DE3801878C2

DE3801878C2 - Spannungsversorgungsvorrichtung für einen Ozonisator

Info

Publication number: DE3801878C2
Application number: DE3801878A
Authority: DE
Inventors: Jean-Francois Petitimbert
Original assignee: Trailigaz Compagnie Generale de lOzone SA
Current assignee: Trailigaz Compagnie Generale de lOzone SA
Priority date: 1987-01-23
Filing date: 1988-01-22
Publication date: 1996-11-21
Anticipated expiration: 2008-01-23
Also published as: FR2610150A1; GB8801297D0; FR2610150B1; DE3801878A1; US4833583A; GB2200506B; GB2200506A

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Ozonerzeugungsge räten oder Ozonisatoren und bezieht sich im einzelnen auf eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung dieser Geräte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ozon wird in erheblichen Mengen gewonnen, indem Luft oder Sauerstoff einer elektrischen Entladung bei einem etwas über dem atmosphärischen Druck liegenden Druck unterworfen wird. Es kommt dann zu einer Stoßionisation der Sauerstoff moleküle, die zu einer Bildung von Ozon nach der folgenden Formel führt:

3 O₂ ⇄ 2 O₃ - 2 × 34 000 cal.

Ozon ist ein ausgezeichnetes Oxidationsmittel, das in vielen Bereichen und insbesondere bei der Trinkwasserauf bereitung Verwendung findet.

Die Grundzelle eines Ozonisators wird durch einen Kondensator gebildet, dessen Dielektrikum sich aus einer Luft- oder Sauerstoffschicht in Reihe liegend mit einer isolierenden Substanz, im allgemeinen gebildet durch Glas, zusammensetzt. Industrielle Ozonisatoren sind im allgemeinen aus einer Zusammenstellung von mehreren Grundzellen auf gebaut, die parallel an Spannungsversorgungsklemmen liegen, die mit einem Wechselspannungserzeuger verbunden sind.

Mit dem Anlegen einer Wechselspannung an die beiden Elektroden der Grundzelle erzeugt man an den Klemmen des Luftintervalls eine Potentialdifferenz und folglich ein elektrisches Feld.

Wenn der Scheitelwert der angelegten Spannung unter der Einsatzspannung von Luft oder Sauerstoff liegt, verhält sich der Ozonisator wie zwei in Reihe liegende Kondensatoren, nämlich ein Luftkondensator und ein Glaskondensator.

Wenn umgekehrt der Scheitelwert der angelegten Spannung über der Einsatzspannung liegt, entstehen Glimmentladungen in der Luft, die dann teilweise leitend wird.

Die durch den Ozonisator verbrauchte Wirkleistung ist durch die Manley-Formel gegeben:

P = 4f C_v U₀ (U_m - U₀ · C_a/C_t)

in welcher
- U₀ die Einsatzspannung,
- U_m die Maximalspannung an den Klemmen des Ozonisators,
- C_a die Kapazität des Luftkondensators,
- C_v die Kapazität des Glaskondensators,
- C_t die Gesamtkapazität, die gleich C_a · C_v/(C_a+C_v) ist, und
- f die Frequenz der Speisespannung darstellt.

Für eine gegebene Frequenz erhält man das Maximum der Leistung für dP /dU₀=0.

P = K₁ U₀ (U_m - U₀K₂) = -K₁ K₂ U₀² + K₁ U₀ U_m

wenn K₁U_m = 2 K₁K₂U₀, nämlich U_m = 2K₂U₀

da aber C_a ≈ 0,1 C_v ⇒ K₂ ≈ 1,1 ≈ 1 ⇒ P wird also maximal für U_m=2U₀

Aus EP 186 598 A1, die Grundlage für den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist, ist bereits eine Spannungsversor gungsvorrichtung, auf der Grundlage eines Dreiphasennetzes, für einen Ozonisator, welcher wenigstens zwei Entladeelemente kapazitiven Charakters aufweist, bekannt, wobei diese Vorrichtung zwei einphasige Luftspalt-Hochspannungstransformatoren aufweist, die in SCOTT-Schaltung zwischen dem Dreiphasennetz und den Entladeelementen angeschlossen sind.

Ein an sich bekannter bidirektionaler Thyristor-Steller ist zwischen dem Speisenetz und den Transformatoren angeschlossen. Dieser Steller arbeitet über ein Abschneiden der Wellen vom Nullwert der Spannung bis zu einem Wert U_m. Die Blindleistungsaus legung dieses Stellers ist daher

S = UI √

Ferner ist die von den Thyristoren ausgehaltene Sperrspannung gleich 2U-Scheitel, nämlich 2U_eff√ und somit ungefähr gleich 3U_eff.

Diese Vorrichtung weist eine Reihe von Nachteilen, vor allem hinsichtlich der Dimensionierung dieses Stellers und insbesondere der Thyristoren auf, deren Preis sehr von der Sperrspannung abhängt, welcher sie standzuhalten in der Lage sein müssen.

Aufgabe der Erfindung ist daher eine Lösung dieser Probleme, indem eine Vorrichtung vorgeschlagen wird, welche einfach und zuverlässig und in den Herstellungskosten niedrig ist.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung verdeutlicht, die beispielsmäßig zu verstehen ist und in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung erfolgt, welche ein Schaltschema einer Spannungsversorgungsvorrichtung gemäß der Erfindung darstellt.

