DE3129504C2 - Spannungsversorgung für einen Ozonisator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überwachung für einen Ozonisator (4), der mit einer Pulswechselspannung (U ↓s) gespeist wird. Bei einem Zusammenbrechen der Ozonisatorspannung und/oder einem plötzlichen Ansteigen des Ozonisatorstromes (I ↓s) wird die Spannungsversorgung (1, 2) kurzzeitig ausgeschaltet und dann wieder eingeschaltet. Falls die Störung - z.B. ein Lichtbogen - hierdurch nicht verschwindet, wird die Spannungsversorgung (1, 2) endgültig ausgeschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spannungsversorgung für einen Ozonisator, bei der die gleichgerichtete Netzwechselspannung in eine Pulswechselspannung umformbar ist und über einen Hochspannungstransfonvrator an den Ozonisator anschließbar ist

Bei einer solchen Spannungsversorgung eines Ozonisators ist es bereits bekannt, die Netzwechselspannung mittels steuerbarer Halbleiterelemente gleichzurichten und anschließend durch einen Wechselrichter in eine Pulswechselspannung höherer Frequenz umzuformen. Diese Pulswechselspannung mit rechteckförmigem Strom wird über einen Hochspannungstransformator dem Ozonisator zugeführt (vgl. DE-OS 22 12 484).

Bei einer etwas abgewandelten Anordnung dieser Art (vgl. DE-OS 22 40 986) wird zum Zerhacken der gleichgerichteten Netzwechselspannung ein Thyristor benutzt, der von einer regelbaren Zündimpulsquelle angesteuert wird. Die Löschung dieses Thyristors wird selbsttätig durch den Ozonisator in Verbindung mit dem Transformator bewirkt.

Ferner ist bereits eine Spannungsversorgung bekannt (vgl. DE=AS 19 01 210), bei der Hoghspannungstransfor- eo mator und Ozonisator einen Parallelschwingkreis bilden, dessen Resonanzfrequenz wesentlich höher als die Frequenz der primärseitig am Transformator liegenden Impulse ist.

Diese bekannten Schaltungen weisen — obwohl nicht ausdrücklich darauf hingewiesen wird — im Regelfall Strom- und Spannungsüberwachungsglieder auf, die z. B. bei primärseitigen Überströmen Sicherungen auslösen und/oder gegebenenfalls den Wechselrichter abschalten.

Diese primärseitigen Erfassungen sind jedoch für eine Reihe von möglichen Störungsfällen nicht besonders gut geeignet, da sie infolge der Gattungen und Trägheiten der Strecke keine sofortige Erfassung der Störung zulassen.

Die Autgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Auftreten eines Lichtbogens oder dgl. in einer oder mehreren Ozonisatorröhren des Ozonisators sofort erkennen zu können und diese Störung möglichst ohne Produktionsausfall zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Spannungsversorgung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Anstieg eines sekundärseitigen Stromes über einen vorgegebenen Grenzwert und einem gleichzeitigen Absinken der sekundärseitigen Pulswechselspannung unter einem vorgegebenen Grenzwert die Spannungsversorgung selbsttätig abschaitbar und nach mindestens einer Periode der Pulswechselspannung erneut einschaltbar ist und daß bei einer vorgegebenen Zahl von Ein- und Ausschaltungen innerhalb eines definierten Zeitraumes die Spannungsversorgung endgültig ausschaltbar ist

Diese rasche Erfassung und gegebenenfalls Löschung des Lichtbogens ist sehr vorteilhaft, da sich durch einen länger anhaltenden Lichtbogen erhebliche Zerstörungen an den Ozonisatorröhren ergeben können, die wiederum nur mit relativ großem Aufwand zu beseitigen sind.

Zusätzlich kann vorteilhaft die Spannungsversorgung so ausgebildet werden, daß bei einem Anstieg des sekundärseitigen Stromes über einen zweiten Stromgrenzwert — unabhängig von einem Absinken der Sekundärspannung — die Spannungsversorgung ebenfalls bis zum endgültigen Ausschalten wiederholt ab- und einschaltbar ist Auf diese Weise können auch kurzzeitige Störungen, z. B. durch elektrisch leitende Teilchen, die mit dem Ozon transportiert werden, erfaßt und unschädlich gemacht werden.

Um auch mechanische Schwingungen des Ozonisatorsystems erkennen und diesen rechtzeitig begegnen zu können, wird ferner vorteilhafterweise beim Auftreten von im Verhältnis zur Periodendauer des Sekundärstromes kurzen sekundärseitigen Stromspitzen, die einen vorgegebenen dritten Grenzwert überschreiten, die Spannungsversorgung ebenfalls bis zum endgültigen Abschalten mehrmals ab- und eingeschaltet Durch Erfassen dieser höherfrequenten Stromspitzen, die dann gegebenenfalls zum Abschalten des Umrichters für ein oder zwei Millisekunden führen, wird vermieden, daß es durch die mechanischen Schwingungen zu Glasrohrbrüchen kommt.

