DE3923694C1 - Corona generator for handling of plastics foils - is controlled by frequency generator with frequencies altered using phase measurement circuit - Google Patents

Corona generator for handling of plastics foils - is controlled by frequency generator with frequencies altered using phase measurement circuit

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Description

Die Erfindung betrifft einen Koronagenerator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solcher Koronagenerator ist Gegenstand des DE-GM 88 07 090. Hierbei ist eine Walze mit einem Ende der Sekundärspule eines Transformators verbunden, deren anderes Ende mit einer länglichen Elektrode verbunden ist, die parallel und im Abstand zur Walze angeordnet ist. An die Adern einer Gleichspannungsquelle ist ein Kondensator angeschlossen, zu welchem parallel ein Schalterpaar geschaltet ist, zwischen dessen Schaltern die Primärspule des Transformators in Serie geschaltet ist. Weiterhin ist ein zweites Schalterpaar parallel zum Kondensator geschaltet, zwischen dessen Schaltern die Primärspule des Transformators ebenfalls in Serie geschaltet ist. Die elektronischen Schalter sind jeweils in gleicher Durchlaßrichtung geschaltet. Die beiden Schalterpaare werden gegenphasig durch einen Frequenzgenerator betätigt. Hierdurch wird zwischen der Elektrode und der Walze jeweils eine Hochspannung aufgebaut, die zu einer Koronaentladung führt, wobei über die Walze beispielsweise eine Kunststoffolie läuft.
Der Transformator ist hierbei als Anpassungstransformator ausgebildet, bei welchem die Anzahl der Windungen der Primärwicklung veränderbar ist, um zum einen die erforderliche Hochspannung zu erzeugen und zum anderen durch geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses den Generatorwiderstand und die Lastimpedanz aufeinander abzustimmen. Die Änderung der Lastimpedanz wird hervorgerufen von z. B. verschiedenen vorzubehandelnden Materialien, verschiedenen dielektrischen Werkstoffen und verschiedenen mechanischen Abmessungen.
Bei diesem Koronagenerator kann die Leistungsanpassung nur ungenügend vorgenommen werden. Es fließen relativ hohe Blindströme.
Es besteht die Aufgabe, den Koronagenerator so auszubilden, daß er sich automatisch mit seiner Leistung an geänderte Lastimpedanzen anpaßt.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild des Koronagenerators und
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Veränderung des Stroms in bezug zur Arbeitsfrequenz des Koronagenerators.
Gemäß Fig. 1 ist die Walze 1 an ein Ende der Sekundärwicklung eines Transformators 2 angeschlossen, an deren anderes Ende die Elektrode 3 angeschlossen ist. Zwischen den Adern einer Gleichspannungsquelle 4 ist ein Kondensator 5 geschaltet. Parallel zu diesem Kondensator 5 ist geschaltet eine erste Serienschaltung, bestehend aus einem ersten elektronischen Schalter 6, einem Meßwiderstand 7, einer Drossel 8, der Primärwicklung des Transformators 2 und einem zweiten elektronischen Schalter 9. Die elektronischen Schalter 6, 9 bilden ein erstes Schalterpaar das gleichzeitig durchgeschaltet wird. Parallel zum Kondensator 5 ist eine zweite Serienschaltung geschaltet, bestehend aus einem dritten elektronischen Schalter 10 der Primärwicklung des Transformators 2, der Drossel 8, des Meßwiderstands 7 und eines vierten elektronischen Schalters 11. Die Schalter 10, 11 bilden ein zweites Schalterpaar, das in Gegenphase zu dem ersten Schalterpaar getaktet wird. Alle Schalter 6, 9, 10, 11 weisen die gleiche Durchlaßrichtung auf.
Die Steuerelektroden der Schalter 6, 9 sind mit einem Ausgang und die Steuerelektroden 10, 11 mit dem anderen Ausgang eines Frequenzgenerators 12 verbunden, womit die Schalterpaare gegenphasig getaktet werden können. Die Frequenz des Frequenzgenerators 12 ist veränderbar durch ein Eingangssignal, wozu der Eingang des Frequenzgenerators 12 verbunden ist mit dem Ausgang eines Differentialverstärkers 13. Der eine Eingang des Differentialverstärkers 13 liegt an einem Bezugspotential, während der andere Eingang verbunden ist mit dem Ausgang einer Phasenmeßschaltung 14. Zwei Eingänge der Phasenmeßschaltung 14 sind verbunden mit den beiden Enden des Meßwiderstands 7 während der dritte Eingang verbunden ist mit der Verbindungsstelle zwischen den beiden Schaltern 9, 10.
Die Arbeitsweise dieser Schaltung wird nachfolgend erläutert.
Die Walze 1 und die Elektrode 3 stellen elektrisch gesehen eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem Ohmschen Widerstand dar. Diese ohmisch-kapazitive Last liegt parallel zur Sekundärwicklung des Transformators 2. Auf der Primärseite des Transformators 2 erscheint diese Impedanz entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Transformators. Berücksichtigt man dessen Wicklungskapazität und dessen Ohmsche Verluste, dann liegt parallel zur Primärwicklung des Transformators 2 eine Serienschaltung, bestehend aus der Kapazität C und dem Ohmschen Widerstand R. Die Werte von C und R sind variabel, entsprechend den verschiedenen vorzubehandelnden Materialien, den verschiedenen dielektrischen Eigenschaften dieser Materialien und den verschiedenen mechanischen Abmessungen zwischen Walze 1 und Elektrode 3.
Zusammen mit der Induktivität L der Drossel 8 ergibt sich somit ein Serienresonanzkreis, bestehend aus der Induktivität L, der Kapazität C und dem Widerstand R.
Wird dieser Resonanzkreis mit seiner Resonanzfrequenz erregt, dann fließt ein Strom ohne Blindanteil durch den Schwingkreis, d. h. die Last wird reell und weist den Ohmschen Widerstand R auf.
Die Scheinfrequenz dieses Resonanzkreises beträgt
Die Güte beträgt
Die Resonanzfrequenz beträgt dann
Diese Verhältnisse werden erreicht, wenn der Frequenzgenerator Signale mit der Resonanzfrequenz dieses Serienresonanzkreises erzeugt.
Zu diesem Zweck ermittelt die Phasenmeßschaltung 14 die Phase zwischen der über den Resonanzkreis anliegenden Spannung und der durch den Resonanzkreis fließenden Strom. Dieser Phasenwinkel ist ein Maß für die Größe des Blindstromes. Das Ausgangssignal der Phasenmeßschaltung steuert den Differentialverstärker 13 an, der seinerseits den Frequenzgenerator 12 ansteuert, derart, daß die Frequenz des Frequenzgenerators so weit verändert wird, bis die Resonanzfrequenz des Serienresonanzkreises erreicht ist, wobei der Phasenwinkel zunehmend vermindert wird. Im Resonanzpunkt ist der Phasenwinkel gleich Null, ebenso wie der Blindstrom.
Die Fig. 2 zeigt, daß bei Resonanzfrequenz der reellfließende Strom seinen Maximalwert aufweist. Der Schwingkreis kann auch verstimmt bei den Frequenzen f a bzw. f b betrieben werden, wobei dann ein geringer Blindstromanteil in Kauf genommen wird. Das Maß der Verstimmung x kann hierbei positiv oder negativ sein. Dies ermöglicht eine einfache Leistungssteuerbarkeit. Ob der Koronagenerator exakt bei Resonanzfrequenz oder außerhalb der Resonanzfrequenz verstimmt betrieben wird, kann durch entsprechende Wahl der am Differentialverstärker 13 anliegenden Bezugsspannung bewirkt werden.
Bei den Schaltern 6, 9, 10, 11 handelt es sich bevorzugt um IGBT-Transistoren (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder um Power-MosFet.
Damit der Resonanzkreis L, C, R in einem weiten Frequenzbereich betrieben werden kann, ist die Induktivität L der Drossel 8 veränderbar. Zu diesem Zweck weist die Drossel 8 verschiedene Abgriffe auf.
Der Meßwiderstand 7 weist einen vergleichbar geringen Widerstandswert auf, so daß er bei der obigen Betrachtung außer acht bleiben kann. Er dient lediglich zur Ermittlung des Stroms und seiner Bezugslage zur Spannung durch die Phasenmeßschaltung 14.

