 ein Entladestrom durch die Primärwicklung 25 des Transformators 24, dann fließt in Abhängigkeit hiervon ein Sekundärstrom durch die Sekundärwicklung 27 und in den Leistungsquellenkondensator 1, und danach wird der größte Teil der Restladung an dem Leistungsquellenkondensator 1 wiedergewonnen. Durch diese Vorkehrung kann der Leistungsverlust weiter verringert werden und der Wirkungsgrad kann auf bis zu 90 % oder mehr erhöht werden. Selbstverständlich können für den Ladungswiedergewinnungs-Transformator außer den üblichen Transformatoren ein Einwicklungstransformator und ein Impulswandler verwendet werden.

Wenn die Folgeperiode T_Q = ^ + θ^ + T₁ der gewünschten, anzulegenden Impulsspannung bezüglich der Zeitkonstante der kapazitiven Last ausreichend lang ist, ist es möglich, eine geeignete Induktivität anstelle des Schalters S₂ einzuschalten, um die Restladung an der Lastkapazität durch die Induktivität zu entladen, oder den Schalter S, und den Gleichrichter G_Q wegzulassen, um die Restladung an der Lastkapazität über den Lastwiderstand zu entladen.

Die Impulsleistungsquelle kann allgemein dazu verwendet werden, eine steile Impulsspannung auf verschiedene kapazitive Lasten zu geben, die eine große elektrostatische Kapazität haben. Sie ist jedoch insbesondere geeignet, zum Anlegen einer steilen und periodischen hohen Impulsspannung, der eine Gleichspannung überlagert ist, an die Entlade- und Staubsammelelektroden eines elektrostatischen Entstau-

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bungsgerätes, das Entlade- und Staubsammelelektroden hat, zum Anlegen einer steilen und periodischen Impulsspannung entweder direkt oder überlagert mit einer Vorspannung an die Entladeelektroden und die dritten Elektroden eines elektrostatischen Entstaubungsgerätes mit zugehörigen dritten Elektroden, das Entlade-, Staubsammel- und dritte Elektroden hat, wobei eine Gleichspannung zur Erzeugung eines elektrischen Hauptfeldes zwischen den dritten Elektroden und den Staubsammelelektroden angelegt wird, während eine Impulsspannung zwischen den Entladeelektroden und den dritten Elektroden angelegt wird (wie z.B. in der Japanischen Patentanmeldung 48-09 188 beschrieben ist) oder zum Anlegen einer steilen und periodischen Impulsspannung überlagert mit einer hohen Gleichspannung an die Entladeelektrode und die Steuerelektrode eines elektrostatischen Beschichtungsgerätes, das eine Entladeelektrode und eine Steuerelektrode hat, bei dem eine hohe Gleichspannung an die Steuerelektrode angelegt wird, um das elektrische Hauptfeld zwischen der Steuerelektrode und einem zu beschichtenden geerdeten Körper zu erzeugen, und bei dem eine Impulsspannung zwischen der Steuerelektrode und der Entladungselektrode angelegt wird (wie z.B. in der Japanischen Patentanmeldung 49-08 9351 beschrieben ist), verwendet zu werden. Bei diesen Anwendungsbeispielen sollte, wenn die Impulsspannung mit einer Gleichspannung überlagert angewandt wird, ein geeignetes Filter mit einem Oberbrückungskondensator für die Impulsspannung parallel zu der Quelle der Gleichspannung geschaltet werden.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild der Impulsleistungsquelle. 1 bezeichnet einen Impulsquellenkondensator mit einer elektrostatischen Kapazität C. (Farad), 2 eine Gleichspannungsquelle zum Laden des Kondensators 1, die aus einem Transformator 3 und Gleichrichtern 4 (bei dem gezeigten Beispiel bestehend aus vier Gleichrichtern in Brückenschaltung), die parallel zu der Sekundärwicklung des Transformators 3 geschaltet ist, besteht. Einer der

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Ausgangsanschlüsse D- der Gleichrichter 4 (der bei dem gezeigten Beispiel eine positive Polarität hat) ist mit dem einen Anschluß A_ des Kondensators 1 über eine Leitung 5 und eine Strombegrenzungsimpedanz (Induktivität oder Widerstand) 6 verbunden. Der andere Ausgangsanschluß D₁ der Gleichrichter 4 ist mit dem anderen Anschluß A₁ des Kondensators 1 über eine Leitung 5a verbunden. Der Anschluß Aq ist mit einem Ausgangsanschluß B der Impulsleistungsquelle über eine Leitung 7 mit niedrigem Widerstand, einem siliziumgesteuerten Gleichrichter S_Qt der als Lastladeschalter dient, und eine Induktivität L zur Erzeugung einer impulsförmigen Schwingung verbunden, während der andere Anschluß A₁ mit dem anderen Ausgangsanschluß B₁ der Quelle über eine Leitung 7a mit niedrigem Widerstand verbunden ist. S₁ ist ein siliziumgesteueiter Gleichrichter, der als weiterer Schalter parallel zum Schalter S- zur Wiedergewinnung der elektrischen Ladung an der Lastkapazität 19 dient, S₂ ist ein siliziumgesteuerter Gleichrichter, der als weiterer Schalter zur Entladung der Restladung an der Lastkapazität 19 dient, der über eine Schutzinduktivität 1 und eine Leitung 8 mit geringem Widerstand zwischen die Ausgangsanschlüsse B- und B₁ geschaltet ist, und G_ ist ein Gleichrichter, der eine inverse Ladung der Lastkapazität 19 verhindert und parallel zu der Serienschaltung des Schalters S- und der Induktivität 1 über eine Leitung 8a mit niedrigem Widerstand geschaltet ist. Die Richtung der Gleichrichtung der Gleichrichter S_Q, S₁ und R₂ ist die Richtung von A₀-^B₀, B₀-^A₀ und B_Q—"5B₁, wie durch die Anschlüsse bei der gezeigten Ausfuhrungsform angegeben ist, und die Richtung der Gleichrichtung des Gleichrichters G-ist die Richtung B₁-^B₀ bei der gezeigten Ausführungsform. 3 ist eine Steuerung für die Gleichrichter S_Q, S₁ und S₂-Die Ausgangsanschlüsse 10, 11 und 12 der Steuerung 9 sind mit den Steueranschlüssen 16, 17 und 18 der Schalter S_, S₁ und S₂ über Leitungen 13, 14 und 15 verbunden, um Steuerimpulsspannungen auf diese Steueranschlüsse zu geben. Zwi-

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sehen die Ausgangsanschlüsse B_Q und B₁ 1st über Leitungen 22 und 22a mit niedrigem Widerstand eine kapazitive Last geschaltet, die durch die Parallelschaltung eines Lastkondensators 19 mit einer elektrostatischen Kapazität C_ (Farad) und einen Widerstand 20 mit einem sehr niedrigen Widerstand R (Ohm) dargestellt ist.