Diese Vorrichtung umfaßt im wesentlichen zwei einphasige Hochspannungstransformatoren 1 und 2 mit einem Luftspalt, welche mit einem dreiphasigen Versorgungsnetz und mit Entladeelementen 3 und 4 in SCOTT-Schaltung verbunden sind. Die Primärwicklung P2 des Transformators 2 ist über ihre zwei Klemmen mit zwei verschiedenen Phasen des Versorgungsnetzes verbunden, und ihr Mittelpunkt ist mit einer Klemme der Primärwicklung P1 des Transformators 1 verbunden. Die andere Klemme der Primärwicklung P1 dieses Transformators ist mit der dritten Phase des Versorgungsnetzes verbunden.

In jede der Phasen des Versorgungsnetzes ist in Reihe eine Sekundärwicklung 5, 6 bzw. 7 eines dreiphasigen bzw. Drehstromtransformators geschaltet, dessen Primärwicklungen 9, 10 und 11 im Stern verschaltet und mit dem Versorgungsnetz über einen herkömmlichen Phasenanschnittsteller 12 verbunden sind.

Mit diesem dreiphasigen Steller läßt sich eine Verände rung der Versorgungsspannung der Primärseite des dreiphasigen Transformators gewinnen. So überschreitet die Maximalspan nung an den Klemmen der Thyristoren des Dämpfers nicht die einfache Spannung des Netzes, nämlich U/√.

Vorteilhafterweise ist das Transformationsverhältnis dieses dreiphasigen Transformators ungefähr gleich 0,5. Da die Sekundärwicklungen dieses Transformators in dem mit dem Ozonisator gekoppelten SCOTT-verschalteten Versorgungskreis in Reihe geschaltet sind, läßt sich die Spannung an den Klemmen der Primärseite der SCOTT-Schaltung von U/2 bis U variieren.

Die Funktionsgleichung einer solchen Vorrichtung sind die folgenden:

also

daraus

Die Leistung ist minimal bei einer solchen Vorrichtung, wenn die Thyristoren leitend sind und wenn

U₁′ = U₁/2 U₂′ = U₂/2 U₃′ = U₃/2

Mit diesen Werten an den Klemmen der Primärwicklungen der einphasigen Transformatoren befindet sich der Ozonisator auf einer Spannung U₀=U/2, also auf dem Einsatzwert des Ozonisators.

Die Leistung ist maximal, wenn die Thyristoren sperren, d. h. wenn sie von keinem Strom durchlaufen werden. Man hat dann

U₃′ = U₃ U₂′ = U₂ und U₁′ = U₁

Da das Transformationsverhältnis des Transformators ungefähr gleich 0,5 ist, ist der Primärstrom J im dreiphasi gen Transformator

J = 1/2 I, und die Blindleistung S dieses Transformators ist

S = 3 V J = 3 V′ I.

Da der Strom J auch jeden Zweig des Stellers durchläuft, ist die Blindleistung desselben

S′ = 3 V J = U/√ · I/2 · 3

und daraus
S′=1/2U I√,
was einer Blindleistung gleich der Hälfte der bei der früheren Schaltung notwendigen entspricht.

Die Sperrspannung an den Klemmen der Thyristoren ist dann gleich 3 V, nämlich U√.

Da diese Vorrichtung im Umgekehrten wie die frühere Schaltung arbeitet, ist der Anteil an Harmonischem umso geringer, je höher die Leistung ist. Die geeignete Indukti vität der Sekundärseite des dreiphasigen Transformators filtert die durch den Ozonisator erzeugten Harmonischen aus. Die Streuinduktivität sowie die Primärinduktivität begrenzen die auf den Öffnungswinkel der Thyristoren zurückgehende Deformation.

Ferner erfolgt die Hauptkompensation der Reaktivernergie des Ozonisators immer über den Leerlaufstrom der SCOTT- Schaltung (Luftspaltweite in den magnetischen Kreisen).

Da schließlich der die Thyristoren durchlaufende Strom null ist, wenn die Leistung maximal ist, ist der Wirkungsgrad der Thyristoren also gleich 1, was eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Gesamtheit gestattet.

Claims

1. Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines wenigstens zwei Entladungselemente (3, 4) mit kapazitivem Charakter aufweisenden Ozonisators, welche zwischen einem speisenden Dreiphasennetz und den Entladungselementen (3, 4) je Phase einen bidirektionalen Steller (12) sowie insgesamt zwei einphasige Luftspalt-Hochspannungstransformatoren aufweist, deren Primärwicklung (P₁, P₂) in Scott-Schaltung dreiphasig versorgt werden und deren Sekundärwicklungen je eines der Entladungselemente (3, 4) speisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner einen dreiphasigen Transformator (8) aufweist, dessen Sekundärwicklungen (5, 6, 7) jeweils zwischen den dreiphasigen Anschlüssen der beiden Primärwicklungen (P₁, P₂) der beiden einphasigen Transformatoren (1, 2) und dem Dreiphasennetz angeschlossen sind und dessen Primärwicklungen (9, 10, 11) sternverschaltet und mit dem Dreiphasennetz über die bidirektionalen Steller (12) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Transformationsverhältnis des dreiphasigen Transformators (8) ungefähr gleich 0,5 ist.