Da diese Erscheinungen nach dem Ausschalten der Spannung sofort verschwunden sind und das Ausschalten nur relativ kurzzeitig für einige Millisekunden vorgenommen wird, ist durch die Beseitigung der Schwingungen keinerlei Produktionsausfall zu verzeichnen.

Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 das Auftreten von Überstrom,

F i g. 2 das Auftreten eines Lichtbogens und die dazugehörigen Strom- und Spannungsverläufe auf der Sekundärseite des Hochspannungstransformators,

F i g. 3 hochfrequente Stromspitzen des sekundärseitigen Stromes bei Schwingungserscheinungen und

Fig.4 ein elektrisches Prinzipschaltbild der Spannungsversorgungsanlage mit Ozonisator.

Wie aus F i g. 4 ersichtlich, besteht die Spannungsversorgung im wesentlichen aus von einem Drehstiomnetz ÄSrgespeisten Gleichrichter 1 und einem nachgeschalteten Pulswechselrichter oder Zerhacker 2. Die Pulswechselspannung am Ausgang des Wechselrichters 2 wird über einen Hochspannungstransformator 3 mit Primärwicklung 31 und Sekundärwicklung 32 zum Ozonisator übertragen, dessen einzelne parallel geschaltete Ozonisatorröhr^n schematisch als Rohre 4 dargestellt sind. An die Stelle eines einphasigen Speisesystems kann auch eine mehrphasige Speisung der Röhren treten. Die einzelnen Rohre 4 sind zwischen der einen Seite der Sekundärwicklung 32 und dem anderen, geerdeten Ende angeschlossen. Diese Ozonisatorröhren 4, von denen eine etwas näher dargestellt ist, bestehen z. B. aus einem mit einem metallischen Belag 44 versehenen Glasrohr 41 und einem koaxial dazu angeordneten Stahlrohr 42, das an Massepotential liegt Der Belag 44 ist am Hochspannungspotential angeschlossen. Im Raum zwischen Glasrohr 41 und Stahlrohr 42 strömt die Luft 43, in der durch die elektrische Feldstärke zwischen deri beiden Rohren 41, 42 das Ozon erzeugt wird. Das elektrische Ersatzschaltbild der Ozonröhre 4 mit dem durch Glas und Luft gebildeten Kapaziten C_C/_aJ, Cmr, und den durch das ionisierte Gas gebildeten Widerstand R ist daneben dargestellt

Wie durch die primärseitige Erfassung von Strom I_p und Spannung U_p ersichtlich, werden diese Größen in an sich bekannter Weise zur Regelung und/oder Steuerung und/oder Überwachung von Wechselrichter 2 und Gleichrichter 1 benutzt

Erfindungsgemäß wird zusätzlich noch sekundärseitig der Sekundärstrom /5 und die Sekundärspannung Us erfaßt und einer Auswertestufe 5 mit Zähleinrichtung 51 zugeführt. Diese Auswertestufe 5 veranlaßt bei bestimmten Werten von Strom und Spannung das Ausbzw. Einschalten von Gleichrichter 1 und/oder Wechselrichter 2; gegebenenfalls statt des Ausschaltens eine beträchtliche Herabsetzung der Spannung.

Im nachfolgenden seien drei Störungsfälle erörtert, in denen diese Auswertevorrichtung 5 wirksam wird. Bei dem in F i g. 1 gezeigten Störfall, in dem der zeitliche Verlauf der sekundärseitigen Spannung U₅ und des Stromes I₅ (nichLmaßstabgetreu) dargestellt sind, steigt bei sich nicht wesentlich änderndem Spannungsverlauf der Strom relativ steil an und erreicht einen bestimmten Grenzwert I_gr2- Dieser Stromanstieg kann z. B. durch einen mit der Luft transportierten, elektrisch leitenden Körper oder dgl. geschehen. Erreicht der Strom den genannten Grenzwert, so wird die Spannung abgeschaltet und damit der Strom ebenfalls auf Null gebracht. Nach ein bbzwei Perioden der Pulswechselspannung — dies sind bei den normalerweise verwendeten Frequenzen von 400 Hertz etwa ein bis zwei Millisekunden. —, wird die Spannung erneut zugeschaltet und der dazugehörige Strom registriert. Bleibt der Strom im normalen Wertbereich, so ist die Störung beseitigt. Steigt der Strom erneut an und überschreitet wieder den genannten Grenzwert I_gr2, so wird erneut abgeschaltet. Wiederholt sich dieses Spiel — in einer einstellbaren Zeitspanne von z. B. 500 ms — mehrmals, z. B. drei- bis viermal, so ist anzunehmen, daß sich die Störung nicht mehr von selbst beseitigt, z. B. durch Wegtransport des störenden Körpers und daß eine Dauerstörung vorliegt. In diesem Fall wird selbsttätig die Spannungsversorgung aus Gleichrichter 1 und Wechselrichter 2 durch die Überwachungsstufe 5 a'^jeschaltet. Wie erwähnt, wird diese endgültige Abschaltung dann ausgelöst, wenn die in einem Zählglied 51 erfaßte Zahl der kurzzeitigen Abschaltungen einen bestimmten Wert während einer gewissen Zeitdauer überschreitet