Wenn man die Ausgangsspitzenspannung dieser Impulsleistungsquelle mit V (Volt), die gewünschte Impulsbreite mit (Sekunden) und das gewünschte Impulspausenintervall mit T₁ (Sekunden) bezeichnet, dann hat, wie zuvor beschrieben wurde, die Folgeperiode T_Q den Wert T= f + Θ.. + T₁ (Sekunden). Wenn unter dieser Bedingung die impulsförmige Schwingung, die eine sehr geringe Dämpfung hat, beim Schließen des Schalters S- durch Wahl der Ausgangsgleichspannung der Gleichspannungsquelle 2 erzeugt wird und damit die Spannung über dem Kondensator 1 etwa gleich V₁ = —i—V ist, wobei der Schaltungswiderstand einschließlich der Leitungen ausreichend klein und auch der Wert der Induktivität L geeignet gewählt wird, dann kann der Lastkondensator 19 etwa auf V_Q = 2V₁ geladen werden, wie später beschrieben wird. Die elektrostatische Kapazität C₁ des Kondensators wird bezüglich der elektrostatischen Kapazität C₀ der Last ausreichend groß gewählt (C₁ ^> C_Q).

IAn die zuvor erwähnte Arbeitsweise zu verwirklichen, muß der Wert der Induktivität L zur Erzeugung der impulsförmigen Schwingung unter Berücksichtigung der folgenden drei Bedingungen (I) bis (III) bestimmt werden:

(I) Wenn der Schaltungswiderstand r (Ohm) des aus 1-A₀-7-S_Q-L-B₀-22-19-22a-B^Ta-A₁-I bestehenden Kreises gewählt wird, ist es nicht nur notwendig, die Bedingung so zu wählen, daß beim Schließen des Schalters S- die Schwingung in dem Kreis erzeugt werden kann, sondern es ist auch notwendig, daß der Lastkondensator 19 so genau wie möglich

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auf die doppelte Spannung V₁ durch die impulsförmige Schwingung geladen wird, und beim Schließen des Schalters S₁ die Restladung des Kondensators 19 in dem Kondensator 1 durch die impulsförmige Schwingung so weit wie möglich wiedergewonnen wird. Hierzu ist es notwendig, wie später erläutert wird, die Bedingung L/C "^> r zu erfüllen, um die Spannungsdämpfung während einer Halbperiode der Schwingung so weit wie möglich zu unterdrücken.

(II) Als zweite Forderung für die Induktivität L ist es notwendig, die Ströme durch die Gleichrichter S und S₁ aufrecht zu erhalten und ihre zeitlichen Ableitungen di/dt unter tolerierbaren Werten zu halten. Unter Berücksichtigung der Größe der Induktivität L ist es daher notwendig, einen ausreichend großen Wert für die Induktivität L zu wählen.

(III) Dagegen ist es notwendig, die Anstiegs- und Abfallzeit θ_ = "ϊ^ν LC₀ (Sekunden) der Impulsspannung durch Wahl der Größe von L s klein wie möglich innerhalb der Grenze für den ausreichend großen Wert, wie durch die obige Bedingung (II) gefordert wird, zu wählen.

Bezüglich der Größe der Schutzinduktivität 1 ist es notwendig, für die Induktivität 1 einen ausreichend großen Wert zu wählen, um den Strom durch den Gleichrichter S_ aufrecht zu erhalten und seine zeitliche Ableitung di/dt unter tolerierbaren Werten zu halten, die Zeitkonstante der Stromdämpfung bei der Entladung der elektrischen Restladung sollte jedoch dadurch verringert werden, daß die Induktivität 1 innerhalb der zuvor erwähnten Grenze so klein wie möglich gewählt wird.

Die Steuerung 9 gibt zuerst eine Steuerimpulsspannung von ihrem Ausgangsanschluß 10 an den Steueranschluß 16 des Gleichrichters S_Q/ dann nach der Periode T" (Sekunden) entsprechend der gewünschten Impulsbreite eine Steuer-

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impulsspannung von ihrem Ausgangsanschluß 11 an den Steueranschluß 17 des Schalters S-, unmittelbar danach (bzw. nach einer Zeitperiode Θ-, die etwas größer als die zuvor erwähnte Zeitperiode θ ist) eine Steuerimpulsspannung von ihrem Ausgangsanschluß 12 an den Steueranschluß 18 des Gleichrichters S₂, danach nach einem Impulspausenintervall T.. wiederum eine Steuerimpulsspannung von ihrem Ausgangsanschluß 10 an den Steueranschluß 16 des Schalters S_Q. Danach werden die zuvor beschriebenen Vorgänge wiederholt.

Daher werden das Anlegen der periodischen Impulsspannung an eine Last und die Rückgewinnung der elektrischen Ladung zu der Leistungsquelle durch die folgenden Vorgänge durchgeführt. Wenn die Steuerimpulsspannung auf den Steueranschluß 16 des Gleichrichters S gegeben worden ist, wird der Gleichrichter S_Q eingeschaltet und dadurch fließt ein Ladestrom von dem Anschluß A zu dem Kondensator 1 über die Leitungen 7 und 7a, die Induktivität L, die Ausgangsanschlüsse B_ und B₁, die Leitungen 22 und 22a und den Lactkcndensator 19 der kapazitiven Last 21. Die Änderungen des resultierenden Ladestroms i (Anpere) und der Anschlußspannung ν (Volt) über dem Lastkondensator 19 als Funktion der Zeitdauer T" (Sekunden) vom Einschaltzeitpunkt an, haben die Form einer gedämpften Schwingung, vorausgesetzt, daß der zuvor erwähnte Schaltungswiderstand r ausreichend klein ist, die Größe der Induktivität L richtig ist und die Schwingungsbedingung -ητ-ί-^τ- + -ζ-) > (-Jl")² erfüllt ist, wie durch die folgenden Gleichungen dargestellt ist:

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ν - V_ß(l - e^T0 CDSt₁I₀1) ,

i = i e ¹O icos(u_Qt - φ) - cos<M, (2)

wobei v_n = -T-T-T-TT--' ^ΤΓ, '' ~ΊΓ

^{= tan}"¹7^!ς *

Der Verlauf von ν und i ist in Fig. 2 gezeigt, wobei ν und i mit dem bei t = O beginnenden Zeitablauf ansteigen und zum Zeitpunkt t = t. = 2 / der Strom i O ist, was zum Anlegen einer Spannung in Richtung von B_n-^A- über dem Gleichrichter S_Q führt, so daß dieses Element gesperrt wird. Zu diesem Zeitpunkt kann die Spannung V₁ der Anschlußspannung über dem Lastkondensator 19 durch die folgende Gleichung wiedergegeben werden:

^fc1

^V1 ^{= v}o^¹ ~ ^e~^m -P" ^{cos 2}^ ^

(1) Um die Größe der Impulsspannung V₁ so groß wie möglich zu machen, ist es, wie aus Gleichung (3) ersichtlich ist, notwendig, die Kapazitäten so zu wählen, daß sie C₁ ^> C₀ erfüllen, und hierbei kann V_Q = V₁ erreicht werden.