Claims (9)

1. Koronagenerator, bestehend aus einer Walze und mindestens einer länglichen, parallel und im Abstand zur Walze angeordneten Elektrode, bei dem die Walze mit dem einen Ende und die Elektrode mit dem anderen Ende einer Sekundärwicklung eines Transformators verbunden ist, dessen Primärseite an eine Stromimpulse erzeugende Schaltung angeschlossen ist, welche einen Kondensator und in Serie mit der Primärspule geschaltete elektronische Schalter umfaßt, wobei der Kondensator und die Serienschaltung parallel zueinander geschaltet an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind und die Schalter durch einen Frequenzgenerator gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgenerator (12) ein in seiner Frequenz veränderbarer Frequenzgenerator ist, mittels einer Phasenmeßschaltung (14) der Phasenwinkel zwischen dem die Primärwicklung durchfließenden Strom und der an der Primärwicklung anliegenden Spannung ermittelt wird und das zum Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung proportionale Ausgangssignal den Frequenzgenerator (12) ansteuert und dessen Frequenz auf einen Wert verändert, bei welchem der Phasenwinkel einen vorgegebenen Wert annimmt.
2. Koronagenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Primärwicklung eine Drossel (8) geschaltet ist und die an dieser Reihenschaltung anliegende Spannung zur Ermittlung des Phasenwinkels dient.
3. Koronagenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (8) Abgriffe zum Verändern ihrer in Serie mit der Primärwicklung geschalteten Induktivität aufweist.
4. Koronagenerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (6, 9, 10, 11) aus einem ersten und einem zweiten Schalterpaar (6, 9; 10, 11) besteht, die gegenphasig betätigt werden und zwischen deren jeweiligen Schaltern (6, 9, 10, 11) die Primärwicklung und die Drossel (8) in Serie geschaltet sind.
5. Koronagenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (6, 9, 10, 11) aus IGBT-Transistoren bestehen.
6. Koronagenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter aus Power-MosFet-Transistoren bestehen.
7. Koronagenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Phasenmeßschaltung (14) mit einem Eingang eines Differentialverstärkers (13) verbunden ist, dessen anderer Eingang an einem Bezugspotential liegt und dessen Ausgang mit dem Eingang des Frequenzgenerators (12) verbunden ist.
8. Koronagenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert des Phasenwinkels gleich Null ist.
9. Koronagenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des vorgegebenen Werts des Phasenwinkels durch Einstellen des Bezugspotentials erfolgt.
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