F i g. 2 zeigt sekundärseitige Spannung U₅ und sekundärseitigen Strom I₅ beim Auftreten eines Lichtbogens zwischen den beiden konzentrischen Rohren einer Ozonisatorröhre. In einem solchen Fehlerfall ist das Ansteigen des Stromes bis zu einem bestimmten Grenzwert I_gr\ verbunden mit dem gleichzeitigen Zusammenbrechen der Spannung LZ₅ bis auf den Wert der Brennspannung des Lichtbogens, nämlich dem Wert U_mia. In einem solchen Fall wird sofort die Spannung auf Null reduziert, evtl. einige Perioden abgewartet bis die Ionisationsstrecke ausgekühlt ist bzw. sich aufgelöst hat und dann erneut zugeschaltet. Wiederholt sich beim mehrfachen Ein- und Ausschalten immer wieder das erneute Entzünden des Lichtbogens, so wird die Anlage endgültig selbsttätig abgeschaltet

F i g. 3 zeigt ein anderes Phänomen, und zwar das Auftreten von Oberschwingungen des Stromes infolge von mechanischen Schwingungen c<ier Instabilitäten des Gesamtsystems. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der Sekundärstrom I₅ mit Stromspitzen S versehen, deren Amplituden gegebenenfalls einen dritten Grenzwert I_gr3 überschreiten. Auch hier wird beim Auftreten derartiger Spitzen — gegebenenfalls erst nach dem Auftreten mehrerer Spitzen — die Spannung kurzzeitig für ein oder zwei Perioden der Pulswechselspannung abgeschaltet und dann erneut geprüft ob wieder derartige Spitzen auftreten. Ist dies der Fall und bleiben auch nach mehrmaligem Ausschalten diese Spitzen erhalten, so liegt eine ernsthafte Störung vor und die Anlage wird endgültig abgeschaltet. Im Regelfall ist jedoch davon auszugehen, daß bereits durch einmaliges kurzzeitiges Abschalten diese Spitzen ohne Produktionsausfall zum Verschwinden gebracht werden können. Diese hochfrequenten Stromspitzen haben bei z. B. einer Periodendauer der Pulswechselspannung von einer Millisekunde in etwa eine Breite von 100 bis 200 Mikrosekundeii, also etwa die fünf- bis zehnfache höhere Frequenz als die Pulrwechselspannung. Es wird daher angenommen, daß diese Oberschwingungen Resonanzphänomene sind, die aus der Verkopplung des elektrischen Feldes mit den mechanischen Gegebenheiten des Gesamtsystems herrühren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Spannungsversorgung für einen Ozonisator, bei der die gleichgerichtete Netzwechselspannung in eine Pulswechselspannung umformbar ist und über einen Hochspannungstransformator an den Ozonisator anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Anstieg eines sekundärseitigen Stromes (I₅) über einen vorgegebenen ersten Grenzwen (Igri) und gleichzeitigem Absinken der sekundärseitigen Pulswechselspannung (U_s) unter einen vorgegebenen Grenzwert (Uau„) die Spannungsversorgung (1,2) selbsttätig abschaltbar und nach mindestens einer Periode der Pulswechselspannung (U₅) erneut einschaltbar ist und daß bei einer vorgegebenen Zahl von Ein- und Ausschaltungen innerhalb eines definierten Zeitraumes die Spannungsversorgung (1,2) endgültig ausschaltbar ist

Z Spas^ngsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Anstieg des sekundärseitigen Stromes (I₅) über einen zweiten Grenzwert (Igri) — unabhängig von einem Absinken der Sekundärspannung (U_s) — die Spannungsversorgung (1, 2) ebenfalls bis zum endgültigen Ausschalten wiederholt ab- und einschaltbar ist

3. Spannungsversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten von im Verhältnis zur Periodendauer des Sekundärstromes (I₅) kurzen sekundärseitigen Stromspitzen (S), die einen vorgegebenen dritten Stromgrenzwert (I_gr3) überschreiten, die Spannungsversorgung (1,2) ebenfalls bis zum endgülÜ5en Ausschalten wiederholt aus- und einschaltbar ist

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