(2) Um den Anstieg der Impulsspannung zu beschleunigen, ist es notwendig, w _o so groß wie möglich zu machen, und wie aus Gleichung (3) ersichtlich ist, ist es hierzu

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ORIGINAL INSPECTED

notwendig, die Bedingung -=——$> (-£-)² erfüllt wird,

LC₀ 2L

d.h., L/C r . Dies bedeutet, daß notwendig jst, die

r——

Größe von r klein zu machen. Dabei kann c^_ = JLC gesetzt werden.

(3) Wie ebenfalls aus Gleichung (3) ersichtlich ist, kann hierbei die Beziehung Ψ ^ tg γ-±- = -γ- erhalten werden. Der Zeitpunkt, wenn der Strom auf Null verringert ist, ist t₁ = ^/^» was etwa der halben Periode der
gleich ist.

Periode der impulsförmigen Schwingung Θ = f

(4) Die Größe der Impulsspannung ist zu diesem Zeitpunkt

—θ/ j

ν- = V₁(I + e~ 'O) entsprechend Gleichung (4) und Bedingung (1). Um die Größe von ν ^ so groß wie möglich zu machen, ist es notwendig, die Bedingung zu erfüll

d.h.,

um die Dämpfung nach einer halben Periode der Schwingung zu unterdrücken. Dies bedeutet, einen ausreichend großen Wert von cTq = 2L/r bezüglich dem gegebenen Wert C₀ zu wählen. Dadurch kann V₁ "= V₁ verwirklicht werden.

(5) Um die Bedingung di/dt zu erfüllen, die für den Gleichrichter S_Q notwendig ist, muß die Größe von L so gewählt werden, daß t.. = Θ-. = f"\JLC₀ einen bestimmten Wert überschreiben kann.

(6) Um die Stromgröße, die für den Gleichrichter S_Q erforderlich ist, auf einen bestimmten Wert zu verringern, ist es, wie aus i_Q in Gleichung (3) ersichtlich ist, notwendig, die Größe von L wenigstens größer als einen bestimmten Wert zu wählen.

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Wenn der Strom i = O, da eine Spannung von etwa 2V.. - V₁ = V auf die Reihenschaltung des Gleichrichters S_n und der Induktivität L in der umgekehrten Richtung (der Richtung von B B A_Q gegeben wird),wie zuvor beschrieben wurde, fließt in der Praxis ein inverser Strom durch den Kondensator selbst nach dem Zeitpunkt t.. bis zum Zeitpunkt t^, wie Fig. 2 zeigt. Daher läuft die Spannung ν über den Spitzenwert o( entsprechend V₁ = 2V₁ und wird erst festgehalten, nachdem sie den Wert f* entsprechen V₂ erhalten hat, der etwas kleiner als 2V₁ ist. Danach wird die Spannung aufgrund der Zeitkonstante C₀R der kapazitiven Last extrem langsam gedämpft.

Zum Zeitpunkt t, (der Schalter S₀ wurde dann selbstverständlich gesperrt) wird eine Steuerimpulsspannung auf den Steueranschluß 17 des Gleichrichters S₁ gegeben. Zu diesem Zeitpunkt wird der Gleichrichter S₁ geöffnet und es fließt nun ein Schwingungsstrom i von dem Lastkondensator 19, der die Spannung V₃ zum Zeitpunkt Y hat, die etwas kleiner als 2V₁ (selbstverständlich ist v, ^ v_) zu dem Kondensator 1, der die Spannung V₁ hat, über die Induktivität L, wie Fig. 2 zeigt, und daher kann ein wesentlicher Teil der elektrischen Ladung, die in dem Kondensator 19 (C₀) gespeichert wird, an dem Kondensator 1 (C₁) wiedergewonnen werden. Der Verlauf der Spannung während dieses Vorganges ist in Fig. 2 gezeigt. Stellt man den Zeitablauf nach dem Zeitpunkt t₃ durch t dar, kann die zeitliche Änderung der Spannung ν und des Stroms i während dieser Zeitperiode durch die folgenden Gleichungen wiedergegeben werden:

ν = V_{1 +} (V₃ - V₁)COs «_ot (5)

= -i_olsin

wobei i₀₁ = (V₃ - V₁)/-^ , ₍₇₎

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und die anderen Parameter sind die gleichen wie die in Gleichung (3). Zum Zeitpunkt t., wenn ein*» Halbperiode der impulsförmigen Schwingung θ = 7Γ y LC_Q vom Zeitpunkt t₃ an verstrichen ist, wird der Strom i auf Null verringert, der Schalter S₁ wird geöffnet und die Spannung ν erreicht den Punkt S , der dem minimalen Wert v. = 2V₁ - v_ entspricht. In der Praxis steigt, wie bereits beschrieben wurde, aufgrund der Tatsache, daß ein umgekehrter Strom durch die Kapazität des Gleichrichters S₁ fließt, nachdem er gesperrt wurde, die Spannung ν von v. aus an, der umgekehrte Strom hört zum Zeitpunkt t₅ auf und die Spannung ν wird an dem Punkt ^ entsprechend V₅ (V₅ > v.) gehalten, so daß die entsprechende elektrische Ladung an dem Lastkondensator 19 verbleibt. Unmittelbar danach (zum Zeitpunkt tg), wobei der Gleichrichter S₁ selbstverständlich gesperrt wurde, wird der Gleichrichter S₃ in abhängigkeit von dem Anlegen einer Steuerimpulsspannung an den Steueranschluß 18 des Gleichrichters S_ geöffnet, so daß die elektrische Ladung Cv di_e sich noch an dem Lastkondensator 19 befindet, über den Gleichrichter S₂ und die Schutzinduktivität 1 entladen wird, und die Spannung ν und der Strom i werden durch den Vorgang der zeitlichen Änderung in Fig. 2 auf Null verringert. Während dieses Vorganges hat, wenn die Spannung ν auf Null verringert wurde (zum Zeitpunkt t_g), der Strom i den maximalen Wert negativer Polarität, jedoch strömt zum gleichen Zeitpunkt der Strom i zum Gleichrichter G_, um die inverse Ladung zu verhindern und einen umlaufenden Strom zu bilden, so daß die Ladung des Lastkondensators 19 mit der inversen Polarität verhindert werden kann, der Strom nimmt zeitlich mit dem Joule'sehen Verlust ab, der durch den Widerstand des Schaltungsweges verursacht wird, und wird zum Zeitpunkt t_ ggf. Null. Es wurde experimentell festgestellt, daß durch den zuvor beschriebenen Vorgang etwa 80 % der dem Lastkondensator 19 zugeführten Energie in der Leistungsquelle wiedergewonnen werden können.

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Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der anstelle der Parallelschaltung der Schalter S und S₁ bei der ersten Ausführungsform in Fig. 1 eine Brückengleichrichterschaltung 23 aus vier Gleichrichtern G. bis G. verwendet ist, die in Brückenform geschaltet sind, und die einen siliziumgesteuerten Gleichrichter S hat, der längs der einen Diagonalen angeordnet ist, uir den Schalter S₀ auch als Schalter S. wirken zu lassen. Bei dieser Ausführungsform ist daher der Schalter S₁ weggelassen und. der Anschluß 17, der zum Anlegen einer Impulsspannung von dem Ausgangsanschluß 11 der Steuerung 9 an den Steueranschluß des Schalters S₁ bei der ersten Ausführungsform in Fig. 1 verwendet wurde, ist mit einem gemeinsamen Anschluß 16 verbunden, der zu dem Steueranschluß des Schalters S führt. Die Richtung der Gleichrichtung der beiden Gleichrichter G₁ und G₁ in gegenüberlieaenden Brücker-

Id Ja

zweigen ist die Richtung A -^ B , während die des anderen Paars Gleichrichter G₂ und G. in gegenüberliegenden Brückenzweigen die Richtung B -> A_ ist. Die Bezeichnungen und Funktionen der Elemente 1 bis 22a sind die gleichen wie in Fig. 1.

Wenn eine Steuerimpulsspannung von dem Ausgangsanschluß 10 der Steuerung 9 auf den Steueranschluß 16 des Gleichrichters S₀ in Fig. 3 gegeben wird, wird dieser geöffnet, so daß ein Schwingungsladestrom i von dem Leistunasquellenkondensator 1 längs des Weges fließt, der aus 1 -^7->G_1a ^J5S₀^G_3a^L-i>B₀^22 ^>19 ^22a-^> 7a *> 1 besteht, und daher wird die Spannung ν über dem Lastkondensator 19 durch Laden auf eine Spannung von etwa 2V₁ an dem Kondensator 1 erhöht, und der Schalter S wird gesperrt. Die zeitlichen Änderungen des Stroms i und der Spannung ν während dieses Vorganges sind von denen der Fig. 1 nicht verschieden und werden durch die Kurven während der Periode O-^t^tj in Fig. 2 wiedergegeben. Nach einer Periode XT, wenn eine Steuerimpulsspannung von dem Ausgangsanschluß 11 der Steuerung 9 auf den Steuer-

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anschluß 17 des Schalters S_Q gegeben wird, wird dieser wieder eingeschaltet. Da jedoch zu diesem Zeitpunkt die Anschlußspannung über dem Lastkondensator 19 etwa 2V₁ und größer als die Anschlußspannung V₁ über den Kondensator 1 ist, fließt ein Schwingungsentladestron i von ersterem zu letzterem längs des Weges, der aus 19 ~>22 ■* B_Q ^L ^G^_& -">

5₀ -^G₂₃-*>7 >A₀* 1 ^ Ta-^B₁ ^ 22a- 19 besteht, und daher wird die Spannung ν über dem Lastenkondensator auf einen Wert nahe Null verringert, und der Schalter S_ wird wieder geöffnet. Die zeitlichen Änderungen des Stroms i und der Spannung ν während dieses Vorganges sind ebenfalls von denen in Fig. 1 nicht verschieden und sind durch die Kurven während der Periode t--^t.-5>t_ in Fig. 2 wiedergegeben. Alle Vorgänge und zeitlichen Änderungen des Stroms i und der Spannung ν während der nachfolgenden Periode t₅ -->t, ^t₇ sind exakt gleich denen in Fig. 1 und werden daher nicht erläutert.

Fig. 4 ist ein Schaltbild einer abgewandelten £usführungsform, bei der ein Gleichrichter G₃ anstelle des Schalters

5₁ der ersten Ausführungsform verwendet ist. In dieser Figur bezeichnet I₁ eine Induktivität in Reihe zu dem Gleichrichter G₂ und parallel zu dem Schalter F_, die dazu dient, das öffnen des Schalters S_Q sicherzustellen. Die Bezeichnungen und Funktionen der übrigen Elemente 1 bis 22a in Fig. 4 sind gleich denen in Fig. 1.

Die Änderungen der Spannung ν und des Stroms i bis zum Zeitpunkt t.. in Fig. 2, die dem Einschalten des Schalters S₀ folgen," sind ebenfalls die gleichen wie in Fig. 1. Bei dieser besonderen Ausführungsform würde, obwohl der Strom i zum Zeitpunkt t₁ Null wird, danach eine inverse Spannung V₁ in Richtung B_Q -^A₀ an den Gleichrichter G₂ angelegt und ein inverser Strom durch den Gleichrichter G₂ zu fließen beginnt, wenn die Induktivität I₁ ..nicht vorgesehen wäre> keine inverse Spannung, die zum Ausschalten notwendig ist,

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an den Schalter S_Q angelegt werden, da der Gleichrichter G₂ parallel zu dem Schalter S_ geschaltet ist und die gesamte inverse Spannung V₁ würde an die Induktivität L angelegt werden. Durch Einschalten der Induktivität 1.. kann die inverse Spannung, die zum Abschalten notwendig ist, auf den Schalter S_Q während einer notwendigen Zeitperiode gegeben werden, und dadurch kann der Schalter S_Q sicher geöffnet werden. Aufgrund dieses Entladestroms, der durch den Gleichrichter G₃ fließt, beginnt die Wiedergewinnung der elektrischen Ladung von dem Lastkondensator 19 zum Kondensator 1 aus sofort, und die nachfolgenden Änderungen des Stroms i und der Spannung ν sind in Fig. 5 gezeigt, in der zum Zeitpunkt t₂, die eine weitere Schwingungshalbperiode nach dem Zeitpunkt t.. liegt, der Strom i auf Null zurückkehrt und die Spannung ν einen minimalen Wert nahe Null hat. Da danach ein Strom weiter in der positiven Richtung während einer kurzen Zeitperiode durch die Kapazität des Gleichrichters G₂ fließt, zeigt die Spannung ν etwas an, der Strom i wird zum Zeitpunkt t. Null und die Spannung ν wird auf dem Wert zum Zeitpunkt t₃ gehalten. Die nachfolgenden Vorgänge für die Entladung der Restladung an dem Lastkondensator 19 durch den Schalter S_ sind gleich denen der Fig. 1, und die zeitlichen Änderungen des Stroms i und der Spannung ν während dieser Periode sind exakt die gleichen wie die Änderungen des Stroms i und der Spannung ν nach dem Zeitpunkt t_g in Fig. 2. Die Impulsspannung, die durch diese abgewandelte Einrichtung erhalten wird, hat einen Impulsverlauf mit etwa der halben Breite e_Q und einen Spitzenwert von 2V.. und hat nicht den Verlauf von Rechteckimpulsen einer bestimmten Impulsbreite TT. Jedoch ist der wirtschaftliche Vorteil darin, daß der Schalter S₁ durch einen Gleichrichter G₂ ersetzt werden kann, wesentlich, und es gibt zahlreiche AnwendunqsfälIe, in denen dieser Verlauf zum gewünschten Ziel führt.

Fig. 6 ist ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform bei der eine höhere Energierückgewinnung durch den Einbau

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des Rückgewinnungstransformators, wie,zuvor beschrieben wurde, in die erste Ausführungsform in Fig. 1 erreicht wird. In Reihe zu dem Gleichrichter S„, der als Schalter zur Entladung der elektrischen Restladung an dem Lastkondensator 19 dient, ist ein Ende der Primärwicklung 25 des Transformators 2 4 über eine Leitung 26 mit geringem Widerstand geschaltet, und das andere Ende der Primärwicklung 25 ist mit dem Ausgangsanschluß B- über eine Leitung 26a mit niedrigem Widerstand geschaltet, während ein Ende der Sekundärwicklung 27 (die Anzahl der Windungen ist bezüglich der Anzahl der Windungen der Primärwicklung 25 für eine Aufwärtstransformierung ausreichend hoch) des Transformators 24 mit dem einen Anschluß A- des Kondensators 1 über einen eine Entladung verhindernden Gleichrichter G- und eine Leitung 28 mit niedrigem Widerstand verbunden ist (es wird angenommen, daß die Richtung der Gleichrichtung des Gleichrichters G₃ die Richtung ist, die zur Verhinderung der Entladung des Kondensators 1 geeignet ist) und das andere Ende der Sekundärwicklung 27 ist mit dem anderen Anschluß A₁ des Kondensators 1 über die Leitung 28a mit niedrigem Widerstand verbunden. Dadurch kann zum Zeitpunkt t,- in Fig. 2, wenn der Schalter R_ geschlossen ist, die elektrische Restladung C₀V₅ an dem Lastkondensator 19 über die Primärwicklung 25 entladen werden, so daß in der Sekundärwicklung 2 7 eine induzierte EMK erzeugt wird, die ausreichend höher als die Spannung V.. ist, und dadurch, daß der Sekundärstrom in den Kondensator 1 über den Weg fließt, der aus 27 ->>G, ^ 28 ^ 1 -?28a ^ 27 besteht,

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kann die Restenergie 2^_ο ^ν ₅ an dem Lastkondensator 19 an dem Kondensator 1 wiedergewonnen werden. Es wurde festgestellt, daß durch diese Anordnung der elektrische Leistungswirkungsgrad auf 90 % und mehr erhöht werden kann. Da bei dieser abgewandelten Ausführungsform die Induktivität der Primärwicklung 25 anstelle der Schutzinduktivität 1 in Fig. 1 verwendet werden kann, kann letztere weggelassen werden. Die Bezeichnungen und Funktionen der Elemente 1 bis 22a sind gleich denen in Fig. 1, und alle

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Vorgänge außer dem zuvor beschriebenen Energierückgewinnungsvorgang sind gleich denen der Ausführungsform in Fig. 1.

Die Fig. 7 und 8 zeigen abgewandelte Ausführung formen, bei denen der zuvor beschriebene Rückgewinnungstransformator 24 in die Ausführungsfornen der Fig. 3 und 4 eingebaut ist, und da der Benutzungsvorgang und die Arbeitsweise gleich denen der Ausführungsform in Fig. 6 sind, werden sie nicht weiter beschrieben.

Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen in den Fig. 1 und 8 können, obwohl die Gleichrichter S bis S-, die als Schalter dienen ebenso wie die Gleichrichter G_n bis G.

und G₁ bis G. als ein einziges Element gezeigt sind, ι a 4 a

wenn die gewünschte Impulsspannung höher wird, diese Elemente aus einer notwendigen Anzahl von in Reihe geschalteten Elementen gebildet sein, und es kann in diesem Falle ein Spannungsteiler zugefügt werden, um die Impulsspannungsaufteilung unter den jeweiligen Elementen zu verbessern, und die Zündung der jeweiligen Elemente S₀ bis S2 kann durch Anwendung bekannter Verfahren leicht durchgeführt werden. Nötigenfalls ist es notwendig, den Impulsausgangsstrom dadurch zu verbessern, daß mehrere Elemente parallelgeschaltet werden.

Fig. 9 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Impulsleistungsquelle, die in Reihe zu einer bekannten Hochleistunas-Gleichspannungsquelle geschaltet ist. Diese Quellen werden dazu verwendet, eine steile negative Impuls spannung fiberlagert mit einer negativen hohen Gleichspannung auf die Entladungselektroden eines bekannten elektrischen Entstaubungsgeräts zu geben, das aus Entladungs- und Staubsammele lektroden besteht. Das elektrische Entstaubungsgerät hat zwischen den Entladungs- und den Staubsammelelektroden eine elektrostatische Kapazität und einen hohen Parallelwiderstand entsprechend einer Koronaentladung. Dieses Gerät stellt somit eine typische kapazitive

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Last dar. 29 bezeichnet die Impulsleistungsquelle entsprechend den Fig. 1 bis 8. Bei dem gezeigten Anwendungsbeispiel ist die Impulsleistungsquelle in der Lage, eine Impulsspannung negativer Polarität zu liefern und daher ist die Durchlaßrichtung der Gleichrichter S₀ bis S₂, 4, G_ bis G₃ und G₁ bis G- umgekehrt. 30 bezeichnet den Hauptkörper des Geräts, 31 den Einlaß eines staubenthaltenden Gases, 32 den £us laß des gereinigten Gases, 33 eine Staubsammelplatte, die zusammen mit dein Hauptkörper 30 geerdet ist, und 34 Entladungselektroden, die isoliert angeordnet sind, um eine Koronaentladung durchzuführen. 35 bezeichnet eine Hochspannungsquelle für eine negative Gleichspannung, die einen Aufwärtstransformator 36 und einen Gleichrichter 37 hat und deren positiver Ausgangsanschluß an Masse liegt. Die Ausgangsanschlüsse sind mit einem Filter 40 zur Ableitung einer Impulsspannung verbunden, das ein T-Glied aus Kondensatoren 38, 38a, 38b, ... und Impedanzen (Widerstände oder Induktivitäten) 39, 39a, 39b, ... besteht. Der negative Ausgangsanschluß E des Filters 40 ist über eine Leitung 41 mit niedrigem Widerstand mit dem positiven Ausgangsanschluß B₁ der Impulsleistungsquelle 29 verbunden, um dieser bezüglich Masse eine negative Gleichspannung zuzuführen. 42 ist ein hoher Widerstand zur Entladung der elektrischen Restladung der Kondensatoren 38, 38a, 38b, ... . Der negative Ausgangsanschluß B₀ der Quelle 29 ist mit den Entladungselektroden 34 über eine zeitung 43 mit niedrigem Widerstand und ein Isolierrohr 44 verbunden. Auf die Entladungselektroden 34 wird eine negative Gleichspannung gegeben, die etwas niedriger als die Funkenspannung (die von der Gleichspannungsquelle 35 zugeführt wird) überlagert mit einer sehr steilen periodischen negativen hohen Impulsspannung mit einer geringen Impulsbreite (die von der Impulsleistungsquelle 29 zugeführt wird) ist. Da die Funkenspannung für solch eine Impulsspannung sehr hoch ist, kann der Spitzenwert der angelegten Spannung extrem hoch

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gemacht v/erden und daher kann eine extrem hohe elektrische Ladung (proportional dem Spitzenwert) auf die schwebenden Partikel in dem Gas gegeben werden, das durch ein Einlaß 31 eingeleitet wird, so daß es möglich wird, diese geladenen Partikel an den Staubsammelelektroden sehr wirksam zu sammeln und zu entfernen. Die Funktion des Filters 40 besteht darin, die von der Quelle 29 erzeugte Impulsspannung abzuleiten, se daß diese die Gleichspannungsquelle 35 nicht nachteilig beeinflussen kann. Wenn das Filter nicht vorgesehen ist, würde die Impulsspannung mit der Sekundärspannung des Aufwärtstransformators überlagert werden, was zu einer großen Spannungsänderung am Ausgang des Filters führen würde und dadurch würden die Vorgänae der gesamten Spannungszufuhr anormal werden.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel der Impulsleistungsquelle, bei dem die Quelle 29 als elektrisches Staubsammelgerät verwendet ist, das mit dritten Elektroden versehen ist, das Entladungs-. Staubsammel- und dritte Elektroden nahe der Entladungselektrode hat, um eine negative hohe Impulsspannung überlagert mit einer positiven hohen Gleichspannung zur Vorspannung zwischen der dritten und der Entladungselektrode anzulegen. 29 bezeichnet die Impulsleistungsquelle zur Erzeugung einer hohen negativen Spannung, 35 eine Gleichspannungsquelle zur Erzeugung einer hohen positiven Gleichspannung als Vorspannung, und 40 ein Filter, das mit der Gleichspannungsquelle 35 verbunden ist, um die Impulsspannung abzuleiten. Die Bezeichnungen und Funktionen der übrigen Elemente 3 bis 39 in Fig. 10 sind die gleichen wie in Fig. 9. 45 sind dritte Elektroden nahe der Entladungselektrode 34, die von den Entladungs- und Staubsammelelektroden 33 und 34 isoliert angeordnet sind.Bei der gezeigten Ausführungsform bestehen die dritten Elektroden 45 aus schienenförmigen Elektroden, die symmetrisch auf beiden Seiten der Entladungselektrode 34 angeordnet sind. 46 ist eine Gleichspannungsquelle zur Erzeugung einer hohen negativen

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Gleichspannung und eines elektrischen Hauptfeldes, die aus einem Aufwärtstransformator 47, einem Gleichrichter 48, einem Glättungskondensator 49 und einer Ladeimpedanz 50 besteht und von deren Ausgangsanschlüssen F₀ und F₁ der positive an Masse liegt. Der negative Ausgangsanschluß F_Q ist mit den dritten Elektroden 45 über eine Leitung 51 mit niedrigem Widerstand und ein Isolierrohr 52 verbunden, um eine elektrisches Hauptfeld zur Ladung und Staubsammlung zwischen den dritten Elektroden 45 und der an Masse liegenden Staubsammelelektrode 33 zu erzeugen, so daß erstere eine negative Polarität erhalten. Der negative Ausgangsanschluß F_ ist außerdem mit dem negativen Ausgangsanschluß E₁ des Filters 40 über eine Leitung 53 mit niedrigem Widerstand verbunden, während der positive Ausgangsanschluß E_ des Filters 40 mit dem positiven Ausgangsanschluß B₁ der Impulsleistungsquelle über eine Leitung 41 mit niedrigem Widerstand verbunden ist, und der negative Ausgangsanschluß B_n dieser Quelle ist mit den Entladungselektroden 34 über eine Leitung 43 mit niedrigem Widerstand und ein Isolierrohr 44 verbunden. Dadurch wird zwischen den dritten Elektroden 45 und der Entladungselektrode 34 eine positive hohe Gleichspannung als Vorspannung, die von ersteren zu letzteren gerichtet ist, überlagert mit einer periodischen negativen steilen hohen Impulsspannung angelegt, und jedesmal, wenn die Spannung angelegt wird, fließt ein impulsförmiger negativer Ionenstrom von der Entladungselektrode 34 zu der Staubsammelelektrode 33. Dieser negative Ionenstrom besteht aus einer negativen Ionenwolke mit einer sehr hohen Dichte und einer sehr guten dispersiven Eigenschaft aufgrund der intensiven Coulomb-Rückstoßkraft. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Stromverteilung an der Staubsammelelektrode, und die Stromdichte kann frei gesteuert werden, während das elektrische Hauptfeld durch Änderung des Spitzenwertes der Impulsspannung, ihrer Folgefrequenz und der Größe der Vorspannung stets aufrecht erhalten wird, so daß die inverse Ionisation, wenn der elektrische Widerstand des Staubs

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sehr hoch ist, ebenso wie die Koronasperrwirkung, wenn die Dichte des enthaltenen Staubs extrem hoch ist, vollständig überwunden und stets die höchste Staubsammelle istung erreicht werden kann. Die zuvor beschriebene Vorspannungsquelle 35 ist vorgesehen, um die Feldstärke an der Spitze der Entladungselektrode 34 und in der Mitte der dritten Elektroden 45 und der Staubsammelelektrode 33 in dem Pausenintervall der Impulsspannung aufrecht zu erhalten und dadurch die Entstehung einer negativen Gleichspannungskoronaentladung an der Spitze der Entladungselektrode in dem Pausenintervall der Impulsspannung zu verhindern und dadurch sicherzustellen, daß die Koronaentladung stets impulsförmig auftritt.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel der Impulsspannungsquelle, bei der das elektrische Entstaubungsgerät mit dritten Elektroden wie in Fig. 10 unter Verwendung eines Ladeabschnitten 54 in einem zweistufigen elektrischen Entstaubungsgerät. Schwebende Partikel in dem Gas, das durch einen Einlaß 31 eingeleitet wird, werden zuvor durch diesen Ladeabschnitt 54 geladen, und dann in dem Staubsammelabschnitt 55, der ein hohes elektrisches Gleichspannungsfeld hat. Fig. 11 zeigt somit die Anwendung der Impulsleistungsquelle auf ein zweistufiges Staubsammelgerät, wie es Gegenstand, der Japanischen Patentanmeldung 48-091188 ist. 56 ist eine Spannungsquelle für eine positive Vorspannung, die aus einer Vorspannungsquelle 35 für eine hohe Gleichspannung und dem Filter besteht, das mit dieser verbunden ist, wie Fig. 10 zeigt. Der Partikelsammelabschnitt 55 besteht aus isolierten stromaufwärtigen schienenförmigen Elektroden 57 und an Masse liegenden stromabwärtigen Elektroden 58. Diese Elektroden sind vertikal längs eines Querschnittes senkrecht zu dem Gasstrom zick-zack-förmig mit ihren Schienenöffnungen stromauf- und stromabwärts gerichtet angeordnet. Auf die stromaufwärtigen schienenförmigen Elektroden 57 wird eine negative hohe Gleichspannung von

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einer gesonderten negativen Gleichspannungsqxielle 59 über einen Schutzwiderstand 60, eine Leitung 61 und ein Isolierrohr 62 gegeben. Dadurch wird in dem Raum 63 zwischen den Elektroden 57 und 58 ein elektrisches Cleichspannungsfeld und ein kontrahierter Gasstrom gebildet, so daß die Staubpartikel von der stromaufwärtigen Seite in diesen Raum getrieben werden, die zuvor mit der negativen Ladung jn dem Partikelladeabschnitt 54 geladen wurden, und an der Innenseite 64 der stromabwärtigen Elektroden 58 aufgrund der Wirkung einer hydraulischen Kontraktionskraft und der elektrischen Coulomb-Kraft wirksam gesammelt werden können. Die Bezeichnunger und Funktionen der Elemente 29 bis 53 sind gleich denen in Fig. 10. Das gereinigte Gas wird über den Auslaß 32 abgeleitet.

Fig. 12 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel der Impulsleistungsquelle in Anwendung auf ein elektrostatisches Beschichtungsgerät, bei dem, nachdem ein pulverförmiger Farbstoff mit einer elektrischen Ladung versehen wurde, der Farbstoff auf einen zu beschichtenden Körper unter der Wirkung der Coulomb-Kraft getrieben wird und an diesem haftet. Dabei wird eine hohe Impulssparnung überlagert mit einer hohen Gleichspannung auf die Koronaelektroden eines elektrostatischen BeschichtungsgerStes gegeben, wie es Gegenstand der Japanischen Patentanmeldung 49-089351 ist. 65 ist ein zu beschichtender, an Masse liegender Körper und 66 eine Pulverdüse, die vor dem Körper in einem bestimmten Abstand angeordnet ist und bei der am Auslaß 68 eines zylindrischen Isolators 67 konzentrische eine ringförmige Antriebselektrode 69 angeordnet ist. Ein Isolatorstab 71 ist an einer Platte des Zylinders 67 längs dessen Mittelachse verschiebbar angeordnet. Das vordere Ende des Stabs 71 ist als Entladeelektrode 73 angeordnet und hat eine nadeiförmige Spitze, die an der Mittelachse des Zylinders 67 angeordnet ist. 74 ist ein Speicherbehälter des Pulverfarbstoffs, der von dessen unterem Ende 76 abgegeben und durch Druckluft

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transportiert, die von einer Pumpe 75 mit Druck zugeführt wird, und wird dann einem Einlaß 78 am unteren Fnde der Düse 66 über ein Rohr 77 zugeführt. 46 ist eine Cleichspannungsquelle für eine hohe negative Gleichspannunq, um ein elektrisches Hauptfeld zu erzeugen; ihr positiver Ausgangsanschluß F₁ liegt an Masse und ihr negativer Ausgangsanschluß F ist mit einer Antriebselektrode 69 über eine Leitung 51 mit niedrigem Widerstand verbunden, um ein elektrisches Hauptfeld zum Antrieb des Pulverfarbstoffs in den Raum 79 zwischen der Antriebselektrode 69 und dem an Masse liegenden, zu beschichtenden Körper 6 5 zu treiben. Der Anschluß F_n ist außerdem mit dem negativen Anschluß E₁ der Vorspannungsquelle (die ein Filter aufweist) 56 über eine Leitung 53 mit niedrigem Widerstand verbunden, der positive Anschluß E_ der Vorspannungsquelle 56 ist über eine Leitung 41 mit niedriqem Widerstand mit dem positiven Anschluß B₁ der Impulsleistungsquelle 29 verbunden, um eine steile negative hohe Impulsspannung zu erzeugen, und der negative Ausgangsanschluß B_Q der Quelle 29 ist mit der zuvor erwähnten Koronaentladungselektrode 73 über eine Leitung 43 mit niedrigem Widerstand verbunden. Zwischen die Antriebselektrode 69 und die Koronaentladungselektrode 7 3 wird eine steile negative hohe Impulsspannung überlagert mit einer positiven Gleichspannung als Vorspannung, die von ersterer zu letzterer gerichtet ist (um eine Koronaentladung während der Impulsspannungspausenperiode zu verhindern) angelegt, und jedesmal, wenn die Impulsspannung angelegt wird, wird die impulsweise Koronaentladung durchgeführt, um eine dichte negative Ionenwolke mit guter Dispersionseigenschaft dem zu beschichtenden Körper 65 zuzuführen. Der Pulverfarbstoff, der dem Inneren der Düse 66 über das Rohr 77 mit einem Luftstrom zugeführt wird, wird über den Auslaß 6 8 in den Raum 79 abgegeben, wo der Farbstoff mit der negativen Ionenwolke kollidiert und intensiv geladen wird, so daß er durch die Coulomb-

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kräfte gegen die Oberfläche des zu beschichtenden Körpers 65 getrieben werden kann und daran haftet. Aufgrund der Verwendung der zuvor beschriebenen Ladungsvorrichtung ist die Stromverteilung über die zu beschichtende Oberfläche sehr gleichmäßig. Da die Stromdichte in Abhängigkeit von dem elektrischen Widerstand des Farbstoffes durch Einstellen der ImpuIsfolgefrequenz, des Impulsspitzenwertes und der Vorspannung frei geändert werden kann, kann die Erzeugung einer inversen Ionisation verhindert werden, so daß eine Schicht mit guter Oberflächengüte bei extrem hohem Beschichtungswirkungsgrad erzielt werden kann.

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-5 V -

e e r s e i r e

Claims

Dr.-Ing. Dr. jur. VOLKMAR TETZNER 27 30807 RECHTSANWALT and PATENTANWALT bdM»ilt«. Fwnnnb Dr. Df. TettKt. t MSnAm 71. Van-Gotf-Str. J »MÜNCHEN 71. den Van-Gogh-Stra8e 3 Telefon: (0811)79 8(03 Telegramme: .Tetznerpatent München" Ihr Mein Zeichen: Sa 3916 SENICHI MASUDA Tokyo-to / Japan Impulsleistungsgerät zum Anlegen einer Impulsspannung an eine kapazitive Last Ansprüche

1. ) Impulsleistungsgerät zum Anlegen einer Impulsspannung an eine kapazititve Last, gekennzeichnet durch eine Gleichspannungsquelle, einen Leistungsquellenkondensator mit einer ausreichend großen elektrostatischen Kapazität bezüglich der elektrostatischen Kapazität der kapazitiven Last, der über eine Strombegrenzungsimpedanz über die Gleichspannungsquelle geschaltet ist, eine Parallelschaltung eines Lastladeschalters und einen Lastladungs-Wiedergewinnungsschalter, die einzeln geöffnet oder geschlossen werden können, wobei die Parallelschaltung der Schalter und eine Induktivität zur Erzeugung einer impulsförmigen Schwingung in Reihe zwischen

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den einen Anschluß des Leistungsquellenkondensators und den einen Anschluß der kapazitiven Last geschaltet sind, und der andere Anschluß des Leistungsquellenkondensators mit dem anderen Ende der kapazitiven Last verbunden ist, eine Parallelschaltung eines Gleichrichters zur Verhinderung der inversen Ladung der kapazitiven Last und eines Schalters zur Entladung der Restladung der kapazitiven Last, die parallel zu der kapazitiven Last geschaltet ist, und eine Steuereinrichtung, um den Lastladeschalter, den Ladungswiedergewinnungsschalter und den Restladungsentladeschalter in dieser Reihenfolge aufeinanderfolgend für eine Zeitperiode im wesentlichen gleich der Impulsbreite der Impulsspannung, eine Periode im wesentlichen gleich einer Halbperiode der impulsförmigen Schwinguig und ein Impulspausenintervall zu öffnen.

2. Impulsleistungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß siliziumgesteuerte Gleichrichter für den Lastladeschalter, den Ladungswiedergewinnungsschalter und den Restladungsentladeschalter verwendet sind.

3. Impulsleistungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Lastladeschalter auch als Ladungswiedergewinnungsschalter verwendet ist.

4. Impulsleistungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Gleichrichter für den Ladungswiedergewinnungsschalter verwendet ist.

5. Impulsleistungsquelle nach Anspruch 1, gekenn^ zeichnet durch einen Transformator zur Wiedergewinnung der Restladung an der kapazitiven Last, dessen Primärwicklung mit dem Restladungsentladeschalter in Reihe geschaltet ist und dessen Sekundär-

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wicklung ein ausreichend hohes Aufwärtstransformierungsverhältnis bezüglich der Primärwicklung hat, die über einen Gleichrichter mit der Leistungsquelle verbunden ist.

6. Impulsleistungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelschaltung
des Lastladeschalters und des Lastladungswiedergewinnungsschalters aus vier Gleichrichtern in Vollwegbrückenschaltung und einem Schalter in der Diagonalen der Gleichrichterbrücke besteht, wobei die quellensei tige Diagonale des Gleichrichters zwischen den
einen Anschluß des Leistungsquellenkondensators und
den einen Anschluß der Induktivität zur Erzeugung der impulsförmigen Schwingung geschaltet ist, so daß der
Schalter als Lastladeschalter und als Lastladungswiedergewinnungsschalter dient.

7. ImpulsleistungsquelIe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Reihenschaltung eines
Gleichrichters und einer Induktivität als Ladungswiedergew innungs schalter.

8. Impulsleistungsquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verbindung mit den Entladungsund Staubsammelelektroden eines elektrischen Entstaubungsger tes

9. Impulsleistungsquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verbindung mit den dritten und den Entladungselektroden eines elektrischen Staubsammelgerätes, das Staubsammel- und Entladungselektroden hat, wobei die dritten Elektroden nahe den Entladungselektroden angeordnet sind.

10. Impulsleistungsquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ladungsabschnitt, be-

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stehend aus Entladungs-, Staubsammel- und dritten Elektroden eines zweistufigen elektrischen Entstaubungsgerätes.

11. Impulsleistungsquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verbindung mit den Entladuncrs- und Antriebselektroden der Düse eines elektrostatischen Beschichtungsgerätes, wobei die Düse aus den Entladungsund Antriebselektroden besteht.

12. Impulsleistungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsquellenkondensator mit einer ausreichend großen elektrostatischen Kapazität bezüglich der elektrostatischen Kapazität einer kapazitiven Last mit einer Gleichspannungsquelle über eine Strombegrenzungsimpedanz verbunden ist, daß zwischen den einen Anschluß des Impulsquellenkondensators und das andere Ende der kapazitiven Last die Parallelschaltung eines Lastladeschalters und eines Lastladungswiedergewinnungsschalters, die einzeln geöffnet und geschlossen werden können, und eine Induktivität zur Erzeugung einer impulsförmigen Schwingung in Reihe geschaltet sind, daß der andere Anschluß des Leistungsquellenkondensators mit dem anderen Anschluß der kapazitiven Last verbunden ist, daß eine Parallelschaltung eines Gleichrichters zur Verhinderung der inversen Ladung der kapazitiven Last und eines Schalters zur Entladung der Restladung der kapazitiven Last parallel zu der kapazitiven Last geschaltet ist, und daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, um den Lastladeschalter, den Ladungswiedergewinnungsschalter und den Restladungsentladeschalter in dieser Reihenfolge für eine Periode im wesentlichen gleich der Impulsbreite, eine Periode im wesentlichen gleich einer Halbperiode der impulsförmigen Schwingung und das Impulspausenintervall zu öffnen.

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